DE2635282A1

DE2635282A1 - Hohen zentrifugalkraeften aussetzbares rad mit verbundaufbau

Info

Publication number: DE2635282A1
Application number: DE19762635282
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Giovachini; Dante Marc Vendramini
Original assignee: Institut de Recherche des Transports
Current assignee: Institut de Recherche des Transports
Priority date: 1975-08-05
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1977-02-17
Also published as: US4116088A; FR2347565B1; GB1549988A; FR2347565A1

Description

PATENTANWÄLTE J ηοCOOO

MANITZ, FINSTERWALD Λ GRÄMKOW

München, den 5» 4ugust 1976 S/2/Sv-J 2023

INSTITUT DE EECHERCHE DES TRANSPORTS

2, avenue du General Malleret-Joinville

ARCUEIL, Val-de-Marne, Frankreich

und

Herr Dante, Marc VENDRAHIIiI

17» rue Jean Dussourd

ASNIERES, Hauts-de-Seine, Frankreich

Hohen Zentrifugalkräften aussetzbares Rad mit "Verbundaufbau

Die Erfindung betrifft ein hohen Zentrifugalkräften aussetzbares Rad mit Verbundaufbau.

Auf dem Markt sind zahlreiche Fasern mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften verfügbar, die sie in die Lage versetzen, das Basis- bzw. Ausgangsmaterial für die Herstellung von hohen Zentrifugalkräften aussetzbaren Rädern zu bilden.

Es treten Fälle auf, in denen es interessant ist, Metallfaser-Verbund -Räder z.B. von der Irt zu bauen, daß wenigstens ein beiden Materialien gemeinsamer Umfang vorliegt. Ohne besondere

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DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 TEL. (089) 22 42 II. TELEX OS - 29672 PATMF SEELBERCSTR. 23/25. TEL.(07II)S6 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

Anordnungen bzw. Vorrichtungen, wie Dehnungsräume, Wellungen oder anderen, die immer schwierig zu bewerkstelligen sind, ist man veranlaßt, damit keine Ablösung bzw. Trennung zwischen den beiden Materialien eintritt, entweder die Spannungen in dem am meisten widerstandsfähigen Material zu begrenzen oder auf irreversible Weise die maximale elastische Dehnung bzw. Dehnbarkeit des anderen Materials zu überschreiten. Diese beiden Voraussetzungen führen zu mittelmäßigen, _tia sogar unbrauchbaren InOrdnungen·

In der US-PS 3 724 288 ist insbesondere ein Schwungrad-EnergiesOeicher in Form eines Fahrrad-Rades beschrieben, der zwei Sätze von Speichen umfaßt, die eine expansible Felge (eine -\ufwicklung aus Klaviersaiten) und eine Radnabe miteinander verbinden, die von zwei konzentrischen Hülsen gebildet wird, die selbst untereinander durch elastische Vorrichtungen verbunden sind. Ein Satz bzw. eine Gruppe von Speichen ist an einer der Hülsen befestigt, während die andere Gruppe von Soeichen an der anderen Hülse befestigt ist. Aufgrund der Ausdehnung der Felge zeigen die beiden Gruppen von Speichen die Tendenz, die eine der Hülsen gegen die andere und gegen die elastischen Vorrichtungen zu verdrehen. Die Spannungen in den Speichen sind teilweise durch die gegenseitige Drehung der beiden Hülsen begrenzt.

Die Konzeption dieses Schwungrades ist aufgrund der zu seiner Verwirklichung verwendeten Mittel hinfällig: es sind herkömmliche Speichen auf eine nicht weniger herkömmliche Art und Weise an der Felge und an der aus zwei Teilen bestehenden Radnabe befestigt und Spiralfedern verbinden die beiden Teile der Radnabe. Hierbei handelt es* sich um eine beträchtliche Unzulänglichkeit für ein Schwungrad, das einer hohen Zentrifugalkraft aussetzbar sein soll.

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In der J¹R-PS 1 275 119 ist ein hohles Rad aus elastischem Material für eine veränderliche -'bersetZimg "bzw. übertragung beschrieben, das mit einem Gegenrad unber Druck gesetzt wird. Eine auf das elastische Rad ausgeübte, axiale Kompression wirkt sich dahingehend aus, daß sein Durchmesser in der V/eise vergrößert \ijird, daß der Kontakt mit dem Gegenrad unter einem elastischen Druck hergestellt wird. Angetriebene Radnaben stellen die axiale Konroression des elastischen Rades sicher.

Weiterhin ist in der I¹R-PS 1 169 050 aus dem Gebiet der
veränderlichen Übersetzungen eine Rolle bzw. Scheibe mit veränderlichem Durchmesser für einen flachen Treibriemen beschrieben, die schwenkbare 3"Deichen aufweist, die eine verformbare Felge aus biegsamen bzw. dehnbaren; gekreuzten Latten und Antriebsvorrichtungen miteinander verbinden, die an mit Gewinde versehenen Teilen (I/inksgewinde, Rechtsgewinde) einer Welle angeschraubt sind, oder die
von mehr oder weniger zwischen den fest verbundenen Seitenwänden der Radnaben komprimierten Kautschukblöcken gebildet \i?ird. : ν

Bei diesen beiden variablen Übersetzungen hat eine gesteuerte axiale Kompression eine gezielte "Veränderung
des Durchmessers eines Rades oder einer Scheibe zur Folge, doch wird dies bei einem großen Zentrifugalkräften
aussetzbaren Rad so durchgeführt, daß jeglicher Umfangsdehnung dieses Rades Rechnung getragen wird.

Schließlich ist in der DT-AS 257 94-3 eine durch die gezielte Veränderung des Durchmessers einer Scheibe veränderliche übersetzung beschrieben, wobei die Scheibe
'eine geteilte Felge aufweist, die mit zwei Radnaben, von denen die eine fest und die andere beweglich ist, durch
Hebel verbunden ist, von ,denen zwei mit der festen Rad-

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_ Zf. -

nabe verbunden sind und der Wirkung der Zentrifugalkraft unterworfene Reguliergewichte tragen. Der zwischen den beiden Hebeln gebildete Winkel am G-elenkminkt auf der Felge schließt sich, wenn die Zentrifugalkraft und der Durchmesser der Scheibe wachsen.

Die Erfindung sieht ein hohen Zentrifugalkräften aussetzbares Verbundrad vor, das wenigstens zwei Elemente umfaßt, die aus Materialien mit unterschiedlichen elastischen Dehnungen bzw. Dehnbarkeit bestehen, wobei eines dieser Elemente den Umfang bildet und das andere Element das den Umfang bildende Element mit der Radnabe des Rades verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das das den Umfang bildende Element mit der Radnabe verbindende Element zwei konische Seitenwände umfaßt, die mit ihrer Hohlseite aufeinander zuweisen, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die dazu dienen, den zwischen den Seitenwänden gebildeten Winkel zu verändern, um, je nach dem vorliegenden Fall, entweder eine Begrenzung der auf das die Seitenwände bildende Material ausgeübten Spannungen zu erzielen (hierbei ist der Durchmesser des Rades konstant und der Winkel zwischen den Seitenwä-nden öffnet sich), oder um durch diese Seitenwände eine Anpassung an die Dehnung des den Umfang bildenden Materials zu erzielen (hierbei nimmt der Durchmesser des Rades zu und der Winkel zwischen den Seitenwänden öffnet sich oder schließt sich).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform greifen die zur Veränderung des Winkels zwischen den Seitenwänden vorgesehenen Mittel mittels einer Veränderung des Abstandes zwischen den Seitenwänden im wesentlichen im Bereich der Rotationsachse des Rades an (Vergrößerung des 4bstandes für einen konstanten Durchmesser des Rades; Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes für einen sich vergrößernden Durchmesser des Rades).

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben· in dieser zeigt:

die Fig. 1 bis 4 in schematischer Weise halbe Radialschnitte

von vier Verbundrädern gemäß der Erfindung;, und

Fig. 5 in derselben Weise eine Teilansicht einer

Variante des erfindungsgemäßen Rades.

Zur einfacheren Beschreibung wird mit F das Material bezeichnet, das die größere elastische Dehnungsfähigkeit besitzt, und mit M das andere Material.

Die Probleme hinsichtlich des Aufbaus von Verbundrädern lassen sich auf zwei einfache Fälle zurückführen:

Fall 1: M befindet sich am Umfang und F im inneren Bereich, wobei es M mit der Radnabe verbindet (Fig. 1);

Fall 2: F befindet sich am Umfang und M befindet sich im Inneren, wobei es F mit der Radnabe verbindet (Fig. 2)* (dabei ist D der gemeinsame Durchmesser).

Fall 1: Es sei angenommen, daß F den gesamten, innerhalb eines Kreises mit dem Durchmesser D liegenden Teil ausfüllt und daß das Problem der Verteilung der Soannung an der Zwischenfläche gelöst ist. Wird F einer gleichförmigen radialen .Soannung R ausgesetzt, dann ist die Verlängerung des Durchmessers D:

D χ a_f
(hierbei ist A~ die maximale elastische Dehnung).

Die Erfindung sieht demgemäß vor, F in zwei konische Seitenwände aufzuteilen, deren Hohlseiten einander zugewandt sind,

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— b —

und den zwischen ihnen gebildeten Winkel J- in Ibhängigkeit von der Geschwindigkeit veränderbar zu gestalten.

Die Veränderung des Winkels wird durch eine änderung des Abstandes zwischen den beiden Seitenwanden im wesentlichen im Bereich der Rotationsachse X-X des Rades erzielt.

Im betrachteten Fall besteht die Veränderung in einer Vergrößerung des bezeichneten Abstandes nach Maßgabe der Vergrößermig der Geschwindigkeit des Rades, um einen solchen Betrag d, daß sich die Verlängerung al einer jeden Seitenwand unter der Zentrifugalspannung ohne eine Änderung des Durchmessers D vollzieht. Wenn F die maximale Spannung erreicht, hat man im wesentlichen:

d = 2 D U_f)^i/2 ,

wenn man bedenkt, daß der Winkel am Scheitel der beiden Seitenwände klein bleibt.

Auf diese Weise unterliegt M nicht mehr dem Wachteil einer übermäßigen Ausdehnung des Verbindungsdurchmessers D.

Fall 2: ETunmehr sei der entgegengesetzte Fall angenommen, nämlich daß F die Rolle des liings für M übernimmt, das sich im Inneren befindet.

Ist keine Kompensationsvorrichtung vorhanden und nimmt man an, daß im Ruhezustand die Spannungen gleich Null sind, dann nimmt die Spannung des Rings mit der Geschwindigkeit nicht genügend schnell zu.

Realisiert man jedoch im Gegensatz hierzu erfindungsgemäß M in der Form von ζ v/ei konischen Seitenwänden, deren Basen im Bereich der Rotationsachse des Rades im Ruhezustand durch einen Abstand d getrennt sind, und verringert man durch eine

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— ι —

geeignete Vorrichtung diesen Abstand, wenn die Geschwindigkeit steigt, auf die Weise, daß er zum ''eisOxel für eine "bestimmte Rotationsgeschwindigkeit ν gleich Null wird, wobei die obige Beziehung

d = 2 D (A_f)¹/2

beibehalten wird, so erhält ' man für die Geschwindigkeit ν die maximale Ringspannung. Ist M so angeordnet (radial), daß sich in ihm keine tangentialen Spannungen bilden können, dann hat es die Anordnung ermöglicht, der Ausdehnung von F "zu folgen", ohne daß M einer übermäßigen Ausdehnung unterworfen wor*- den ist.

Man kann demgemäß die beiden folgenden, miteinander verbundenen Fälle betrachten:

Fall 1a (Fig. 3): F, das sich im Inneren befindet, "folgt" der Ausdehnung von M durch Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Seitenwänden von F im "Bereich der .Achse des Rades.

Fall 2a (Fig. 4): Eine Veränderung des Abstandes der beiden Seitenwände aus M, das sich im Inneren befindet, im Bereich der Achse des Rades ermöglicht es, daß keinerlei Änderung des Durchmessers D auftritt.

In den Fällen 1 und 2a bleibt der Durchmesser D konstant. In den Fällen 2 und 1a ist der Durchmesser D veränderlich.

Die Veränderung (Vergrößerung oder Verkleinerung) des Abstandes zwischen den beiden Seitenwänden 1 und 2 (aus F oder aus M) kann entweder automatisch oder durch das gezielte Eingreifen einer Bedienungsperson bewirkt werden.

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Sowohl im einen wie auch im anderen Pail ist ,jede der Seitenwinde (1 oder 2) auf einem getrennten Radnaben-Element (1a oder 2a) montiert, das in Translationsrichtung beweglich und im Inneren mit einem Gewinde versehen ist und mit einem entsorechenden, mit einem Gewinde versehenen Wellenteil (ib oder 2b) in Eingriff steht, der zur geometrischen Achse X-X des Rades koaxial und so befestigt ist, daß er sich um sich selbst drehen kann.

Vorzugsweise,, doch ohne unbedingt erforderlich zu sein, ist der Wellenteil, der zum Nabenelement der einen Seitenwand gehört, mit dem Wellenteil, der zum Nabenelement der anderen Seitenwand gehört, verbunden und. das Ganze bildet eine Schraube mit umgekehrtem Gewindegang 3, da der Gewindegang des einen Wellenteils grundsätzlich umgekehrt zum Gewindegang des anderen Wellenteils ist, da sich die Seitenwinde einander in entgegengesetzten. Richtungen nähern oder in entgegengesetzten Richtungen voneinander entfernen müssen.

Bei der der Einwirkung einer Bedienungsperson unterworfenen Version wirkt diese durch geeignete Vorrichtungen (nicht dargestellt) auf jeden der mit Gewinde versehenen Wellenteile 1a und. 2a oder auf die Schraube mit umgekehrtem.Gewindegang 6 ein.

Bei d_er automatisch arbeitenden Version bewirkt die Wirkung der Zentrifugalkraft das Auseinandergehen mit Hilfe eines Reguliergewichtes ^zl-, das die beiden Radnaben-Elemente ^a und 2a mitnimmt, an denen es über Kurbelstangen 5 befestigt ist.

In den Fig. 1 bis 4- sind die Reguliergewichte 4 im Inneren des Rades zwischen den beiden Mantelflächen 1 und 2 (aus P oder aus M) angeordnet.

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In der Fig. 5 sind die Reguliergewichte 4- außerhalb auf beiden Seiten des Rades angeordnet.

Nimmt man beispielsweise eine Verlängerung um 3 '> für F und um 1 $ für M an, so hat man eine Kondensation von

+ 3 % im Fall 1 (!Tip;. Ό bei konstantem Durchmesser;

- 2 Va im Fall 2 (Pig. 2) bei veränderlichem Durchmesser·,

+ 2 "^ im Fall 1a (Fi^.3) bei veränderlichem Durchmesser:

+ 1 ρ im Fall 2a (Fi^.4.) bei konstantem Durchmesser.

Das Verbundrad gemäß der Erfindtmg kann in vorteilhafter Weise, aber ohne hierauf beschränkt zu sein, ein °rüfrad für Wirbelstrom-Maschinen, Linearmotoren, ^T-reisen oder Magneten zur magnetischen Halterung bilden. In gleicher i'/eise kann es einen Energiespeicher für verschiedene Fahrzeuge bilden.

Patentansprüche

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Claims

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P a t e η t a η s ό r ü c fr

Hoben. Zentrifugalkräften aussetzbares Verbundrad mit wenigstens zwei Elementen, die aus Materialien mit unterschiedlicher elastischer Dehnbarkeit hergestellt sind, wobei eines dieser Elemente den Umfang des Rades bildet und das andere Element das den Umfang bildende Element mit der Nabe des 3ad.es verbindet, dadurch gekennzeichnet , daß das das den umfang bildende Element mit der Habe verbindende Element zwei konische Seitenwände (1,2) umfaßt, die mit ihren Hohlseiten einander zugewandt sind, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um den zwischen den beiden Seitenwänden gebildeten Winkel (-"X) sich ändern zu lassen, um, je nach dem gegebenen "Fall, entxveder eine Begrenzung der auf das die .Seitenwände bildende Material ausgeübten Spannungen zu erzielen (wobei der Durchmesser des Rades konstant ist und sich der Winkel zwischen den Seitenwändeii öffnet) oder um zu erreichen, daß die Seitenwände einer Dehnung des den Umfang bildenden Materials folgen (wobei sich der Durchmesser des Rades vergrößert und sich der Winkel zwischen den Seitenwänden entweder öffnet oder schließt).

2. Rad nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Seitenwinden zur Veränderung des Winkels (*"*-) vorgesehenen Vorrichtungen automatisch arbeiten.

■j. Rad nach ans orucfr 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Seitenwinden vorgesehenen Vorrichtungen zur Änderung des Kinkels (^) der gezielten Einwirkung einer Bedienungsperson unterworfen sind.

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4. Rad nach msOruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Seitenwänden zur Veränderung des Win- .' kels C- ) vorgesehenen Vorrichtungen mittels einer Veränderung des -Vbstandes (d) zwischen den Seitenwand en im wesentlichen im Bereich der Rotationsachse des Rades wirksam werden (Vergrößerung des Abstandes bei konstantem Durchmesser des Rades · Verdroßerung oder Verkleinerung des •A.bstandes bei einem größer werdenden Durchmesser des Rades).

5. Rad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Veränderung des 4bstand.es (d) vorgesehenen Vorrichtungen' zwei getrennte Habenelemente (la, 2a) umfassen, die in l'ranslationsrichtung beweglich sind und. auf denen ,"jeweils eine der beiden Seitenwände montiert ist.

6. Rad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ,jedes der getrennten Nabenelemente mit einem Innengewinde versehen ist und mit einem entsprechenden, mit einem Gewinde versehenen Wellenteil' (1b, 2b) in Eingriff steht, der sich um sich selbst drehen kann.

7· Rad nach \nsoruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenteil, der zu dem Nabenelement der einen Seitenwand gehört, mit dem Wellenteil verbunden ist, der zum Nabenelement der anderen Seitenwand gehört, und daß die gesamte Anordnung eine Schraube mit umgekehrtem G-ewindegang (-.5) bildet.

o. Rad. nach /aisüruch 5» gekennzeichnet durch wenigstens ein Üe^uliergewicht (4), d.as der Wirkung der Zentrifugalkraft unterworfen ist und die beiden Ilabenelemente (la, 2a) mitnimmt, mit denen es verbunden ist.

9. Rad nach \nsoruch '-, dadurch gekennzeichnet , daß die Reguliergewichte im Inneren des Rnd.es angeordnet sind (Fir;, ι bis 4).

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10. Rad nach. Anspruch 8, dadurch gekennz eichnet , daß die Reguliergewichte außerhalb des Rades auf dessen beiden Seiten angeordnet sind (Fig. 5)·

11* Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Prüfrad oder als Energiespeicher Verwendung findet.

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