DE2229110B2 - Vibrator zur Erzeugung mechanischer Schwingungen - Google Patents

Vibrator zur Erzeugung mechanischer Schwingungen

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    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/162Making use of masses with adjustable amount of eccentricity
    • B06B1/165Making use of masses with adjustable amount of eccentricity with fluid masses or the like

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrator zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, bestehend aus einer in einem auf einer Vibrationsplatte angeordneten Gehäuse gelagerten, motorisch angetriebenen Welle, auf welcher ein mit einem flüssigen Medium füllbarer und mit einem Verdrängungskörper versehener Unwuchtbehälter angeordnet ist, wobei Steuermittel zur Veränderung des Füllgrades vorgesehen sind, und hat eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung zum Gegenstand, durch welche die Arbeitsweise und der Aufbau verbessert
werden.
Vibratoren, deren Schwingungsfrequenz bzw. Flieh kraft während des Betriebes stufenlos einstellbar ist, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei der aus der CH-PS 3 31 129 bekannten Ausführung tut quer an der Rotationswelle ein Zylinder befestigt, in dem ein als Unwuchtmasse dienender Kolben verschiebbar angeordnet ist, der auf einer Seite von einer Druckfeder und auf der anderen Seite von einem flüssigen Druckmittel beaufschlagt wird. Die Druckkammer des Zylinders steht über eine Quei bohrung und eine axiale Bohrung mit einer stationären Druckleitung in Verbindung, welche zu einer Druckmittelquelle führt. Mit Hilfe des Druckmittels kann der Kolben entgegen der Kraft der Druckfeder verschoben und damit dessen Exzentrizität und Unwuchtmasse zur Rotationsachse stufenlos verstellt werden. An Stelle der dem Druckmittel entgegenwirkenden Druckfeder kann auch die Pufferwirkung des unter dem Kolben befindlichen Luftvolumens allein zur Anwendung gelangen. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß zur Einleitung des flüssigen Druckmittels von einer äußeren stationären Druckmittelquelle in das drehende Kolbensystem besondere Anschlußdichtungen erforderlich sind. Da das zur Steuerung bestimmte Druckmittel gleichzeitig eine Unwuchtmasse darstellt, muß der Kolben über die Rotationsachse hinaus verschoben werden, um einen unwuchtfreien Zustand zu erhalten. Auch ist die Arbeitsweise stark vom spezifischen Gewicht des Druckmittels abhängig.
Bei einem anderen bekannten Vibrator mit mehreren Ausführungsformen (GB PS 7 38 960) ist an der Rotationsachse ein Behälter /ur Aufnahme einer Unwuchtflüssigkeit befestigt. Die Unwuchtflüssigkeit durchströmt den Unwuchtbehälter ständig im Kreislauf über einen außerhalb des umlaufenden Systems ortsfest angeordneten Sammelbehälter. Die Schwingungsfrequenz wird mit Hilfe eines veränderbaren Füllungsgrades des Unwuchtbehälters eingestellt. Bei einer Ausführungsform ist dem Unwuchtbehälter ein mittels eines Zahntriebes von außer, verschwenkbares kommunizierendes Rohr zugeordnet, dessen oberes Auslaufende den Flüssigkeitsstand bestimmt. Die Unwuchtflüssigkeit wird vom Sammelbehälter über eine axiale Bohrung in der Rotationswelle in den Unwuchtbehälter geleitet und fließt von dort über das kommunizierende Rohr und eine umlaufende Trommel in ein Gehäuse, aus dem es mittels der Trommel zugeordneter Rotorblätter in den Sammelbehälter zuriickgepumpt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Zuflußmenge mit Hilfe einer im stationären Leitungssystem angeordneten Pumpe und eines regelbaren Ventils eingestellt. Der Abfluß der Unwuchtflüssigkeit erfolgt über eine Bodenöffnung im Unwuchtbehälter. Bei einer dritten pumpeniosen Ausführungsform mit regelbarem Ventil in der Zuleitung wird die aus der Bodenöffnung kommende Flüssigkeit mittels einer rinnenförmigen, umlaufenden Trommel in ein oberes, zum Sammelbehälter führendes Abflußrohr geschleudert.
Alle diese Ausführungsformen haben den Nachteil, daß die Unwuchtflüssigkeit in einem ständigen Kreislauf von einem ortsfesten Sammelbehälter in das umlaufende System und wieder zurück geführt wird. Die Einstellung des Füllgrades des Unwuchibehälters ist umständlich und aufwendig, und für den Kreislauf sind besondere Pumpen oder pumpenartige Einrichtungen notwendig. Für Unwuchtflüssigkeiten mit einem hohen spezifischen Gewicht sind diese Ausführungsformen ungeeignet.
Bekannt sind weiterhin Vibratoren mit einer verschlossenen Kammer zur Aufnahme einer Unwuchtflüssigkeit hohen spezifischen Gewichts, z. B. Quecksilber, wobei der Füllungsgrad jedoch nur bei Stillstand verändert werden kann (US-PS 30 78 730).
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß alle die Unwuchtflüssigkeit aufnehmenden Behälter und Leitungen auf der Rotationswelle angeordnet und von der Unwuchtflüssigkeit unabhängige Steuermittel vorgesehen sind, welche während des Umlaufs die stufenlos?; Einstellung des Verdrängungskörpers in dem Unwuchtbehälter ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit einer Unwuchtflüssigkeit hohen spezifischen Gewichts gefüllte Unwuchtbehälter über Leitungen mit einem koaxial auf der Welle angeordneten Überlaufbehälter verbunden ist und der Verdrängungskörper auf seiner dev Unwuchtflüssigkeit gegenüberliegenden Seite mit einer stufenlos einstellbaren Gasdruckquelle verbunden ist.
Diese Ausgestaltung hat den wesentlichen Vorteil, daß alle die Unwuchtflüssigkeit aufnehmenden Bauteile ein in sich geschlossenes System auf der Rotationswelle bilden. Daher entfallen für die Unwuchtflüssigkeit alle Dichtungen zwischen rotierenden und stationären Leitungsteilen. Vielmehr lassen sich die die Unwuchtflüssigkeit aufnehmenden Bauteile völlig flüssigkeitsdicht auf der Rotationswelle anordnen. Daher kann als Unwuchtflüssigkeit Quecksilber Verwendung finden. Gegenüber dem geschlossenen System der Unwuchtflüssigkeit ist als selbständiges Steuersystem eine Gasdruckquelle vorgesehen, welche entweder als stationäre Druckleitung mit einer Drucksteuerung von außen ausgebildet ist, oder welche ebenfalls in die Rotationswelle einbezogen und mit elektromagnetisch regelbaren Ventilen versehen ist.
Mit Hilfe des von der Gasdruckquelle beaufschlagten Verdrängungskörpers läßt sich die Unwuchtflüssigkeit aus dem Unwuchtbehälter in den koaxial der Welle zugeordneten Überlaufbehälter verdrängen, so daß hier-
irch die Fliehkräfte verringert werden. In dem kou-ialen Überlaufbehälter löst die Unwi htflüssigkeit keine Schwingungen aus. Umgekehrt k.uin die Unwuchtflüssigkeil aus dem Überlaufbehälter durch entsprechende Steuerung des Verdrängungskörpers in den Unwuchtbehälter zurückgeschleudert werden. Diese Arbeitsweise ermöglicht ein stufenloses Einstellen der Unwuchtkräfte während des Betriebes, da der Verdrängungskörper auf einfache \rt und Weise di^ch ein verstellbares Druckmittel gesteuert wird. Durch Erhöhung des Druckes drückt der Verdrängungskörper Quecksilber aus dem Unwuchtbehälter heraus und durch Verringerung des Druckes wird der Verdrängungskörper wieder zurückgedrängt, so daß mehr Quecksilber in den Unwuchtbehälter gelangt und die Unwuchtkräfte entsprechend größer werden.
Die Vorrichtung ist von einem besonders einfachen Aufbau und auch in der Fertigung preiswert.
Der Verdrängungskörper kann beispielsweise aus einer Druckblase bestehen und an eine Querbohrung in der Welle angeschlossen sein, in welche eine mit einem Füllventil versehene axiale Bohrung der Welle mündet, und deren gegenüberliegendes Ende mit einem Reduzierventil versehen ist. Im freien Ende der Welle ist vorzugsweise eine axiale Ausnehmung zur Aufnahme einer Druckgaspatrone vorgesehen, welche von einer einem Deckel zugeordneter Druckfeder mit ihrem Schließventil gegen das Füllventil gedrückt wird. Außerdem sind der Unwuchtbehälter und der Überlaufbehälter über ein Überlaufventil und ein Rüeklaufvemil miteinander verbunden und an das Überlaufventil ist ein Leitungsrohr angeschlossen, dessen Einflußöffnung in eine äußere radiale Zone des Unwuchtbehälters mündet. Das Füllventil und das Reduzierventil für das Druckgas sowie das Überlaufventil und das Rücklaufventil werden elektromagnetisch gesteuert, wobei das Füllventil mit dem Überlaufventil und das Reduzierventil mit dem Rückiaufventil gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß sämtliche Arbeits- und Steuerelemente unmittelbar auf der Welle angebracht sind und auf einfache Art und Weise gesteuert oder geregelt werden können.
Bei Verwendung eines blasenförmigen Verdrängungskörpers ist zweckmäßig im Unwuchtbehälter ein den Verdrängungskörper in seiner äußersten Verdrängungslage angepaßter Blasenkäfig angeordnet.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Vibrator in einer Gesamtansicht, F i g. 2 die Unwuchtwelle mit zugeordneter Unwuchtvorrichtung, teilweise geschnitten, und
F i g. 3 den Gegenstand der F i g. 2 in einer Stirnansicht.
Der in Fig.) dargestellte Vibrator besteht im wesentlichen aus einer Vibrationsplatte 1, einem regelbaren Gleichstrommotor 2, einem Schutz- und Lagergehäuse 2 und einer Welle 4. Die Welle 4 isi mit Lagerelementen 5 im Schutzgehäuse 3 gelagert, welches auch die Schwingungen auf die Vibrationsplatte 1 überträgt. Wie die F i g. 2 zeigt, können auf der Welle 4 Dichtungsringe 6 vorgesehen sein, um ein Austreten der weiter unten erläuterten Unwuchtflüssigkeit im Fall einer Beschädigung der Unwuchteinrichtung mit Sicherheit auszuschließen.
Am freien Ende der Welle 4 ist eine axiale Ausnehmung 7 zur Aufnahme einer Druckgaspatrone 10 vorgesehen. In Verlängerung dieser axialen Ausnehmung 7 ist eine axiale Bohrung 8 vorgesehen, die in eine Querbohrung 13 einmündet. Am Anfang der axialen Bohrung 8 ist ein elektromagnetisch regelbares Füllventil 9 eingebaut. Die Druckgaspatrone 10 wird von einer Druckfeder 11 mit Hilfe des aufschraubbaren Deckels 12 gegen das Füllventil 9 gedrückt, so daß das Patronenventil geöffnet wird und die Ausströmungsfunktion ausschließlich von dem Füllventil 9 übernommen wird. Die Querbohrung 13 ist mit einem elektromagnetisch regelbaren Reduzierventil 14 versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Unwuchtbehälter 15 mittels Flanschen 16 flüssigkeitsdicht auf der Welle 4 befestigt. Dieser Unwuchtbehälter hat eine quer zur Wellenachse abgeplattete Tropfenform. Der Unwuchtbehälter 15 ist mit Quecksilber 17 oder einem anderen fließfähigen Unwuchtmedium von hohem spezifischen Gewicht gefüllt. Außerdem befindet sich in dem Unwuchtbehälter ein Verdrängungskörper 19, der beim Ausführungsbeispiel als Druckblase bzw. Membrankörper ausgeführt ist und mit einem Anschlußnippel 18 mit der Querbohrung verbunden ist.
Neben dem Unwuchtbehälter 15 ist ein koaxialer Überlaufbehälter 20 auf der Welle 4 flüssigkeitsdicht befestigt. Die Befestigungsflansche sind mit 21 bezeichnet. Die vom Unwuchtbehälter 15 und dem Überlaufbehälter 20 gebildeten Flüssigkeitsräume sind durch ein Überlaufventil 23 und ein Rücklaufventil 24 miteinan-
der verbunden, welche elektromagnetisch regelbar sind. Außerdem ist noch ein Leitungsrohr 22 an das Überlaufventil 23 angeschlossen, dessen F.influßöffnung etwa in den äußeren Bereich, d. h. in die möglichst äußere radiale Zone des Unwuchtbehälters mündet, wo die Zentrifugalkräfte am größten sind. Dieses Leitungsrohr 22 kann durch Flansche an der Innenwandung des Unwuchtbehälters 15 befestigt sein. Die elektrische Steuerung bzw. Regulierung des Füllventils 9. des Reduzierventils 14, des Überlaufventils 23 und des Rücklaufventils 24 erfolgt über Schleifringe 28 auf der Welle 4.
Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer Druckblase ist außerdem noch ein Blasenkäfig 25 vorgesehen, der Durchbrüche 26 aufweist und über Stützflansche an dem Unwuchtbehälter 15 befestigt ist. Dieser Blasenkäfig ist der Form des blasenförmigen Verdrängungskörpers in dessen äußerster Verdrängungslage angepaßt.
Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Vibrators ist folgende:
Bei der Rotation der Welle 4 erzeugt das in dem Unwuchtbehälter 15 befindliche Quecksilber 17 die Unwuchtkräfte und damit in Abhängigkeit von der Drehzahl die Schwingungen. Sollen die Unwuchtkräfte verringert werden, so wird durch elektrische Schalt- und Regelorgane das Füllventil 9 geöffnet, so daß aus der Druckgaspatrone 10 Gas austritt und den Verdrängungskörper 19 mit Druck beaufschlagt. Dieser Gasdruck im Verdrängungskörper erhöht auch den Druck in der Quecksilberflüssigkeit, so daß Quecksilber aus dem Unwuchtbehälter 15 über das Leitungsrohr 22 und das Überlaufventil 23 in den Überlaufbehälter 20 entweicht. Das Füllventil 9 und das Überlaufventil 23 werden auf elektromagnetischem Wege gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen. Durch diese Quecksilberverdrängung aus dem Unwuchtbehälter 15 wird die Unwuchtmasse verringert, da das in den koaxialen Überlaufbehälter 20 verdrängte Quecksilber gleichmaßig gegen dessen koaxiale Wandung gedrückt wird, also geringere Unwuchtkräfte wirksam werden.
Soll hingegen die Unwuchtkraft vergrößert werden.
so wird durch elektromagnetische Steuerung des Reduzierventils 14 und des Rücklaufventils 24 einerseits der Druck im Verdrängungsorgan 19 verringert und andererseits Quecksilber aus dem Überlaufbehälter 20 wieder in den Unwuchtbehälter 15 zurückgedrängt. Sowohl die Vergrößerung als auch die Verkleinerung der Unwuchtkräfte kann durch Regulierung des Druckes im Verdrängungskörper 19 und durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung der vorgesehenen Ventile stufenlos eingestellt werden.
Die Erfindung bleibt nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind zahlreiche Änderungen durchführbar, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, an Stelle einer Druckgaspatrone einen axialen Anschluß für eine stationäre Druckleitung vorzusehen. Hierbei besteht die Möglichkeit, bei Fortfall des Füllventils 9 die Drucksteuerung von außen vorzusehen. Darüber hinaus ist es möglich, bei einer Drucksteuerung von außen her auch auf sämtliche Ventile zu verziehten, wobei etwa an der Stelle des Rücklaufventils 24 nur eine einfache öffnung erforderlich ist. Hierbei wird durch Steuerung des Druckes mehr oder weniger Unwuchtmedium (Quecksilber) aus dem Unwuchtbehälter 15 verdrängt, bei Druckverringerungen fließt dieses dann wieder in den Unwuchtbehälter zurück Weiterhin kann an Stelle des blasenförmigen oder membranartigen Verdrängungskörpers 19 ein Kolben vorgesehen werden, der in einem Zylinder im Unwuchtbehälter geführt wird. An Stelle eines regelbaren Gleichstrommotors 2 können auch andere elektrische pneumatische oder hydraulische Rotationsmotorer oder Verbrennungsmotoren zur Anwendung gelangen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vibrator zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, bestehend aus einer in einem auf einer Vibrationsplatte angeordneten Gehäuse gelagerten, motorisch angetriebenen Welle, auf welcher ein mit einem flüssigen Medium füllbarer und mit einem Verdrängungskörper versehener Unwuchibehälter «ngeordinet ist, wobei Steuermittel zur Veränderung des Füllgrades vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Unwuchtflüssigkeit hohen spezifischen Gewichts gefüllte Unwuchtbehälter (15) über Leitungen mit einem koaxial auf der Welle (4) angeordneten Überlaufbehälter (20) verbunden ist und der Verdrängungskörper (19) auf seiner der Unwuchtflüssigkeit gegenüberliegenden Seite mit einer stufenlos einstellbaren Gasdruckquelle verbunden ist.
2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (19) aus einer Druckblase besteht und an eine Querbohrung (13) in der Welle (4) angeschlossen ist, in welche eine mit einem Füllventil (9) versehene axiale Bohrung (8) der Welle mündet und deren gegenüberliegendes Ende mit einem Reduzierventil (14) versehen ist.
3. Vibrator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im freien Ende der Welle (4) eine axiale Ausnehmung (7) zur Aufnahme einer Druckgaspatrone (10) vorgesehen ist, welche von einer einem Deckel (12) zugeordneten Druckfeder (11) mit ihrem Schließventil gegen das Füllventil (9) gedrückt wird.
4. Vibrator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unwuchtbehälter (15) und der Überlaufbehälter (20) über ein Überlaufventil (23) und ein Rücklaufventil (24) verbunden sind und
an das Überlaufventil ein Leitungsrohr (22) angeschlossen ist, dessen Einflußöffnung in eine äußere radiale Zone des Unwuchtbehälters mündet.
5. Vibrator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllventil (9) und das Reduzierventil (14) für das Druckgas sowie das Überlaufventil (23) und Rücklaufventil (24) elektromagnetisch gesteuert werden, wobei das Füllventil mit dem Überlaufventil und das Reduzierventil mit dem Rücklaufventil gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden.
6. Vibrator nach Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Unwuchtbehälter (15) ein dem blasenförmigen Verdrängungskörper (19) in seiner äußersten Verdrängungslage angepaßter Blasenkäfig (25) angeor dnet ist.
55
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DE2229110B2 true DE2229110B2 (de) 1975-08-14
DE2229110C3 DE2229110C3 (de) 1977-02-24

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