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Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingbewegungen. Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung mittels der einem mechanischen, nicht starren System eine äußerst
schnelle Schwingbewegung mit dem geringsten Kraftverlust durch Trägheitswirkungen
und unter Vermeidung schädlicher Resonanzwirkungen erteilt werden kann.
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Die Vorrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die Kombination
eines elastischen Systems, durch das die mechanische Einrichtung mit einem festen
Punkt verbunden ist, und einer Anordnung eines bedingten Antriebes für die Schwingbewegung,
d. h. eines Antriebes, bei dem die Bewegung nicht durch unmittelbare Verbindung
zwischen Motor und dem zu bewegendenSystem erzielt wird, sondern durch Benutzung
von Trägheitswirkungen einer Zusatzmasse, die mit den erwähnten Elementen kombiniert
ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist zunächst deren Anwendung bei einer
Pumpe beschrieben, die gebildet wird von einem senkrechten mit Ventil versehenen
Rohr, auf das eine hin und her gehende Bewegung in senkrechter Richtung übertragen
wird.
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Wie Fig. i der Zeichnung zeigt, besteht diese Puinpe aus einem senkrecht
angeordneten Rohr a, dessen unteres Ende in das zu hebende. Wasser eintaucht. Das
Rohr ist im unteren Teil mit einem Ventil b und oben mit einem Ausflußrohr c versehen.
Dieses Rohr ist auf dem beweglichen Teil einer Feder oder eines anderen elastischen
Systems d befestigt, dessen anderer Teil mit einem festen Punkt verbunden ist, hier
einer Traverse e, die über den Brunnen gelegt und hier auf irgendeine geeignete
Weise befestigt ist. Das Rohr a hängt frei in dem Brunnen ohne Führung oder Stützpunkte.
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In der Nähe der Befestigungsstelle der Feder an dem Rohr ist an diesem
ein Hebel nach Art eines Balanciers drehbar. Das eine Ende dieses Hebels trägt ein
Gegengewicht g, das andere Ende erhält auf irgendeine geeignete Weise eine durch
Pfeile angedeutete Schwingbewegung.
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Dieser mit einem Gegengewicht versehene und am Ende lt einer mechanischen
Kraft unterworfene Hebel f stellt den oben erwähnten Antrieb des Systems dar, zum
Empfang der Schwingbewegung, und die Aufgabe dieses Antriebes ergibt sich aus seiner
jetzt zu beschreibenden Wirkungsweise.
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Wenn man annimmt, daß das Rohr er heftig aus seiner mittleren
Stellung in senkrechter Richtung herausbewegt wird, so wird das Rohr unter der Wirkung
der Feder eine Sch@Nzngbewegung bestimmter Frequenz annehmen, die allein abhängt
von der Gesamtmasse des beweglichen Systems und der Elastizität der Feder, diese
Frequenz, die dem System eigen ist, ist die Normalfrequenz.
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Es soll nun angenommen werden, daß das Ende la des Hebels
f eine wechselnde Betregung erhält, etwa durch einen Motor.
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Im Anfang wird die Frequenz dieser wechselnden
Bewegung
niedriger sein als die oben erwähnte Normalfrequenz. Der Balancier f schwingt einfach
um seine Drehachse i, dieser Punkt bleibt unbeweglich im Raum, ebenso das Rohr a,
während das Gegengewicht g eine wechselnde Bewegung ausführt, entgegengesetzt der
von da. Sobald die Frequenz der Schwingungen des Endes da des Hebels
f die Frequenz des Systems ad erreicht hat, so wird durch eine Resonanzwirkung
das Rohr a eine wechselnde Bewegung ausführen; diese Bewegung ergibt eine Phasenverschiebung
mit Bezug auf diejenige des Endes da, und diese Verschiebung ist um so größer,
je größer die absörbierte Arbeit, hier die geförderte Wassermenge, ist.
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Der Hub, der im Anfang Null ist, wächst nach und nach, bis 'er den
beständigen Wert des normalen Laufes erreicht.
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Man kann die erhaltenen Ergebnisse ändern, indem man auf die drei
Faktoren einwirkt, nämlich: auf den Punkt lt durch den Motor übertragene Bewegung,
Gewicht und Stellung des Gegengewichtes und endlich widerstehende Kraft.
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Das Gegengewicht kann, wie in Fig. i dargestellt, jenseits des Drehpunktes
i oder zwischen diesem Punkt und dem Punkt h, oder auch jenseits des Punktes lt
angeordnet werden.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt der Apparat nach Fig.
i keinerlei Führung noch Zwischenträger o. dgl. und ist infolgedessen sehr leicht
aufzustellen. Er braucht infolgedessen nur zu dem Brunnen gebracht und in diesen
versenkt zu werden. Zwecks Untersuchung und Reinigung braucht man den Apparat nur
nach Lösung einer auf der Erdoberfläche angeordneten Schraubenbefestigung hochzuziehen.
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Im folgenden sind nun einige, gegebenenfalls miteinander zu kombinierende
Ausführungsformen der Feder und des Antriebes, die die wesentlichen Teile der Erfindung
darstellen, beschrieben.
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Die Feder kann beliebiger Art sein, vorausgesetzt, daß sie folgenden
Bedingungen entspricht.
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i. Die Bahn ihres freien Endes, das gleichzeitig der Befestigungspunkt
für das in wechselnde Bewegung zu versetzende Element ist, muß genau bestimmt sein.
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2. Die Resultierende der elastischen Kräfte dieser Feder muß beständig
durch den erwähnten Befestigungspunkt gehen trotz der Formänderungen der Feder und
der Lageänderungen dieses Punktes. Mit anderen Worten, die Feder darf auf das bewegliche
Element keine Biegungskräfte ausüben.
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Je nach dem Falle kann der Befestigungspunkt eine gerade Linie oder
auch eine Kurve, etwa einen Kreisbogen, beschreiben.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Feder für geradlinige
Bewegung, die sich besonders bei der 'in Fig, i dargestellten Einrichtung verwenden
läßt. Diese Feder ist gebildet aus einer Anzahl Lamellen il j2, -die zwei
gleiche Gruppen bilden. Die Lamellen il der ersten Gruppe sind in der Mitte
durchbohrt und an einem Flansch oder Bund a4 des Rohres a oder an einem anderen,
in wechselnde Bewegung zu versetzenden Element mittels Bolzen a5 befestigt. Die
Lamellen j2 der zweiten Gruppe sind gleichfalls in der Mitte durchbohrt, so daß
sie das Rohr a frei durchgehen lassen und auf der über den Brunnen gelegten Traverse
e mit Bolzen e1 befestigt.
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Die Fig. q. und 5 zeigen im Aufriß und im Grundriß eine andere Federanordnung.
Die Feder ist hier aus einem offenen, ebenen Ring i, der nach einem Radius aufgeschnitten
ist, gebildet. Das eine Ende dieses offenen Ringes ist mittels eines Armes m an
dem beweglichen Element a, das sich in dem Mittelpunkt des Ringes befindet, befestigt,
das andere Ende ist mit einem festen Teil e verbunden.
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Im Ruhezustande ist die Feder eben, Fig. q. zeigt sie in der Form
geändert und aus der mittleren Lage herausgebracht.
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Die Feder kann aus mehreren gleichgestalteten Ringen, die durch Zwischenlagen
getrennt sind, zusammengesetzt werden, in ähnlicher Weise, wie dies für die Lamellenfeder
in Fig. 2 dargestellt ist.
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Eine einfache und sehr billige als Feder zu benutzende Anordnung,
die gegebenenfalls Anwendung finden kann, besteht aus einer elastischen Holzplatten,
die, wie Fig. 6 zeigt, mit ihren Enden auf dem Brunnenrande befestigt ist, derart,
daß ihre Enden leicht um die Befestigungspunkte schwingen können, die festliegen,
aber die Platte nicht vollkommen festklemmen.
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Wie ersichtlich, haben die verschiedenen Federarten, indem sie das
Element a aus seiner mittleren Lage herausführen durch eine senkrechte Bewegung,
das Bestreben, diesem Element eine Schwingbewegung parallel zu sich selbst zu erteilen.
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Im folgenden sind nun einige Ausführungsformen des Antriebes für das
Ende A des Balaxiciers f beschrieben.
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Es gibt zwei Möglichkeiten, nach denen der Motor eine Geschwindigkeit
hat, die gleich ist der Geschwindigkeit des Systems oder kleiner als diese.
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Im ersteren Falle kann man jede beliebige Anordnung, etwa eine Kurbel
oder eine Rolle und Schleife, nehmen.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen als Beispiel eine Ausführungsform dieser letzten
Kombination. Das Ende des Hebels f trägt eine Schleife o, die senkrecht zur Längsachse
des Hebels liegt. In diese Schleife greift eine Rolle p ein, die an der Kurbel p1
einer angetriebenen Welle q sitzt.
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Falls der Motor nicht eine Drehbewegung
ausführt,
sondern, etwa wie ein Drucklufthammer o. dgl. einen Zylinder, einen Kolben und Steuerorgane
enthält, so kann man den Hebel f mit seinem Ende k mit dem Kolben verbinden und
den Zylinder feststellen, etwa an einem Träger e. Man kann nun in. diesem Falle,
wenn es möglich ist, das Druckmittel aus einem Behälter y dem Motor durch ein biegsames
Rohr zuzuführen, eine wesentliche Vereinfachung erreichen. Man kann nämlich den
Hebel f ganz fortlassen und den Kolben unmittelbar mit dem beweglichen Glied a verbinden,
wie Fig. g zeigt. Der Zylinder -u, nötigenfalls noch durch ein Zusatzgewicht beschwert,
ersetzt das Gegengewicht g. Das Prinzip dieses Systems ist dasselbe wie in dem in
Fig. i dargestellten Falle. Der bedingte Antrieb ist verwirklicht dadurch, daß der
Zylinder als nicht fester Stützpunkt dient, um eine Schwingung der Masse des Elementes
a und seiner Feder d einzuleiten.
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Eine andere Ausführung besteht, wenn der Motor nicht zu schwer ist,
darin, ihn unmittelbar auf dem Element a anzubringen, indem man -die Zwischenglieder
beseitigt, wie Fig. io zeigt. Diese Anordnung hat im übrigen eine große Ähnlichkeit
mit der Anordnung nach Fig. g, deren Umkehrung sie darstellt; der Kolben t des Motors
u1 bildet die Reaktionsmasse, um das Element a und die Feder zz mitzunehmen.
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Bei dem in Fig. io dargestellten Beispiel ist der Motor auf dem oberen
Teil des Elementes a angeordnet. Man kann, wenn auch weniger vorteilhaft, ihn seitwärts
von dem oberen Teil von a über der Feder anordnen.
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Es ist nun der Fall möglich, beispielsweise bei Handantrieb, daß die
Geschwindigkeit des Motors unter der gewünschten Frequenz bleibt.
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In diesem Falle muß ein die Geschwindigkeit vermehrender Mechanismus
zwischen den Motor und den Antrieb eingeschaltet werden. Wenn die notwendige Geschwindigkeitsvermehrung
bedeutend ist, so kann vorteilhaft die in Fig. ii dargestellte Anordnung verwendet
werden, die eine unmittelbare Umwandlung der langsamen Drehbewegung in eine hin
und her gehende Bewegung von sehr großer Geschwindigkeit gestattet. Diese Anordnung
besteht im wesentlichen aus einem Trieb x, auf einer Welle x1, die mittels einer
Handkurbel angetrieben wird. Das Antriebsrad besitzt eine besondere Verzahnung,
jeder Zahn ist dreieckig mit abgerundeten Seiten und stumpfem Spitzenwinkel. Die
Zahl der Zähne ist dem gewünschten Übersetzungsverhältnis entsprechend zu wählen.
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Der Hebel ist auf dem beweglichen 1?lement a derart angeordnet, daß
er darauf gleiten und sich drehen kann.
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Zu diesem Zweck ist auf der Achse i eine Rolle il angebracht, während
der Hebel eine die Rolle umgreifende Schleife f l besitzt.
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Der Hebel trägt einen Ring y, der den Trieb x umgreift und eine Innenverzahnung
besitzt. Die Form der Zähne entspricht der des Triebes x, wobei die Zähnezahl größer
ist als die des Triebs x.
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`Fenn der Trieb x in Drehung versetzt wird, so wird der Ring durch
die in Eingriff befindlichen Zähne mitgenommen, aber, da er sich nicht um sich selbst
drehen kann, so kann er sich nur auf dem Trieb x drehen, indem er eine Art Planetenbewegung
um den Trieb ausführt, und zwar derart, daß er einen vollständigen Kreis um den
Trieb beschrieben hat für jeden Durchgang eines Zahnes desselben auf der Senkrechten.
Der Eingriff ist gesichert durch die Stützung des Ringes auf dem Trieb, die gesichert
wird durch die Zentrifugalkraft der Gesamtmasse des Ringes des Hebels f und des
Gegengewichtes g; denn die Bewegung jedes Punktes dieses Ringes ist annähernd ein
Kreis, der als Durchmesser die Differenz zwischen dem ursprünglichen Durchmesser
des Triebes und des Ringes hat, d. h. ein Kreis, der als Umfang den Wert eines Ganges
hat. Durch die stumpfwinkligen Zähne ergibt sich eine Rollbewegung ohne Gleiter
fast ähnlich der eines Hohlzylinders auf einem etwas kleineren Vollzylinder. Die
Bewegung erfolgt ohne Stoß, und man erhält für den Balancier eine Bewegung ähnlich
der einer Kurbel.
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Diese besondere Einrichtung kann in verschiedener Weise ausgeführt
werden, besonders indem man den Hebel f verschieden ausführt. Die Eingriffsebene
kann senkrecht zum Hebel f sein; die Achse x1 befindet sich dann in der Verlängerung
der Achse des Hebels f.
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Die oben beschriebenen Anordnungen stellen nur Ausführungsbeispiele
dar, die Formen, Abmessungen und Einzelheiten können geändert werden, ohne von dem
Wesen der Erfindung abzuweichen.