DE2637095A1

DE2637095A1 - Mechanical energy converter for rotary motion - uses weighted levers to produce mechanical advantage for increasing input energy

Info

Publication number: DE2637095A1
Application number: DE19762637095
Authority: DE
Inventors: Peter Stassen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1978-02-23

Abstract

A mechanical energy convertor has a central pivot (13) and coaxial to it, a reaction ring (1). A roller arm (4) which is located ar or near the pivot (13) has a roller (2) which is in contact with the reaction ring track (1). A straight lever (8, 9) which at its centre is attached to the pivot (13), is also connected to the roller arm (4) by two coupling rods (6, 10). When equal weights are attached to the free ends of levers (8, 9), the system starts to rotate (arrow 14). This represents a mechanical advantage which can be used to increase the input energy.

Description

Mechanischer Energiewandler. Mechanical energy converter.

Es wird vorliegend davon ausgegangen, daß die allgemeinste Form eines mechanischen Energiewandlers ein Getriebe ist, das eine Antriebsenergie bestimmter Größenordnung in eine bestimmte Abtriebsenergie wandelt, die sich von der Antriebsenergie um einen bestimmten Ubersetzungs bzw. Umwandlungsfaktor unterscheidet. Die Größe dieses Faktors ist abhängig von der Anordnung und Ausbildung der einzelnen Zwischenglieder des Getriebes, die zwischen dem Antriebs-und dem Abtriebsglied im Übertragungsweg der Energie angeordnet sind, wobei diese Getriebeglieder entweder starr oder verformbar ausgebildet sein können.It is assumed here that the most general form of a mechanical energy converter is a gear that provides a certain drive energy Order of magnitude converts into a certain output energy, which is different from the drive energy differs by a certain translation or conversion factor. The size this factor depends on the arrangement and design of the individual intermediate links of the gearbox, which is between the drive and the output member in the transmission path the energy are arranged, these gear members either rigid or deformable can be formed.

Unter den verschiedenen Getriebeformen wird vorliegend insbesondere das Kurbelgetriebe herausgegriffen, das zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in eine periodisch veränderliche Bewegung und umgekehrt ausgebildet ist. Zu einem solchen Kurbelgetriebe gehört regelmäßig ein Gelenkviereck, das beispielsweise bei einem bei Kolbenmaschinen am häufigsten verwendeten Geradschubkurbeltrieb durch die umlaufende Kurbel, die daran angelenkte Pleuelstange und den in einer geraden Gleitbahn, nämlich dem Zylinder, beweglichen Kolben gebildet wird. Mithin wird bei einem solchen Kurbelgetriebe jede in die Kurbel eingeleitete Drehbewegung in eine Hin-und Herbewegung am Kolben umgewandelt und umgekehrt.In the present case, the various forms of transmission are in particular the crank mechanism selected, which converts a uniform rotary motion is formed into a periodically variable movement and vice versa. To a such a crank mechanism regularly includes a four-bar linkage, for example at a straight thrust crank drive most frequently used in piston engines the revolving crank, the connecting rod linked to it and the one in a straight line Slideway, namely the cylinder, movable piston is formed. Hence, at Such a crank mechanism converts every rotational movement introduced into the crank Back and forth motion converted on the piston and vice versa.

Innerhalb solcher Kurbelgetriebe wird auch von dem Hebelgesetz Gebrauch gemacht, wenn hierbei die allgemeine Definition eines Hebels als ein um eine Achse drehbarer, starrer Stab berücksichtigt wird, an dem in beliebigen Punkten ausserhalb der Achse mindestens zwei Kräfte angreifen. Für einen solchen Hebel gilt nach dem Hebelgesetz, daß an ihm Gleichgewicht herrscht, wenn die Summe aller rechtsdrehenden Momente gleich der Summe aller linksdrehenden Momente ist, was bei vorhandensein von nur zwei Kräften mit senkrecht auf die Kraftwirkungslinien gemessenen Hebelarmen heisst, daß dann das Produkt aus Last und Lastarm gleich dem Produkt aus Kraft und Kraftarm ist.The lever law is also used within such crank mechanisms made when doing the general definition of a lever as one around an axis rotatable, rigid rod is taken into account, at any point outside at least two forces act on the axis. For such a lever applies after Lever law that equilibrium prevails when the sum of all clockwise Moments equal to the sum of all counter-clockwise torques, what if they are present of only two forces with lever arms measured perpendicular to the lines of action means that the product of load and load arm then equals the product of force and Is poor in strength.

Das zuletzt fUr einen Hebel angesprochene Gleichgewicht verkörpert mithin ebenfalls eine Art mechanischer Energiewandlung, denn wird die am Kraftarm angreifende Kraft als Antriebsenergie definiert, dann ergibt sich daraus unter Einbeziehung der HebelUbersetzung die mithin gewandelte Abtriebsenergie in Form der am Lastarm wirkenden Last. Erfindungsgemäß wurde nun doch etwas überraschend gefunden, daß unter wohl hauptsöchlicher Einbeziehung des Gravitationsgesetzes eine Durchbrechung dieses Hebelgesetzes denkbar ist, sodaß damit eine entsprechend vorteilhafte Anwendung für eine mechanische Energiewandlung erfolgen kann. Mithin ist ein erfindungsgemäßer mechanischer Energiewandler prinzipiell gekennzeichnet durch zwei gleich lange Hebel, die an ihrem einen Ende mit einer gemeinsamen ortsfesten Drehachse verbunden sind, konzentrisch zu welcher eine kreisförmige FUhrungsschiene für einen Schlitten angeordnet ist, mit welchem ein mittels zweier Spannarme gegen die Hebel gelenkig verspannter Hauptträger verbunden ist.The equilibrium last mentioned for a lever is embodied consequently also a kind of mechanical energy conversion, because it becomes that on the power arm attacking force is defined as drive energy, then results from this taking into account the leverage is the converted output energy in the form of that on the load arm acting load. According to the invention it has now been found, somewhat surprisingly, that a breakthrough probably mainly taking into account the law of gravitation this Lever law is conceivable, so that a correspondingly advantageous application for a mechanical energy conversion can take place. It is therefore an inventive mechanical energy converter principally characterized by two levers of equal length, which are connected at one end to a common fixed axis of rotation, concentrically to which a circular guide rail for a slide is arranged is, with which an articulated braced against the lever by means of two clamping arms Main beam is connected.

Ein Uber dieses prinzipielle Konstruktionsprinzip gekennzeichneter Energiewandler nach der Erfindung kommt damit wohl den Kurbelgetrieben am nächsten, wobei aber deren prinzipielles Gelenkviereck zugunsten eines Gelenksechsecks verlassen ist. Bei diesem Gelenksechseck bildet mithin die gemeinsame Drehachse der beiden Hebel ein erstes Auflager des gesamten Systems, während ein weiteres Auflager durch den Schlitten in seiner Zuordnung zu dem FUhrungskreis geschaffen wird. Werden nun dabei versuchsweise die verschiedenen Glieder so gegeneinander verspannt, daß die beiden Hebel in der Horizontalen miteinander fluchten, und werden dann weiterhin versuchsweise an die freien Enden der Hebel völlig gleiche Gewichte angehängt, dann zeigt sich überraschend, daß sich der Schlitten in Bewegung setzt, obwohl eigentlich wegen des Hebelgesetzes erwartet werden müsste, daß wegen der dann nach wie vor bestehenden Gleichheit der Produkte aus Kraft und Kraftarm bzw. Last und Lastarm auch weiterhin die ursprungliche Gleichgewichtslage des Systems beibehalten wird. mithin ergibt sich daraus, daß mit einem solchen mechanischen Energiewandler gemäß Erfindung eine entsprechende Energiesteigerung möglich ist, die beispielsweise dazu ausgenutzt werden kann, eine bestimmte Antriebsenergie durch wahrscheinliche Ausnutzung wohl ausschließlich der Gravitationskraft in eine entsprechend erhohte Abtriebsenergie zu wandeln.One about this principle construction principle characterized Energy converter according to the invention thus comes closest to crank gears, but leaving their basic quadrangle in favor of a joint hexagon is. This joint hexagon therefore forms the common axis of rotation of the two Lever a first support of the entire system, while another support is carried out the slide is created in its assignment to the management group. Will now experimentally, the various members are braced against each other so that the both levers are aligned horizontally, and will then continue experimentally attached completely equal weights to the free ends of the levers, then surprisingly it turns out that the sledge starts moving, although actually because of the law of leverage it would have to be expected that because of the then still existing equality of the products of force and force arm or load and load arm the original equilibrium position of the system is maintained. consequently it follows that with such a mechanical energy converter according to Invention a corresponding increase in energy is possible, for example to do so can be exploited, a certain drive energy by probable Exploitation probably exclusively of the gravitational force in a correspondingly increased To convert output energy.

Die Größe des hierbei maßgeblichen Umwandlungsfaktors ist wesentlich beeinflusst durch die Anordnung und Ausbildung der einzelnen Glieder des Gelenksechsecks, das wie auch das Gelenkviereck bei den herkömmlichen Kurbelgetrieben eine Ausweitung auf noch mehr Glieder und selbstverständlich auch eine von einer reinen Stabform abweichende Abwandlung der einzelnen Glieder erfahren kann. In diesem Zusammenhang hat sich unter einer größeren Vielzahl von bis jetzt erprobten Versuchsanordnungen das Uber die Fig. 1 der Zeichnung ausgewiesene Konstruktionsprinzip wegen seiner offensichtlichen Einfachheit als entsprechend zweckmäßig erwiesen. Hierbei ist ein einfacher Führungskreis 1 verwirklicht, den man sich beispielsweise als ein ortsfestes Getriebegehäuse veranschaulichen kann, das innen eine Führungsschiene fUr einen entlang derselben rollenden oder gleitenden Schlitten 2 aufweist. Mit dem Schlitten 2 ist über einen endseitig rechtwinklig auskragenden Tragarm 3 ein Hauptträger 4 fest verbunden, der sich in der in Fig. 1 festgehaltenen Gleichgewichtslage des Systems vertikal erstreckt und dabei durch die Achse des FUhrungskreises 1 hindurchgeht oder zumindest nahe derselben verläuft. Der Hauptträger 4 hat eine gegenüber dem Durchmesser des Führungskreises 1 bzw. der entsprechenden Führungsschiene für den Schlitten 2 kleinere Länge und kann fUr eine praktische Ausführungsform mit einem beliebigen, insbesondere stabförmigen Konstruktionselement verwirklicht werden, das als Mitler zwischen dem Schlitten 2 und den Ubrigen Gliedern dient.The size of the relevant conversion factor is essential influenced by the arrangement and design of the individual links of the joint hexagon, This, like the four-bar linkage in conventional crank gears, is an extension on even more links and of course also one of a pure rod shape can experience different modification of the individual links. In this context has proven itself among a larger variety of experimental arrangements which have been tried and tested to date the construction principle shown in FIG. 1 of the drawing because of its obvious simplicity has been found to be appropriately expedient. Here is a Realized simple leadership circle 1, which can be thought of as a stationary one, for example Can illustrate gear housing, the inside a guide rail for a has carriage 2 rolling or sliding along the same. With the sledge 2 is a main support 4 via a support arm 3 which protrudes at right angles at the end firmly connected, which is in the steady state of the recorded in Fig. 1 System extends vertically and thereby passes through the axis of the leadership circle 1 or at least runs close to it. The main beam 4 has an opposite Diameter of the guide circle 1 or the corresponding guide rail for the Slide 2 smaller length and can for a practical embodiment with a any, in particular rod-shaped construction element can be realized, which serves as a mediator between the carriage 2 and the other members.

sehen sind. Unterschiedlich hierbei ist, daß der Tragarm 3' für den Schlitten 2' über ein Verbindungsgelenk 15 an dem Hauptträger 4' angelenkt ist, wobei der Hauptträger 4' an seinem anderen Ende noch einen weiteren rechtwinklig auskragenden Tragarm 16 aufweist, an dessen Ende das Verbindungsgelenk 5' des auch hierbei längeren Spannarmes 6' mit dem Hauptträger 4' ausgebildet ist. Weiterhin unterschiedlich ist, daß das Verbindungsgelenk 7' des Spannarmes 6' mit dem Hebel 8' an dessen der Drehachse 13' abgewandtem freien Ende ausgebildet ist.are seen. The difference here is that the support arm 3 'for the The carriage 2 'is articulated to the main beam 4' via a connecting joint 15, the main beam 4 'at its other end still another at right angles having cantilevered support arm 16, at the end of which the connecting joint 5 'of the also here longer clamping arm 6 'is formed with the main beam 4'. Farther is different that the connecting joint 7 'of the tension arm 6' with the lever 8 'is formed at its free end facing away from the axis of rotation 13'.

Das alternative Konstruktionsprinzip gem. Fig. 2 weist zusätzlich einen weiteren Führungskreis 17 auf, der konzentrisch zu dem Führungskreis 1' angeordnet ist und zur Führung eines weiteren Schlittens 18 dient. Mit dem Schlitten 18 ist ein Nebenträger 19 verbunden, der mittels zweier weiterer Spannarme 10 und 21 gelenkig so gegen den Hauptträger 4' verspannt ist, daß sich in der dargestellten Gleichgewichtslage ein zu dem Hauptträger 4' etwa paralleler Verlauf des Nebenträgers 19 ergibt, wobei Hauptträger 4' und Nebenträger 19 auf verschiedenen Seiten der im Zentrum des Systems ausgebildeten Drehachse 13' liegen und zu dieser etwa gleiche Abstände haben. Die Verbindungsgelenke des Spannarmes 20 mit dem Hauptträger 4' und dem Nebenträger 19 sind mit 22 und 23 bezeichnet, während der Spannarm 21 Uber entsprechende Verbindungsgelenke 15 und 24 verfügt, bei denen mithin das eine Verbindungsgelenk 15 zusammenfällt mit dem Verbindungsgelenk des den Schlitten 2' tragenden Tragarmes 3' mit dem Hauptträger 4'. Auch bei diesem Kontruktionsprinzip ergibt sich eine gleichsinnige Drehrichtung aller Gelenke, was durch die Pfeile 25 angedeutet ist, wenn an dem dann ebenfalls als Kraftarm fungierenden Hebel 9' eine Antriebskraft angesetzt wird.The alternative construction principle according to FIG a further guide circle 17 which is arranged concentrically to the guide circle 1 ' is and is used to guide a further slide 18. With the carriage 18 is a secondary beam 19 is connected, which is articulated by means of two further clamping arms 10 and 21 is so braced against the main beam 4 'that in the position of equilibrium shown results in a course of the secondary beam 19 that is approximately parallel to the main beam 4 ', wherein Main beam 4 'and secondary beam 19 on different sides of the center of the system formed axis of rotation 13 'and have approximately the same distances to this. the Joints of the tension arm 20 with the main beam 4 'and the secondary beam 19 are denoted by 22 and 23, while the tensioning arm 21 has corresponding connecting joints 15 and 24, in which the one connecting joint 15 therefore coincides with the connecting joint of the support arm 3 'carrying the carriage 2' with the main beam 4 '. This construction principle also results in a direction of rotation in the same direction of all joints, which is indicated by the arrows 25, if on that then also as a force arm acting lever 9 'a driving force is applied.

An dem freien Ende des Hauptträgers 4 ist bei 5 ein erster Spannarm 6 angelenkt, der bei 7 ein Verbindungsgelenk mit dem einen von zwei gleich langen Hebeln 8 und 9 hat. Ein zweiter Spannarm 10 ist gleichartig bei 11 an dem Hauptträger 4 und bei 12 an dem Hebel 9 angelenkt. Der Spannarm 6 ist länger als der Spannarm 10, wodurch sich für das Verbindungsgelenk 7 des Spannarmes 6 mit dem Hebel 8 eine Anordnung zwischen dessen beiden Enden ergibt, während sich für das Verbindungsgelenk 11 des Spannarmes 10 mit dem Hauptträger 4 eine etwa innerhalb des Drittels der gesamten Trägerlänge liegende Anordnung ergibt, die dem Verbindungsgelenk 5 des längeren Spannarmes 6 mit dem Hauptträger 4 entspricht. In Verbindung mit der noch im Zentrum des Führungskreises 1 angeordneten gemeinsamen Drehachse 13 der beiden Hebel 8 und 9, die jeweils mit dem einen Hebelende verbunden ist, ergibt sich damit eine Drehung des gesamten Systems in Richtung der Pfeile 14, sobald an die der Drehachse 13 abgewandten freien Enden der Hebel 8 und 9 gleiche Gewichte angehängt werden.At the free end of the main beam 4 is a first clamping arm at 5 6 articulated, the one at 7 a connecting joint with one of two of the same length Has levers 8 and 9. A second tension arm 10 is similar at 11 on the main beam 4 and hinged to the lever 9 at 12. The tension arm 6 is longer than the tension arm 10, whereby for the connecting joint 7 of the tension arm 6 with the lever 8 a Arrangement between the two ends results, while for the connecting joint 11 of the tension arm 10 with the main beam 4 an approximately within a third of the entire carrier length resulting arrangement that the connecting joint 5 of the longer clamping arm 6 corresponds to the main beam 4. In connection with the still arranged in the center of the guide circle 1 common axis of rotation 13 of the two Lever 8 and 9, which are each connected to one end of the lever, thus results a rotation of the entire system in the direction of the arrows 14 as soon as the axis of rotation 13 facing away from the free ends of the levers 8 and 9 equal weights are attached.

Wird mithin für eine praktische Ausführungsform eines solchen Energiewandlers für das freie Ende des einen Hebels 9 eine Antriebsenergie beispielsweise in der Form eines Antriebsmotors bestimmter Leistung verwirklicht, dann erfährt diese Leistung eine entsprechende Vermehrung, sodaß an dem freien Ende des anderen Hebels 8, der dann als Lastarm zu definieren wäre, wenn der Hebel 9 in diesem Fall als Kraft arm definiert wird, eine gegenUber der Antriebsenergie höhere Abtriebsenergie erhalten wird.It is therefore used for a practical embodiment of such an energy converter for the free end of a lever 9 a drive energy, for example in the Realized in the form of a drive motor of a certain power, then this power is experienced a corresponding increase, so that at the free end of the other lever 8, the would then be defined as a load arm if the lever 9 is poor in this case as a force is defined, receive a higher output energy compared to the drive energy will.

Bei dem über die Fig. 2 belegten Konstruktionsprinzip sind dieselben Konstruktionsmerkmale verwirklicht, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, weshalb zur Unterstreichung dieser Gleichheit gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und einem zusätzlichen Strichindex ver- L e e r s e i t e Die Konstruktion nach Fig. 3 entspricht praktisch derjenigen nach Fig. 2. Unterschiedlich ist, daß der starre Tragarm 16 des Hauptträgers 4' hier als Tragarm 16' des Nebenträgers 19 auftritt und an ihm der weitere Schlitten 18' angeordnet ist.The construction principle shown in FIG. 2 is the same Realized design features, as in the embodiment of FIG. 1, which is why to underline this similarity, the same parts have the same reference symbols and an additional line index L e r s e i t e the The construction according to FIG. 3 corresponds practically to that according to FIG. 2. Different is that the rigid support arm 16 of the main beam 4 'here as a support arm 16' of the secondary beam 19 occurs and the further slide 18 'is arranged on it.

Mithin ist der Spannarm 6" bei 5' direkt an dem Hauptträger 4' angelenkt und es ergibt sich damit ein noch stärkeres, in Richtung der Pfeile 25 wirkendes Drehmoment.The clamping arm 6 "is therefore hinged directly to the main beam 4 'at 5' and this results in an even stronger one acting in the direction of the arrows 25 Torque.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß das vorgeschilderte Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Energiewandlers auch dann verwirklicht ist, wenn der Schlitten für eine Bewegung auf einer ebenen Roll- oder Gleitfläche angeordnet ist und dabei dann die beiden Hebel in einer den Hauptträger kreuzenden Anordnung einstückig ausgebildet und ebenfalls mittels zweier ungleich langer Spannarme gelenkig gegen den Hauptträger verspannt sind. Wenn hierbei wieder an die freien Enden des einzigen Hebels gleiche Gewichte angehängt werden, dann ergibt sich ein gleichartiges Wegrollen oder Wegschieben des Schlittens nach der Seite des längeren Spannarmes, sodaß sich aus dieser also mit einem gleichen Ergebnis erprobten Versuchsanordnung auch die zusätzliche Schlußfolgerung ergibt, daß auch die Spannungsverhältnisse eine gewisse Rolle spielen.Finally it should be pointed out that the above The working principle of the energy converter according to the invention is also realized when the carriage is arranged for movement on a flat rolling or sliding surface is and then the two levers in an arrangement crossing the main beam designed in one piece and also articulated by means of two tension arms of unequal length are braced against the main beam. If this is done again at the free ends of the If the same weights are attached to a single lever, the result is a similar one Rolling or pushing the carriage to the side of the longer clamping arm, so that this test arrangement, which has been tested with the same result the additional conclusion also shows that the tensions play a certain role.

Claims

Claims X Mechanical energy converter, thereby y e k e n n z e i c h -n e t that two levers of equal length at one end with a common one Fixed axis of rotation are connected, concentric to which a circular guide rail is arranged for a slide, with which one by means of two clamping arms against the lever of articulated braced main trusses is connected.

2. Energy converter according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the main beam is smaller than the diameter of the guide rail Long has.

3. Energy converter according to claims 1 and 2, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that the main beam is hinged to the carriage.

4. Energy converter according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the main girder has a support arm protruding at right angles at the end for has the carriage.

5. Energy converter according to one of claims 1 to 4, characterized g e -k It is noted that the one connecting joint of the one tensioning arm to the with respect to the carriage facing away from the end of the main beam and the one connecting joint of the other tension arm at the third of the associated with this end of the beam Total length of the main beam are arranged so that in cooperation with the corresponding Joints of these clamping arms with the levers one with the slide feed direction of rotation of all joints results in the same direction if a driving force is applied to one of the levers works.

6. Energy converter according to one of claims 1 to 5, characterized g e -k Note that the main beam for a substantially vertical and an arrangement extending substantially through the axis of rotation of the two levers is formed when the levers are in an equilibrium position of the system with one another are aligned in the horizontal.

7. Energy converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that g e -k It is noted that the two clamping arms are of unequal length, wherein the shorter tension arm is hinged to the lever on which the driving force attacks.

8. Energy converter according to one of claims 1 to 7, characterized g e -k It is noted that one which is arranged concentrically to the guide rail further guide rail is provided for a further slide, with which one articulated against the main beam by means of two additional clamping arms Secondary beam is connected.

9. Energy converter according to one of claims 1 to 8, thereby g e -k It is noted that the further guide rail has a smaller diameter has as the guide rail guiding the slide for the main beam.

10. Energy converter nech claim o or vf, characterized in g-e, that the further carriage on a right-angled cantilever arm of the Nebenträyers is arranged.

11. Energy converter according to claim 10, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the support arm is arranged between the ends of the secondary beam.

12. Energy converter, thereby g e k e n n n z e i c h n e t that an- a slide arranged for movement on a flat roller or sliding surface an upright main beam is attached for a lever crossing this, the articulately braced against the main trough by means of two tensioning arms of unequal length is.