DE308550C - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wagen, die auf dem Prinzip der einfachen Gehbewegung beruhend infolge entsprechender Vergrößerung der tragenden Stützflächen ihrer kufenförmigen Füße zum Fortbewegen

. schwerster Lasten über nachgiebiges und unvorbereitetes Gelände geeignet sind. Wenn solche Wagen den Anforderungen der Wirklichkeit genügen sollen, so müssen sie eine

ίο äußerst einfache Bauart aufweisen, weil einerseits verwickelte Mechanismen der unvermeidlichen Verschmutzung gegenüber weit empfindlicher sind, und weil anderseits das Gewicht des Wagens um so größer ausfällt, je größer die Anzahl der Teile ist, über welche die gewaltigen' Kräfte sich fortpflanzen. Außer dieser Grundbedingung sind ferner die ebenso wichtigen Bedingungen zu erfüllen, daß die Fortbewegung des Wagenkörpers mit gleichförmiger Geschwindigkeit, und die Voreilung der Füße nach den Gesetzen einer einfachen Schwingung erfolgen muß, weil jede andere Bewegungsform mit einem großen Verluste an Arbeit und einer gewaltigen Beanspruchung des Materials verbunden ist. Diese technische Aufgabe ist durch die vorliegende Erfindung unter Verwendung von nur drei wesentlichen Elementenpaarutigen g'elöst worden, von denen die erste ausschließ-Hch tragend, und die zweite ausschließlich treibend wirkt, während die dritte die Voreilung des Fußes nach den Gesetzen der einfachsten Schwingung erzwingt, wobei die Beschleunigungsarbeit nach Abzug der Reibungsarbeit als lebendige Kraft, zurückgegeben wird, so daß die Füße in der zweiten

Hälfte ihrer Schwingung wie treibende Sclnvungmassen wirken. Hierbei beschreiben in bekannter Weise alle Punkte des schreitenden Fußes auf einer mit dem Wagenkörper verbundenen parallelen Ebene die gleiche korbbogenförmige Kurve, die im Sinne der vorliegenden. Aufgabe zu betrachten ist als die Bahn des Mittelpunktes eines in endloser ebener Bewegung' um eine beiderseits begrenzte Gerade rollenden Kreises. Bezogen auf die Ebene seines starren Trägers stellt sich also die Bewegung des schreitenden Fußes als reine »Schiebung« dar, weil alle seine Punkte gleiche und parallele Bahnen beschreiben.

Die Bahn, die irgendein Punkt der Ebene des Fußes bei dieser endlosen Schiebung auf der Ebene seines Trägers beschreibt, ist also abhängig von der Länge der begrenzten Geraden und dem Durchmesser des rollenden Kreises. Da diese Größen den ganzen Aufbau des Wagens beherrschen, so soll die begrenzte Gerade kurz als Grundlinie, der auf der Grundlinie rollende Kreis kurz als Grundkreis und die vom Mittelpunkte des Grundkreises beschriebene Kurve kurz als Grundkurve bezeichnet werden.

In den Zeichnungen Fig. 1 bis 14 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung in Verbindung mit einem Wagen einfachster Bauart schematisch dargestellt. Alle nicht streng zur Erfindung gehörenden Teile sind fortgelassen. Fig. ι und 2 zeigen in Ansicht und Querschnitt die eine Seite des Wagens nach Wegnahme der Füße, und Fig. 5 und 6 den einen der bei den. symmetrischen Füße. Fig. 3

stellt in Ansicht von oben die zwangläufige Verbindung · der Zahnräder, und Fig. 4 .die Anordnung der Tragräder dar. Fig. 7 veranschaulicht eine volle Bewegung des schreitenden Fußes in sechs wichtigen Stellungen. Fig. 8 und 9 stellen den vollständigen AVagen in Seitenansicht und Querschnitt dar. Fig. 10 und 11, 12 und 13 zeigen den Rollkörper im • Eingriffe mit der Rollbahn. Und Fig. 14 wiederholt in größerem Maßstabe den senkrechten Schnitt durch.das einfache, zu beiden Seiten des Wagenkörpers -symmetrisch angeordnete, aus je einem Rahmen und je zwei Füßen bestehende Schreitwerk.

An dem mit dem Wagenkörper w starr verbundenen Rahmen r sind auf zwei festen. Achsen die vier kongruenten Tragräder a, und auf zwei drehbaren Achsen die vier Zahnräder c imd die mit den Rollkörpern g versehenen vier Kurbeln paarweise symmetrisch angeordnet. Zahnrad und Kurbel mit Rollkörper stellen ebenfalls kongruente Gebilde dar, die unter entgegengesetzter Richtung der Kurbeln 'auf. der gemeinschaftlichen Achse starr befestigt und gegenseitig durch Kegelräder k, I und Welle m zwangläufig so verbunden sind, daß die in gleichem Sinne und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit sich drehenden Kurbeln auf der gleichen Seite des Rahmens stets gleich gerichtet sind. Der auf breiter Sohle sich senkrecht erhebende Steg des Fußes / besitzt zwei kongruente Tragschienen b, welche mit den entsprechenden Tragrädern α als erste Elementenpaarung,

35- zwei kongruente Zahnkränze d, welche mit den entsprechenden Zahnrädern c als zweite Elementenpaarung, und zwei kongruente Rollbahnen h, welche mit den entsprechenden Rollkörpern g als dritte Elementenpaarung zusammenwirken. Die wagerechten Symmetrieachsen der Tragschienen und der Zahnkränze liegen parallel zur Sohle des Fußes. Die Mittellinien D-E der Rollbahnen fallen mit den senkrechten Symmetrieachsen der Zahnkränze zusammen, und die Anfangspunkte D der Rollbahnen liegen auf den unteren- Teilgeraden der Zahnkränze. Die Zahnkränze sind als Hohlkränze ausgebildet, deren Innenverzahnung" auf der unteren geradlinigen Strecke vollständig fehlt, weil sie an dieser Stelle" durch die Rollbahn ersetzt wird, die im Zusammenwirken mit dem Rollkörper theoretisch nichts anderes ist als die sehr tiefe Lücke für einen an einem langen Hebel sitzenden Triebstockzahn. Damit ·. indessen der Rollkörper die Rollbahn nicht nur durchlaufen, sondern auch überschneiden kann, ist er als Rolle mit dünnerer Achse μ ausgebildet und unter Kraftschluß achsial verschiebbar angeordnet, während die Rollbahn an der vorderen Seite mit einem nur das Hindurchgreifen der Achse-gestattenden Schlitze 0 und zu beiden Seiten mit schief ansteigenden Ablenkungsleisten q versehen ist.

Läßt man den Grundkreis in endloser Bewegung um die Grundlinie rollen, so beschreibt sein Mittelpunkt die Grundkurve. Die in den Endpunkten der Grundlinie errichteten Senkrechten zerlegen daher die Grundkurve in zwei Parallelen von der Länge der Grundlinie und in zwei Halbkreise vom Durchmesser des Grundkreises. Aber auch die Hüllbahnen aller mit dem rollenden Grundkreis konzentrisch verbundenen kleineren oder größeren Kreise bestehen aus äquidistanten Parallelen und konzentrischen Halbkreisen, deren gemeinschaftliche Punkte in den genannten Senkrechten liegen. Der senkrechte Längsschnitt der als Vollkörper ausgebildeten Tragschiene und des als Hohlkörper auftretenden Zahnkranzes ist daher zusammengesetzt aus einem Rechteck von der Länge der Grundlinie und aus zwei Halbkreisen, deren Durchmesser mit der Höhe des Rechteckes identisch ist. Hierbei besteht die Beziehung, daß sowohl die Summe der Durchmesser von Tragschiene und Tragrad als auch die Differenz der Durchmesser von Zahnkranz und Zahnrad gleich ist dem Durchmesser des Grundkreises.

Der Konstruktion dieses Äusführungsbeispiels sind für ein ganzes,Bewegungsspiel des Fußes drei volle Umdrehungen des Zahnrades j zugrunde gelegt. Der Teilkreis , des Zahnrades ist der Einfachheit wegen dem Grundkreis gleich gesetzt, der zugleich als. Einheitskreis vom Halbmesser 1 betrachtet werden soll. Dann beträgt die Länge der Grundlinie 3 7Γ, und der Umfang der Grundkurve 8 ,τ, weil sie sich aus zwei Geraden von der Länge 3 π und aus zwei Halbkreisen von der Bogenlänge χ π zusammensetzt. Da nun der Drehungswinkel eines sich abwälzenden Kreises, unabhängig von Gestalt und Länge der abgewälzten Linie, stets durch den Weg seines Mittelpunktes dargestellt wird, so müßte das einfache Zahnrad bei einmaligem Durchlaufen der Grundkurve vier volle Umdrehungen beschreiben. Da aber das ganze Bewegungsspiel des Fußes nach drei vollen Umdrehungen des Zahnrades vollendet sein muß, weil bei je.deitl der beiden zusammenwirkenden' Füße nur drei halbe'Umdrehungen für die'' zwangläufige Fortbewegung des Wagenkörpers nutzbar gemacht werden könrien, so ist eine ganze Umdrehung beim Voreilen des Fußes durch Geschwindigkeitssteigerung unter Wirkung . der dritten Elementenpaarung einzuholen.

Werden nun die beiden zusammenwirkenden 'Füße unter gegenseitiger Voreilung von drei halben Umdrehungen und unter richtiger

Stellung der Kurbeln mit dem Rahmen in Verbindung gebracht,, und wird eine der beiden Zahnradachsen mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit in Drehung versetzt,

. 5 so vollzieht sich in endloser Folge das in Fig. 7 unter Fortlassung aller entbehrlichen Linien und Wiederholungen in sechs Lagen von je ι π Abstand dargestellte Bewegungsspiel des Fußes. Während der Fuß auf dem Boden ruht, wird der von Tragschiene und Tragrad getragene Wagenkörper durch drei halbe Umdrehungen des Zahnrades mit gleichförmiger Geschwindigkeit um die Strecke 3 π zwangläufig vorwärts bewegt, wobei Zahnrad und Tragrad unter entgegengesetzter Drehung die oberen geraden Strecken von Zahnkranz und Tragschiene durchlaufen und aus der Stellung 1 in die Stellung 4 gelangen. Da der Wagenkörper bei den nun folgenden drei halben Umdrehungen des Zahnrades auf dem anderen Fuße um die Strecke 3 π weiterrollt, so bewegen sich, auch die mit ihm verbundenen Zahnräder und Tragräder von Stellung 4 bis Stellung 1 in gleicher Höhe weiter und wirken jetzt im umgekehrten Sinne auf den Fuß. Bei der vierten halben Umdrehung des Zahnrades wird daher der Fuß emporgehoben, indem der eine halbkreisförmige Teil des Zähnkranzes vom Zahnrade abgewälzt, und der eine halbkreisförmige Teil der Schiene vom Tragrade umlaufen wird. Bei der fünften halben Umdrehung des Zahnrades wird der Fuß nach vorn geschwungen, indem der Rollkörper die RoIlbahn abwärts und aufwärts durchläuft, während die untere, zahnlose Strecke des Zahnkranzes unter dem Zahnrade hinweggleitet, und die untere gerade Strecke der Tragschiene über das .Tragrad nach vorn rollt.

Hierbei stehen am Anfang und am Ende der Bewegung sowohl Zahnrad und Zahnkranz als auch Rollkörper und Rollbahn vorüber- . gehend gleichzeitig im Eingriff. Aber der Eingriffswechsel vollzieht sich stetig und stoßfrei, weil in der Ebene des bewegten Fußes die Mittellinie D-E der Rollbahn als Tangente der verlängerten Zykloidenbahn des Rollkörpers auftritt, wobei der Berührungspunkt D den Anfangspunkt der Rollbahn bildet, so daß im Augenblick des Eingriffswechsels die Geschwindigkeit des Fußes dieselbe bleibt, gleichviel ob sie durch das Zahnrad oder durch den Rollkörper erzwungen wird. Bei der sechsten halben Umdrehung des Zahnrades wird der Fuß niedergedrückt, indem der andere halbkreisförmige Teil des Zahnkranzes vom Zahnrad abgewälzt, und der andere halbkreisförmige Teil der Tragschiene vom Tragrad umlaufen wird.

Bei diesem Bewegungsspiele beschreibt der Rollkörper auf der Ebene des Fußes die symmetrische kleeblattförmige Kurve A-B-C- D-E-D-A, die sich aus verlängerten Zykloiden, verlängerten Flypozykloiden und aus zwei aufeinanderliegenden Gerad'en D-E-D zusammensetzt, die im gemeinschaftlichen Berührungspunkte D die Tangeuten an die symmetrischen verlängerten Zykloiden bilden. Gleichzeitig macht der Fuß einen Schritt von der Länge 6 π und von der Höhe 2, wobei jeder Punkt P des Fußes auf einer mit dem Boden verbundenen parallelen Ebene eine .Kurve beschreibt, die sich zusammensetzt aus. zwei halben, vom Grundkreise erzeugten Zykloiden P₄-Pr, und P₀-P₁ sowie aus einer Geraden P-rP_(i von der Länge 4 π, weil Zahnrad und Rollkörper selbst die Strecke ι π zurücklegen, während sie den emporgehobenen Fuß um die Strecke 3 π nach vorn schwingen. Da nun alle Punkte P beim Heben und Senken des. Fußes die symmetri-.. sehen Hälften einer Zykloide als erzeugende Punkte mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, die mit Null beginnt und nach stetiger Änderung mit Null endigt, so vollzieht sich auch der Übergang von der Ruhe zur Bewegung und von der Bewegung' zur Ruhe des Fußes stetig und stoßfrei. . . . ■

Um eine Vermehrung der Maschinenteile nach Möglichkeit zu vermeiden, .und die gleitende Reibung nach Möglichkeit durch rollende Reibung zu ersetzen, sind die Trag- -schienen b und die Zahnräder c mit Spurkränzen-j und t versehen, damit die Tragräder α und die Zahnräder -c" gleichzeitig als Leitrollen zur Führung der Füße in ihren Bewegungsebenen dienen. Außerdem sind die Zahnkränze mit glatten Laufschienen w für die glatten zylindrischen Laufflächen ν der Spurkränze der Zahnräder versehen, damit die Zähne gegen radialen Druck und .Stoß gesichert sind, trotzdem sie auf den wagerechten Strecken der Zahnkränze unter Wirkung der wechselnden Last niemals aufeinandergedrückt, sondern stets auseinandergezogen werden. Die Füße können, mit weiteren der'Grundkurve entsprechenden .Durchbrechungen y versehen werden, die je nach Bedarf zur Anbringung weiterer Leitrollcn oder zur Aufnahme durchgreifender starrer Verbindungen ζ von Rahmen und Wagenkörper dienen.

Die Tragräder α und die Zahnräder c sind nicht nur aus baulichen Gründen, sondern auch deswegen in erheblichem Abstande übereinarider angeordnet, weil dadurch der bei einseitiger Beanspruchung der Stützfläche des Fußes auf die zugehörigen Spurkränze .? und t und Leitrollen α und c ausgeübte Seitendruck entsprechend vermindert wird.

Da die Ausbildung des Zahnkranzes als Hohlkranz eine unbeschränkte Vergrößerung

Claims (11)

des Zahnrades unter Zugrundelegung' einer beliebigen Grundkurv.e gestattet, so kann die Konstruktion mit jeder ganzen Zahl von vollen Umdrehungen, ja selbst mit Eins, durchgeführt, und jede Schrittlänge mit jeder Hubhöhe des Fußes und folglich auch mit jeder Größe des Tragrades verbunden werden. Der einfachste mit dieser Vorrichtung versehene Wagen besitzt also an der rechten und linken Seite je ein selbständiges Schreitwerk, welches aus je zwei zusammenwirkenden, abwechselnd fortschreitenden, die natürliche Gehbewegung nachahmenden Füßen besteht, die entweder aktiv durch Antreiben der Zahn- !5 radachsen χ oder - passiv durch Ziehen oder Schieben des Wagens vorwärts oder rückwärts in Bewegung gesetzt werden. Während nun der Wagenkörper mit gleichförmiger Geschwindigkeit auf den Tragschienen der beiden jeweils auf dem Boden ruhenden Füße zwangläufig vorwärts rollt, werden die beiden anderen frei gewordenen Füße emporgehoben, j ■ vorwärts geschwungen und wieder niedergedrückt, worauf der Wagenkörper auf diesen vorwärts rollt; und das abwechselnde Spiel sich wiederholt. Die Vorrichtung kann daher auch als ein seine Schienen selbst legender Wagen bezeichnet werden. Die Konstruktion des Wagens weiter zu vereinfachen ist unmöglich, weil der Endzweck der Vorrichtung durch die einfachsten Maschinenelemente erreicht ist: Die dem Reiche der Natur entlehnten Gehwerkzeuge, die eine unbeschränkte Vergrößerung der Stützfläche ermöglichen, sind durch die vier langen und entsprechend breiten kufenförmigen Füße dargestellt. Die im Reiche der Technik herrschenden, rollenden Fortbewegungsorgane sind durch die vier Tragräderpaare vertreten. Und die den Zwanglauf und gleichzeitig den Antrieb der ganzen Vorrichtung vermittelnden Teile erscheinen in Gestalt von vier Zahnradpaaren, die durch Hinzufügung je eines besonderen Zahnes auf langern Hebel zur Hervorbringung einer neuen und eigentümlichen Wirkung befähigt sind. Der Wagen besitzt daher alle Eigenschaften und Vorzüge der tierischen Fortbewegung, der einfachen Eisenbahn und der Zahnrädbahn. -Die-Entwickeluhg entsprechender Geschwindigkeiten und die Überwindung starker Steigungen sind nur Fragen der Antriebskraft beziehungsweise der Kraftübersetzung. Da nun die Stützfläche der kufenförmigen Füße beliebig groß, beziehungsweise der Flächendruck auf den Boden beliebig klein gewählt werden kann, so ist durch diesen Wagen die Möglichkeit gegeben, ungeheure Lasten ohne Legung eines Schienenstranges mit beträchtlicher Geschwindigkeit über wegeloses Gelände fortzubewegen, und kleinere Lasten selbst über sumpfige Gebiete und starke Steigungen hinwegzuschaffen, was für die Fortbewegung von Geschützen, Baggern, Motorpflügen, Lokomobilen und ähnlichen Maschinen von großer Bedeutung ist. Die weitere Ausbildung der Füße und des Wagens sowie die Vorrichtungen zum Steuern des Wagens sind nicht Gegenstand dieser Erfindung. P ATEN τ- An Sprüche :

1. Vorrichtung zum Bewegen und Antreiben der kufenförmigen Füße schreitender Wagen, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Organe und die treibenden Organe räumlich getrennt und unabhängig voneinander angeordnet sind, so daß jede ■tragende Elementenpaarung (a, b) Und jede treibende Elementenpaarungifr, d) als selbständiges Gebilde mit eigener Führungsbahn, auftritt, deren an sich bekannte korbbogenförmige Grundkurve in endloser Bewegung durchlaufen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende, für jeden Fuß unter Zugrundelegung kongruenter und paralleler Grundkurven mindestens zweimal vorhandene Elementenpaarung· aus einem einfachen Tragrade (a) und einer parallel zur Sohle des Fußes angeordneten Tragschiene (b) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die endlose Bewegung der tragenden Elementenpaarung unter Zugrundelegung weiterer kongruenter und paralleler Grundkurven durch die treibende, für jeden Fuß mindestens zweimal in übereinstimmender Form und Anordnung vorhandene, aus Zahnrad (Y) und Zahnkranz (d) bestehende Elementenpaarung erzwungen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreilung des emporgehobenen Fußes durch weitere Ausbildung der treibenden Elementenpaarung (Y, d) in der Weise bewirkt wird, daß das Zahnrad (Y) mit einem besonderen, auf langem Hebelarme sitzenden, als Rollkörper (g) ausgebildeten Triebstockzahne, und der Zahnkranz (d) mit einer entsprechenden, als Rollbahn (Ji) ausgebildeten tiefen Lücke versehen ist, so daß' durch die Wirkung dieser dritten, für jeden Fuß mindestens einmal vorhandenen Elementenpaarung (g, h) die beträchtliche Masse des emporgehobenen Fußes nach den Gesetzen der einfachsten Schwingung vorwärts bewegt, und der ruhende Fuß mit großer Geschwindigkeit um eine ■ Schrittlänge überholt wird, wo-

durch die Möglichkeit gegeben ist, das einfache Schreitwerk auf zwei zusammenwirkende Füße zu beschränken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Rolle mit dünnerer Achse bestehende Rollkörper (g) achsial verschiebbar und kraftschlüssig festgehalten ist, und daß die zur Führung der Rolle dienende Rollbahn (/() an der vorderen Seite mit einem nur das Hindurchgreifen der Achse (n) gestattenden Schlitze (0) und zu beiden Seiten mit schief ansteigenden Ablenkungsleisten (q) versehen ist, damit der Rollkörper nur dann in die Rollbahn eintreten kanu, wenn er die Mittellinie derselben am Eingange tangential trifft, während er stets wirkungslos über Ablenkungsleisten und Schlitz hinwegläuft, wenn er auf seinem Wege die Rollbahn schneidet.

6. Vorrichtung' nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Grundkurve entsprechendenZahnkränze (d) als Hohlkränze mit Innenverzahnung ausgebildet sind, wodurch es ermöglicht wird, unter sonst gleichen Voraussetzungen, erstens die Zahnräder und Zahnkränze sowie die Anzahl der beim Heben und Senken des Fußes im Eingriffe stehenden Zähne und folglich die Tragkraft und Haltbarkeit der Verzahnung wesentlich zu vergrößern, zweitens mit einer -weit geringeren Anzahl von Umdrehungen, unabhängig von Hube des Fußes, eine wesentlich größere Schrittlänge zu erzielen, und drittens die mit je zwei zusammenwirkenden Zahnrädern starr verbundenen Achsen (x) von außen her anzutreiben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwangsweise und gleichsinnig angetriebenen Zahnräder (c) bei einmaligern Durchlaufen ihrer Zahnkränze eine ungerade Anzahl ganzer Umdrehungen beschreiben, wodurch erreicht wird, -daß Kurbel und Rollkörper (g) für jede Rollbahn (Ii) nur einmal erforderlich sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragräder (α) und die Zahnräder (c) durch Anbringung von Spurkränzen (s und i) gleichzeitig als Leitrollen zur Führung der Füße in ihren Bewegungsebenen ausgebildet sind, wodurch die unvermeidliche seitliche Reibung ohne Vermehrung der Maschinenteile auf ein Mindestmaß zurückgeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße mit weiteren der Grundkurve entsprechenden Durchbrechungen (y) versehen sind, die je nach Bedarf zur Anbringung· weiterer Leitrolien oder zur Aufnahme durchgreifender starrer Verbindungen (2) dienen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag-.räder (σ) und die Zahnräder (c) im erheblichen Abstände übereinander angeordnet sind, damit der bei unsymmetrischer Beanspruchung der Stützfläche des Fußes auf die zugehörigen Spurkränze (.5 und f) und Leitrollen (α und c) wirkende Seitendruck entsprechend vermindert wird.

11. Vorrichtung· nach Anspruch Ί bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten des Wagens auf je einem gemeinschaftlichen Rahmen (V) angeordneten, aus je zwei zusammenwirkenden Füßen bestehenden Schreitwerke entweder aktiv durch Antreiben der Zahnradachsen (x) oder passiv durch Ziehen oder Schieben des Wagens in Bewegung gesetzt werden.

Hierzu 1 Blair Zeichnungen.