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Getriebe zur Umsetzung--von Drehbewegung in eine andere Bewegung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe zur Umsetzung von Drehbewegung in eine
andere Bewegung, bei dem ein Arm an der Antriebsachse schwingbar befestigt und auf
einer verstellbaren Schrägebene durch Ansätze o. dgl. geführt ist. Sie besteht darin,
daß die Schrägebene um die Antriebsachse verdreht bzw. um beliebige Drehwinkel verstellt
werden kann, um .dadurch die Schwingweite und den Drehsinn des an
der
Antriebsachse gelagerten schwingenden Armes in gewünschter Weise zu ändern. Die
Vorrichtung ist so eingerichtet, daß die Verstellung der Schrägebene auch während
des Betriebes vorgenommen werden kann, ohne sie vorher außer Gang setzen zu brauchen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Abb. i bis 3 stellt perspektivisch eine Ausführungsform des Getriebes
in drei ausgezeichneten Lagen dar. Das schwingende Organ besteht beispielsweise
aus einem Flügel F, wie er für Mischzwecke Verwendung finden kann. (Um Platz zu
sparen, ist der Flügel verhältnismäßig zu klein gezeichnet.) Die beiden Flachseiten
des Flügels sind behufs späterer Unterscheidung der Bewegungsphasen mit I und II
bezeichnet.
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Der Flügel F ist mittels der senkrecht zu seiner Fläche stehenden
Stiftachse a in der Gabel .b schwingbar gelagert, die das obere Ende der Welle
W bildet. Das untere Ende dieser Welle trägt eine Schnurscheibe r', deren
Hälften in Beziehung auf die Flügelflächen mit I und II bezeichnet sind. Die Welle
W ist in der Hohlwelle W"
gelagert, auf welcher die Schnurscheibe r'
zum Antrieb dieser Welle sitzt. Das freie Ende der Welle W' ist durch das Armkreuz
d geführt, welches zwischen den Bügeln oder Armen c sitzt. Die Arme c tragen einen
zur Wellenachse schräg gelagerten Ring A, mit welchem auch (las Armkreuz
d
durch zwei Arme verbunden ist. In einer inneren Nut des Ringes A kann ein
innerer Kreisring B mit zwei Achsenstiften in gleiten. Eine innere Nut des
Ringes B dient ihrerseits zur Führung zweier ausladender Arme f des Bügels
F. Am Ring B
sind zwei Führungsschienen g, die die Welle W zwischen sich fassen,
in solcher Weise angeordnet, daß dieser Ring niemals um die Raumachse y, sondern
nur um die Raumachse x schwingbar ist.
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In der Lage des Getriebes nach Abb. i geht die Wellenachse z durch
die Mittellinie des Flügel F, und dieser steht senkrecht zur Ebene des horizontalen
Armkreuzes d, die ihrerseits stets senkrecht zu den Wellen W', W" steht.
Der Neigungswinkel des schiefen Kreisringes A gegen die horizontale Ebene ist bei
2c angedeutet. Der Ring B liegt bei dieser Stellung des Getriebes in der Ebene des
Ringes A, und die Flügelarme f stehen senkrecht zur Linie »t-m.
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Wird nun bei feststehender Welle W" die Welle g' in der Richtung des
Pfeiles i gedreht, so gleiten die Arme f in der Nut des Ringes B und nehmen nach
einer Vierteldrehung der Welle W die in Abb. z dargestellte Lage in der Linie
m-m ein. Der Ring B hat keine Veranlassung gehabt, sich dabei zu bewegen, da der
Ring A, in dem er hängt, in Ruhe geblieben ist. Der Flügel F steht jetzt mit seiner
Fläche senkrecht zur Raumachse x, urid seine Mittellinie liegt in der Mittelsenkrechten
der Ringebene A. Der Flügel zeigt jetzt in der Abbildung die Rückseite II.
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Nach einer weiteren Vierteldrehung der Welle W' liegen die Arme f
des Flügels wieder in der Raumachse x. Der Flügel hat sich alsdann wieder aufgerichtet
und nimmt dieselbe Lage wie in Abb. i ein, jedoch ist jetzt die Rückseite II statt
der Seite I nach vorn gekehrt.
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In Abb. 4 sind die durchlaufenen Lagen des Flügels in einem schematischen
Kreislauf zusammengestellt. Die Ellipsen bedeuten den Ring A in der perspektivischen
Lage der Abb. i. Der bei jeder Ellipse hinzugefügte Pfeil deutet den Kreislauf der_
Arme f an. Um die wirkliche Bewegung des Flügels zu erhalten, müßten die Ellipsen
sämtlich zur Deckung gebracht werden. Der Kreislauf nach Abb. q. vollzieht sich
bei jedem halben Umlauf der Welle Lt", somit zweimal bei einem ganzen Umlauf dieser
Welle. Dabei geht der Flügel zweimal mit seiner Fläche durch die Mittellinie z der
Welle W', und zwar stets in derselben Ebene, die durch die Raumachsen
x, z bestimmt wird. Zwischen diesen Lagen durchschreitet er j edesmal eine
senkrechte Stellung zu dieser Ebene. Er führt im ganzen eine konische Schwingung
aus, die in senkrechter Draufsicht auf die Horizontalebene des Armkreuzes d die
in Abb. 5 in der oberen oder unteren Hälfte dieser Abbildung dargestellten Stellungen
der Flügelflächen zeigt. Läßt man in der Stellung nach Abb.2 nur die Welle W" sich
drehen, so führt der Flügel in seiner Ebene lediglich eine Pendelung um die Achse
a aus. Der Winkel der Pendelung ist durch die Schieflage des Ringes _A fest bestimmt.
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Wird in der Stellung nach Abb. i nicht die Welle W', sondern nur die
Welle Lt7" in Richtung des Pfeils :2 gedreht, so schwingt dabei der Ring B um die
Raumachse x und erreicht nach einer Vierteldrehung der Welle g," die horizontale
Lage nach Abb. 3, da dann die Achsstifte iv, des Ringes B zwei gleich hoch über
der Ebene des Armkreuzes d liegende Punkte des Ringes A verbinden. Diese Punkte
selbst sind. mit ihrer Verbindungslinie aus der Lage 3 in Abb. i in die Lage 3'
in Abb, 3 gewandert. Der Flügel F hat dabei seine Lage beibehalten, da keine Veranlassung
gegeben war, daß die
Arme f die Raumachse x verließen. Wird jetzt
die Welle TY' in Richtung des Pfeils i gedreht, so laufen die Arme f in einer horizontalen
Ebene um. Die Folge ist, daß der Flügel F sich jetzt nur um seine Mittellinie z
dreht. (In der Abb. 3 haben zwecks Klarhaltung der Abbildung die Führungsschienen
eine etwas andere Form als in Abb: i.) Durch eine Vierteldrehung der Welle TTJ"
wird also der Ausschwingungswinkel des Flügels F auf lull reduziert (Lage nach Abb.3).
Erfolgen während dieser Vierteldrehung der Welle 9'" mehrere halbe Umläufe der Welle
W', so durchläuft der Flügel F entsprechend viele, immer enger werdende Kreisbahnen
nach Abb. d.. Dreht die Welle Tf` sich um einen Viertelumlauf weiter in Richtung
des Pfeils (Abb. 3), so stellt sich die Ringlage der Abb. i wieder her, wobei der
Ring A mit dem dazugehörigen Armkreuz und Gestell d, c um i8o° gedreht zu denken
-ist, während der Flügel in stets weiter «-erdende Kreisbahnen sich nach links von
der Mittellinie .z senkt anstatt nach rechts wie vorher in Abb a. Eine derartige
doppeltspiralige Bewegung des Flügels wird eine äußerst rasche Durcharbeitung .des
Mischgutes zur Folge haben. Bewirkt man die halbe Drehung der Welle W" in der Zeit
eines halben Umlaufs der Welle u" von der Stellung in Abb. i aus, so beschreibt
der Flügel statt der Doppelspirale eine doppelte Kreisbahn in Form einer Acht, die
in Abb. 5 veranschaulicht ist. In Abb. 5 sind die aufeinanderfolgenden Lagen des
äußersten Endes des Flügels dargestellt. Es ist ersichtlich, daß, da die Flügelebene
stets durch die Raumachse ü geht,- die Winkelstellung der Flügelfläche zur Tangente
der Bahn sich stetig verändert. Die Mitte der Acht wird stets in derselben Richtung
vom Flügel durchschnitten, der dabei die Lage nach Abb. i hat. Dagegen steht der
Flügel in den Außenbogen der Acht senkrecht zur Bahntangente gemäß Abb. a. In beiden
Außenbögen ist der Lauf des Flügels nach rechts gerichtet, wie die Pfeile E, E'
anzeigen. Beim 'Übergang von der einen in die andere Achtschleife wird also der
Kreislauf des Misch-. und Mehlgutes, in dem der Flügel arbeitet, umgekehrt, und
zwar ohne daß eine Umsteuerung 4er Welle TT" hierzu nötig ist.
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Abb. 6 - bis 8 stellen teils perspektivisch (Abb.6), teils in orthographischer
Projektion (Abb. 7, 8) eine gegen Staub, Feuchtigkeit, Verletzung u. dgl. eingekapselte
Ausführungsform des Getriebes dar. Bei dieser Ausführungsform ist außer den beiden
Wellen LT"'. TI", die hinsichtlich ihrer Getriebe-Wirkung den Weilen W', Ti,"' der
Abb. r bis 3 entsprechen, noch eine dritte Welle Ti7"' vorgesehen, die in den beiden
anderen steckt. Die Welle W' ist hier nicht wie in Abb. i zu innerst angeordnet,
sondern als äußerste Hohlwelle ausgebildet. Sie trägt eine Kapsel K von beispielsweise
ellipsoider Form (in Abb. 7, 8 von Kuppelform), in die längs einem kurzen Durchmesser
die Stiftachsen a gelagert sind, die einen den Flügel F tragenden Bügel la fest
mit einem im Inneren der Kapsel beweglichen Armkreuz f, f' verbinden. Sie
liegen wie in Abb. i stets horizontal und bilden wie in Abb. i bis 3 die Schwingachse
des Flügels I#'. Die übrigen Teile der Abb. 6 bis 8 sind in entsprechender Weise
mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie diejenigen Teile der Abb. i bis 3, denen
sie ihrer Wirkung nach entsprechen. So entsprechen beispielsweise die beiden Arme
f des Armkreuzes den Armen f
der Abb. i bis 3. (Das Armkreuz
f , f ist zwecks Klarhaltung der Abbildungen einem Ring, dem
es äquivalent ist, vorgezogen worden.) Die Abb. 6 stellt die gleiche Lage des Getriebes
dar wie Abb. i, indem die Ringe des Getriebes in der gleichen schiefen Ebene liegen.
Abb. 7 gibt den senkrechten Durchschnitt längs der y-Achse; Abb.8 die Draufsieht
auf das Ringsystem mit um 450 ge= drehtem Armkreuz f, f. Je zwei Ringe mit
zwischengelegten Kugeln vertreten einen Ring der Abb. i. Somit vertreten die beiden
Außenringe B', B" .den Ring B, die beiden Innenringe A', f1" den Ring
A. Die Kugeln erleichtern das Gleiten der Ringe A, B ineinander und vermeiden
die Zapfenreibung bei m und f der Abb. i. Der Doppelring B', . B"
wird mittels der Wippe i von dem Ende der Welle W" getragen und ist um die im Ring
A' an bestimmter Stelle eingelagerten Zapfen s verschwenkbar. Der innere
Doppelring A', A" wird von dem Ende der Welle W" getragen, das zu diesem Zwecke
in Abb. 6 konisch, in Abb.7 halbkugelig erweitert ist. Die Bewegungsvorgänge bei
dieser eingekapselten Form des Getriebes sind im allgemeinen die gleichen, wie bei
Abb. i bis 3 , beschrieben (auch dort wäre zur Sicherung des Ringes B gegen .Mitschleppen
durch die umlaufenden Stifte f eine zweite Hohlwelle zwischen W' und TT"' anzuordnen,
die zwecks Klarhaltung der Abbildung fortgelassen ist).
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Bezüglich der Bewegung nach Abb.6 sef hier nur festgestellt, daß bei
Drehung der Welle T.' in Richtung des Pfeiles i der Ring B'- unter Beibehaltung
-seiner Schieftage um den Ring B" gleitet, wobei die Zapfen fr allmählich das Armkreuz
f, f' und damit den Flügel F nach rechts in der Abbildüng
senken
wie in Abb. 2. Abb. 9 veranschaulicht diesen Lauf der Achsen a und Zapfen p in vereinfachter
Darstellung. Durch Drehung der Welle W' durchläuft auch in Abb. 6 der Flügel die
in Abb. q. dargestellten Lagen. Wird gleichzeitig die Welle W" gedreht, so entsteht
wieder die Achtkurve (oder Achtspirale) nach Abb.5. Läuft nur die Welle W"'um, so
pendelt der Flügel in der Ebene senkrecht zur Achse a. Die Weite dieser Ausschwingung
kann durch Einstelhing der Welle W" verändert werden, und dies kann auch während
der Pendelung geschehen.
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Das erfindungsgemäße Getriebe kann wegen der Vielfältigkeit seiner
Pendelbewegungen und der leichten Regelbarkeit derselben, die nicht einmal zur völligen
Umkehrung der Bewegung einen Rücklauf der antreibenden Wellen erfordert, zu den
verschiedensten Zwecken gebraucht werden, von denen bereits ein Beispiel aus .der
mechanischen Aufbereitung genannt ist. Das Getriebe kann mit Vorteil an Werkzeugmaschinen
zur Ausführung von Fräsarbeiten, zur Bewegung von Hobeln, Sägen, Schmiedehämmern
usw. sowie zum Schneiden von Kreisen, Ellipsen und Spiralen benutzt werden, wobei
jedesmal nur ein entsprechend zusammengestimmter Antrieb der Schnürscheiben r und
der diese Scheiben ersetzenden Zahnräder erforderlich ist. Hierbei ist im allgemeinen
zu bemerken, daß das Getriebe, wie an Abb. q. dargelegt, in sich die Geschwindigkeitsübersetzung
i : 2 hat, so daß man mit der halben minütlichen Umlaufzahl des Antriebsmotors auskommt.
Das Getriebe ist jedoch auch in umgekehrter Art benutzbar, d. h. in der Weise, daß
eine gegebene Pendelung des Organs F in die kontinuierliche Drehung einer Welle
W' umgesetzt wird. Die Abb. io veranschaulicht ein Beispiel dieser Art. An der senkrecht
stehenden Hauptwelle T einer Windturbine sind gekapselte Flügelgetriebe von der
in Abb.6 bis 8 dargestellten Art so angeordnet, daß bei einer senkrecht zum Papier
angenommenen Windrichtung der Flügel F quer vor dem Wind liegt. Das in der Kapsel
K befindliche Getriebe ist mit der innersten Welle W" an der Hülse v' befestigt,
die auf der Welle T lose drehbar ist und vom Ping v der Welle getragen wird. Das
Kegelrad k" ist dagegen fest mit der Welle T verbunden. Das Kegelrad k" erhält seinen
Antrieb von dem Kegelrad k', das auf der sehr verkürzten äußersten Hohlwelle W'
oder eigentlich an der Kapsel K selbst befestigt ist. Die mittlere Hohlwelle W"
endigt in der Seilscheibe v", über die das Seil t
läuft. Während des Ganges
der Turbine behält die Welle W"' ihre Lage im Raum, also in der Ebene des Papiers,
unverändert bei. Der Flügel F macht zwischen der dargestellten Lage und der punktiert
bei F' angedeuteten horizontalen Lage, wo er dem Wind keine Fläche darbietet, den
in Abb. q. veranschaulichten Kreislauf, der sich in eine Drehung der Kapsel
K und des Zahnrades k',
somit durch das Zahnrad k" in eine Drehung
der Welle T umsetzt.
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Um diese Drehung auch in der wirkungslosen Stellung F des Flügels
aufrechtzuerhalten, ist diametral gegenüber dem Getriebe K ein zweites Getriebe
K' auf der anderen Seite der Welle T derart angeordnet, daß es im gleichen Sinne
wie K das Zahnrad k` antreibt, jedoch seinen Flügel F1 in der horizontalen Stellung
hat, wenn der Flügel F vor dem Wind liegt. Die andere Grundlage des Flügels F1 befindet
sich in F,', wie punktiert, angedeutet. Das Flügelpaar im ganzen betrachtet bietet
also dem Wind stets eine auffangende Fläche dar. Durch den Seilzug t und einen gleichen
für das Getriebe K' vorgesehenen Seilzug t' kann der Ausschlag der Winkel w des
Flügels vergrößert und verkleinert und so die Kraftaufnahme der Welle T geregelt
werden. Die ganze Welle T und die Zahnradgetriebe sind zum Schutz gegen Nässe, Staub
und Eindringen mechanischer Hindernisse von einem Rohr T' umschlossen, aus welchem
durch Aussparungen nur die Getriebekapsel K, K' nach außen hervortreten. Ober- und
unterhalb des in der Abbildung dargestellten Flügelpaares können, um die Kraftaufnahme
der Welle T zu vergrößern, weitere Flügelpaare gleicher Art angeordnet werden. Das
nächste Paar unterhalb kann schon in der Linie x-y angeordnet werden oder, wenn
der Winkel w klein ist, noch über der Linie x-y. Für alle Getriebe der einen Seite
dient das gleiche Seilt bzw. t', das, über Rollen an der Außenseite
des Rohres T' laufend, durch Öffnungen zu jeder Seilscheibe v" in das Innere des
Rohres hineingeführt ist. Statt dessen könnte das Zahnrad K" derart ausgebildet
sein, daß sein Zahnkranz mittels Kugellager uni einen inneren Kern drehbar ist,
der fest mit der Hülse v' verbunden und mit Öffnungen zur Durchführung der Seile
t, t' versehen ist. Die Seile verlaufen dann gänzlich innerhalb des Rohres.
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Die Abb. io läßt zugleich erkennen, wie das erfindungsgemäße Getriebe
z. B. an den Signalmasten der Eisenbahn verwendet werden kann, um durch Drehung
der Welle T von unten einen Signalflügel in die für den i Lokomotivführer sichtbare
Lage F oder in die unsichtbare Lage F' zu bringen. Andere
Anwendungen
ergeben sich für die Schifffahrt als Ruder und Steuer, wobei die Welle T von der
Schiffsmaschine angetrieben wird. Läßt man die geradlinig gehende Kolbenstange einer
Dampfmaschine oder eines Explosionsmotors an dem Flügel F der Abb. 6 bis 8 angreifen
und diesen bei Einstellung der Ringachsen gemäß Abb. 2 in einer Ebene hin und her
führen, so wird diese hin und her gehende Bewegung in eine Umdrehung der Welle 1h'
auf kleinstem Raum umgesetzt, was z. B. für den Automobilantrieb wertvoll ist. Auch
hier wird man, um über den toten Punkt hinwegzukommen, zwei Getriebe wie in Abb.
io zu einem Paar verbinden.
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Diese Getriebe können auch für Flugzeuge angewendet werden.