-
Vorrichtung zur Umwandlung von drehender in pendelnde Bewegtang. Für
diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 191t die Priorität auf
Grund - der Anmeldung in Dänemark vom 9. November 192o beansprucht. Die vorliegende
Erfindung betrifft die Erzeugung von schwingender bzw. pendelnder hin und her gehender
Bewegungsart aus rotierender Bewegung unter Ausnutzung der Kräfte, die bei Beschleunigung
und Verzögerung von Massen auftreten.
-
Die bekannten Einrichtungen zur Erzielung dieser Umwandlung verwenden
meistens Kurbel und Pleuelstange (Abb, i). Von dieser Anordnung möge zur klareren
Entwicklung des Neuartigen ausgegangen werden.
-
In Abb. i ist K das Kurbellager, A die Kurbel und B
die Pleuelstange. A wird von dem Motor D aus mittels Riemscheiben G, H und Riemen
F. in Drehung versetzt. Bei dieser prinzipiellen Darstellung soll die Einrichtung
keinerlei Arbeit leisten; vielmehr soll der zwischen den Gleitbacken C, C geführte
Kreuzkopf W leer hin und her spielen. Im Körper W seien beträchtliche Gewichtsmassen
aufgespeichert, so daß zu seiner Beschleunigung und Verzögerung erhebliche Kräfte
P1 erforderlich- sind. Diesen entsprechen genau gleich große Reaktionskräfte P-",
die im KurbellägerK auftreten. Die KräfteP2 werden weiterhin von dem Maschinengestell
aufgenommen.
-
Trifft man die Anordnung nun so, daß (Abb. 2) das Kurbellager K nicht
auf dem
Gestell festgelegt, sondern daß es mit einem Gleitkörper
V verbunden ist, der sich ebenso wie W zwischen den Gleitbacken C,. C bewegen kann,
so werden die periodischen Reaktionskräfte P2 eine pendelnde Bewegung von T>' zur
Folge -haben, die der von W ganz ähnlich ist. Sind die Gewichte der beiden Gleitklötze
V und W bzw. Ml und M2, so verhalten sich die beiden Pendelwege reziprok wie diese
Gewichte. Das Bewegungsgesetz ist das bekannte physikalische Gesetz von der Erhaltung
des Schwerpunktes. Ist S der geineinsame Schwerpunkt von V und W, sind d
und b die Abstände, so ist in jedem Augenblick Ml X a = M2 X b.
-
Da die Pendelungen von V; mit it.gend einem _ hin und her gehenden
Maschinenteil, z. B. einer Säge verbunden sein können, durch die Reaktionskräfte-
auf-das frei gemachte Kurbellager zÜstande kommen, so wird das Triebmittel passend
als Reaktionsgetriebe bezeichnet.
-
Mit .Absicht ist die Laufrichtung des Riemens -im rechten Winkel
'zur Gleitbahn gewählt worden, damit dadurch und bei genügender Riemenlänge
die Gleitbewegung möglichst wenig beeinflußt wird. Natürlich kann an die Stelle
des Riementriebes jedes beliebige andere Antriebsmittel (z. B.- Vierkantwelle, biegsame
Welle, Kardanwelle) treten, vdrausgesetzt, daß es das Pendeln nicht behindert.
-
In den Abb. 3 bis 8 sind Modifikationen dieser Anordnung dargestellf.
-
In Abb. 3 und q. wird das »Stoßgewicht« W von zwei Kurbeln Al; A2
und Pleuelstangen B1, B2 angetrieben, wobei durch die Wellen L und ;die Zahnräder
N dafür gesorgt ist, daß -die beiden Kurbeln mit gleicher Geschwindigkeit
aber mit entgegengesetztem. Drehsinn umlaufen. Dadurch werden die durch den Kurbelantrieb
bedingten vertikalen Seitendrücke von W auf die Gleitbacken C aufgehoben. Es ist
dann möglich, ohne Führungsbacken für das Stoßgewicht W auszukommen.
-
In Abb..3 und q. ist ferner die Anordnung so getroffen, daß die Länge
der Kurbel A und die der Pleuelstange B gleich sind, und daß das Stoßgewicht W an
V, Y vorbei- bzw. zwischen V, h hindurchgehen kann. Dadurch wird der Bewegungsbereich
gleich dem vierfachen Kurbelradius, anstatt dem zweifachen, wie für den Eall, daß
die Pleuelstange B größer als die Kurbel ist.
-
In Abb. 5 ist " gezeigt, daß sich Stoßgewichte W, W auch in
die Pleuelstangen B
hineinlegen lassen.
-
Durch kinematische Abänderungen können zum Abstoßen von h gegen W
die verschiedensten Mittel angewandt werden, Kulissen, Exzenter, Lenker der "verschiedensten
Form, wie Grenzfälle" des Lemniskasten- und Ellip. senlenkers, die Nürnberger Schere
und ähnliches: Von praktischer Bedeutung sind die Formen Abb. 6, 7 und $.
-
' - In den Abb. 6 und 7 . sind Kurbel und Pleuelstange durch . Exzenter
ersetzt, wodurch eine kompakte, starke Bauart erreicht wird.
-
Auf der in einer Gabel von h befindlichen Achse R sind die Exzenter
Al, A2, A$ drehbar, die ihrerseits wieder Exzenter Bi, B2, B$ tragen. Die
Exzenter A nehmen die Stelle der Kurbeln, die Exzenter B die Stelle der Pleuelstangen
ein. Auf B sitzt das eigentliche Stoßgewicht W, jedoch unterstützen die Gewichte
von A und B selbst die Wirkung. von W. Die Exzenter A2 und lA8 rotieren =im
gleichen Drehsinn. -Das Exzenter Al läuft im entgegengesetzten Sinne um, da der
Antrieb von-der Vierkantwelle 0 aus mittels der Kegelradgetriebe S1 und S2 erfolgt.
Die Ver= schiebung des Stoßgewichtes ist gleich der doppelten Summe der Exzentrizitäten
von A und B.
-
Abb. 8 zeigt die Verschiebung des ' Stoßgewichtes mit Hilfe eines
Planetenradgetriebes. Der Zahnkranz S1 ist mit U fest verbunden, die Drehachse von
S2 an dem Kurbelarm A befestigt. S8 dreht- sich ebenfalls um eine an A befindliche
Achse und ist mit dem Arm B,. der das Stoßgewicht W trägt, fest verbunden.
Die Radien der Räder S1 und S3 verhalten sich' wie 2 : r. Dann bewegt sich W horizontal
hin und her. Der .Antrieb des Kurbelarmes A wird 'hier durch die flexible Welle
0 und den Motor D bewirkt.
-
Gemäß der bisherigen Beschreibung des Getriebes ist wohl die Bewegung
von V relativ zu W bestimmt, es besteht aber noch keine Festlegung der gemeinsamen
Bewegung oder der Lage auf den Gleitschienen. Hier können V und W, ganz abgesehen
von ihren Schwingungen, jede beliebige Lage einnehmen, .soweit die Nachgiebigkeit
des Antriebes dies zuläßt.
-
Man kann unterscheiden: r. Dauernde Pendelungen um einen festen Punkt,
. 2. Regulierbarkeit bzw. Veränderlichkeit von Ort und Amplitude der Pendelungen,
3. Dauernde Verschiebung des Schwingungsmittelpunktes.
-
Das Pendeln um einen festen Punkt wird erreicht entweder dadurch,
daß, man nach Abb. 9 V zwischen zwei Federn U1 und U2 einbaut, die' bei der Pendelung
abwechselnd komprimiert werden, oder durch eine einzige Feder, die für Kompression
und Dehnung eingerichtet ist, oder dadurch, daß man gemäß
Abb.
rö Y.. gegen pufferartige Einrichtungen UI, U2 anstoßen- läßt. An Stelle von :Spiralfedern
können natürlich auch Federn anderer Art, wie Blattfedern u. dgl. benutzt werden.
Beim -Pendeln um einen ein für allemal in seiner anfänglichen Bewegungsbahn verbleibenden
Schwingungsmittelpunkt ersetzt das Reaktionsgetriebe im wesentlichen die Kurbel.
Es hat aber den Vorteil, daß in jedem Augenblick die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte
von h-und W sich, abgesehen von der Nutzarbeit, genau aufheben, daß das System in
sich also ausbalanciert ist. Es gibt auch Anwendungsfälle, wo kein Gestell in der
Nähe des schwingenden Körpers ist, dieser also keine feste Führung wie durch die
Schiene C (Abb_ 2) erhält; dann kann V sich an der Masse W abstoßen: Ein solcher
Fall liegt z. B. vor, wenn ein Getriebe gemäß Abb.8 am freien Ende des um einen
Punkt am Gestell schwingbar gelagerten Flügels eines Schlagschwingenfliegers so
angeordnet ist, daß der Körper W sich in senkrechter oder schräg .gerichteter Bahn
hin und her _bewegt, Der am Ende des Flügels gelagerte Arm ist dann durch Vermittlung
einer am Flügel gelagerten von innen nach außen gehenden Welle befestigt, auf welche
innerhalb des Flugzeuges die biegsame Welle C (Abb. 8) drehend wirkt.
-
Die Vorteile des Getriebes kommen besonders zur Geltung, wenn man
die spezifischen Eigenschaften ausnutzt, die durch den Übergang von Abb. r (Kurbel)
auf Abb. 2 (Reaktionsgetriebe), nämlich durch das Freimachen des Kurbellagers, entstanden
sind, das ist die freie Beweglichkeit des Systems.
-
Die einfache Verstellbarkeit läßt sich erreichen, indem man die Schwingungsbegrenzer
(z. B. Puffer UI, U= in Abb. 11 oder Federn beliebiger Art) vom Gestell loslöst
und verstellbar macht. Durch Zusammenschieben von UI und U2 wird die Größe der Schwingungsamplitüde,
durch gemeinsames Verschieben der beiden Begrenzer nach. der einen oder anderen
Seite die Lage des Schwingungsmittelpunktes reguliert. Diese Regulierung erfolgt
mit ganz geringem Kraftaufwand, da die Verschiebung der Begrenzer sich hauptsächlich
vollzieht während. Ir »unterwegs« ist.
-
Arbeitsgang und Arbeitsort eines schwingenden Gegenstandes, z. B.
einer von V aus hin und her bewegten Säge, kann also im weitesten Maße beeinflußt
werden, auch während des Betriebes und ohne den Arbeitsgang zu stören.
-
Die volle Ausnutzung der Freiheit der Schwingungslage wird erreicht,
wenn man die auf den schwingenden Körper V wirkenden periodischen Massenkräfte mit
einer gleichgerichteten Kraft kombiniert. Man erhält dann das in Abb. r2 dargestellte
Kraft-Zeit-Diagramm. Hier ist I die gleichgerichtete, und II die periodische Komponente
der Gesamtkraft III. Aus dieser pulsierenden Gesamtkraft III folgt das- Wegdiagramm
Abb. 13, das die fortschreitend pulsierende Bewegung darstellt. Natürlich gibt Abb.
13 nur den allgemeinen Charakter des Wegdiagrammes wieder, das in hohem Maße von
der Form abhängt, in der die Nutzarbeit geleistet wird. Man gewinnt aber ein gutes
Bild der Bewegungsart, selbst für einem Extremfall, wie einen Hammer, wo sich die
ganze Arbeit in einem einzigen Moment, beim Aufschlag,, auswirkt. Abb. 13 drückt
das Heben, das Niederschlagen und das Fortschreiten aus, das sich beim Hammer darin
äußert, daß ein Pfahl oder ein Nagel vorwärts getrieben oder das bearbeitete Metall
umgeformt wird.
-
Abb. 14 zeigt ein schematisches, Abb. 15 ein praktisches Beispiel
für die. pendelnd fortschreitende Bewegung.
-
Durch die Kraft der Feder X und die Kraft der pendelnden Masse W wird
die pulsierende Kraft auf V hervorgerufen, und damit die fortschreitende Bewegung
bei gleichzeitigem Pendeln. Nutzbar ist praktisch stets nur die fortschreitende
Komponente, die schwingende ist eine Hilfsbewegung, die indirekt nur die fortschreitende
verstärkt oder sie indirekt bedingt. Dies erhellt aus Abb. 15, .der Skizze einer
Ramme, wo natürlich nur das Fortschreiten des. Pfahles, der im Moment des Aufschlages
mit dem Rammbär Il eine Einheit bildet, von Bedeutung ist. Auf P' drückt die Feder
X; die durch Handrad Z-in vertikaler Richtung nachstellbar ist. Die untere Feder
U ist bei voller Arbeit ganz außer Betrieb, da der Abstand a dann größer als die
Schlaghöhe ö ist. Sie dient dazu, wenn erforderlich, den Schlag abzustoppen oder
zu mildern;- indem man sie mittels Handrad S2 höher stellt. Die hier gewählte Form
des Stoßgewichtes W ist die in Abb. 6 und 7 im Detail dargestellte; es wird durch
die Vierkantwelle O betätigt, die wiederum durch die Spiralfeder Y gedreht wird.
Diese wird von dem Motor D aufgezogen.. Der Zweck dieser Antriebseinrichtung wird
weiter unten dargelegt werden. ' Beim Heben des Bären wird die Spannung der Feder
X erhöht. Beim Niederschlag wird der Bär h dann sowohl dadurch beschleunigt, daß
er sich gegen W abstößt als auch durch die Feder X. Beide zusammen wirken so, daß
im Moment des Aufschlages die Arbeit im fortschreitendem Sinne, d. h. die Geschwindigkeit
des Bären beim Aufschlag und somit die Schlagkraft praktisch ein Maximum erreicht;
Laßt
man Feder X fort, so wirkt nur die Schwerkraft als »Kraft mit konstanter Richtung«
auf den Bär V. Dann liegt also ein Sonderfall vor, wo keine eigentlichen mechanischen
Mittel das Reaktionsgetriebe in seinem -Arbeitsbereich begrenzen, eigenflich ein-Unterfall
zu g. in der weiter oben aufgestellten Liste der Anordnungen. -Das Reaktionsgetriebe
bat die Eigenschaft, daß das Drehmoment auf die Antriebswelle während einer Umdrehung
erheblich schwankt; es ist verschieden, j e nachdem das Stoßgewicht W verzögert
oder beschleumgt wird. Daß dies der Fall sein muß, erhellt ' ohne weiteres aus der
Abb. 2. Sind nun, wie beim Hammer, zwei aufeinanderfolgende "Halbperioden - (beim
Hammer: Hub und Schlag) erheblich ungleich oder tritt gar eine plötzliche Energieentziehung
wie im Moment des Aufschlages ein, so erreicht das Maximum des Drehmoments während
eines Arbeitsprozesses so hohe Spitzen, daß Konstruktionsteile; wie Wellen, Zahnräder
usw., gefährdet sind. Es ist daher zweckmäßig in Verbindung mit dem Reaktionsgetriebe
ein Antriebsmittel anzuwenden, . das die hohen Drehmomente überhaupt nicht aufkommen
läßt, sondern in der Winkelgeschwindigkeit so weit nachgibt, daß die ungewöhnlich
hohen Maxima ausgeglichen werden. Ein solches Antriebsmittel ist die Feder, wie
sie bei Y (in Abb. i5) zwischen dem Motor D und die Welle 0 eingefügt ist. Diese
kann statt dauernd d:.irch den Elektromotor D auch durch -irgendwelche Mittel periodisch
aufgewunden werden. Die Feder als Triebmotor bildet dann eine Konstruktionseinheit
mit .dem -Reaktionsgetriebe und ein sehr wichtiges Element desselben. Beim Hammerantrieb
wirkt sie dahin, daß gegen Ende'der Niederschlags-. halbperiode die höchste Winkelgeschwindigkeit
auftritt, und daher der Schlag verstärkt wird. Der Bär erhält im letzten Augenblick
noch einen besonders starken Impuls.
-
Bei der Ausführung die in den Abb.6 und 7 gezeigt ist, liegen die
Mässen zum Teil in den dort benutzten Exzentern: Das Hineinlegen der für die Reaktionswirkung
in Frage kommenden Massen in die Exzenter kann so weit getrieben werden; däß der
besondere Körper als solcher nicht mehr in die Erscheinung tritt.