DE440639C

DE440639C - Device for power transmission

Info

Publication number: DE440639C
Application number: DESCH67055D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1923-02-10
Filing date: 1923-02-10
Publication date: 1927-02-11

Description

Vorrichtung zur Leistungsübertragung. Es ist bekannt, daß man durch ein sogenanntes Fortschaltwerk (Freilauf, Sperrad usw.) hin und her gehende Bewegungen, die durch eine Kurbel oder auf einem anderen Wege erzeugt werden, in rotierende Bewegungen umsetzen kann, und es ist auch bekannt, daß sich bei zwischengeschalteten elastischen Mitteln (Luftzylindern oder Federn) der Schaltweg je nach dem Widerstand ändert, daß also unter Verwendung beider Mittel Mechanismen geschaffen werden können, die bei zunehmendem Widerstand eine kontinuierliche Verkürzung des Schaltweges und damit automatisch eine Übersetzungsänderung erfahren. Vorrichtungen dieser Art sind u. a. in der deutschen Patentschrift 343 558 beschrieben und dargestellt worden. Sie konnten sich jedoch in der Praxis nicht in größerem Maße einführen, da in dem relativ kurzen Zeitmoment, in dem die Leistung übertragen werden soll, das elastische Mittel erst gespannt werden muß und nur Federn, die so stark dimensioniert sind, daß sie aus Gewichtsgründen nicht in Frage kommen können, namhafte Energiequantitäten in potentieller Form aufzunehmen imstande wären.Device for power transmission. It is known that a so-called indexing mechanism (freewheel, ratchet wheel, etc.) can convert back and forth movements generated by a crank or some other way into rotating movements, and it is also known that in intermediate elastic means (air cylinders or springs) change the shift travel depending on the resistance, so that using both means mechanisms can be created that experience a continuous shortening of the shift travel and thus automatically a change in ratio with increasing resistance. Devices of this type have been described and illustrated in German Patent 343 558, among others. In practice, however, they could not be introduced to a greater extent, since in the relatively short instant in which the power is to be transmitted, the elastic means must first be tensioned and only springs that are so strongly dimensioned that they are not due to weight reasons can come into question, well-known energy quantities in potential form would be able to record.

Des weiteren sind Mechanismen bekannt geworden, wo zwischen dem antreibenden Organ und dem fortschaltenden Organ (dem Freilauf) eine nachgiebige pendelnde Masse geschaltet wurde, deren Schaltweg ebenfalls mit zunehmendem Widerstand und bei gleichbleibendem Wege des Antriebsorgans eine Verkürzung erfährt. Auch in diesem Falle bewirkt die mit zunehmendem Widerstand entstehende Schaltweg< erkürzung eine übersetzungsänderung.Furthermore, mechanisms have become known where between the driving Organ and the advancing organ (the freewheel) a resilient pendulous mass was switched, the switching path also with increasing resistance and constant Paths of the drive organ is shortened. In this case too, the Shifting path shortening with increasing resistance, a gear ratio change.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung beruht auf der Verwendung schwingungsfähige Energie akkumulierender Gebilde. Verbindet man elastische und Massenmittel in geeigneter Form, so entsteht ein solches schwingungsfähiges Gebilde, d. h. eine Vorrichtung, in welcher im Schwingungszustand in periodischer Folge kinetische Energie in potentielle Energie und umgekehrt umgewandelt wird. In der vorliegenden Erfindung gelangen also beide obenerwähnten Mittel gemein sam zur Verwendung, d. h. es wird ein Gebilde zur Anwendung gebracht, welches sowohl Energie in potentieller als auch in kineti:cherForin aufzunehmen und über einePeriode hinaus zu akkumulieren vermag. Setzt man die Masse eines schwingungsfähigen Gebildes in hin und her gehende Bewegung, so nimmt dieselbe im ersten Augenblick je nach ihrer Geschwindigkeit die kinetische Energie auf, die sich vor Erreichen der Grenzlage im elastischen Mittel in umwandelt, dann wieder in kinetische Energie zurückverwandelt usf., so daß dauernd ein Energiequantum in einem solchen bewegten System vorhanden ist, welches bei konstanter Amplitude ebenfalls einen konstanten Wert aufweist, d. h, in jedem Zeitmoment ist Aus diesem Energiereservoir kann man nun in jedem Augenblick und während beliebig kurzer Zeitintervalle Energie entnehmen, die_ in den zeitlich längeren Zwischenräumen wieder von außen her nachgeliefert wird.The essence of the present invention is based on the use of vibratory energy accumulating structures. If elastic and mass media are combined in a suitable form, such a vibratory structure is created, ie a device in which, in the vibrational state, kinetic energy occurs in periodic succession in potential energy and vice versa. In the present invention, both of the above-mentioned agents are used together, ie a structure is used which is able to absorb energy both in potential and in kinetic form and to accumulate it over a period of time. If the mass of an oscillatory structure is set in motion to and fro, it takes the kinetic energy at the first moment, depending on its speed before reaching the limit position in the elastic mean in converted, then converted back into kinetic energy, etc., so that a constant energy quantum is present in such a moving system, which at constant amplitude also has a constant value, i.e. h, is in every moment of time From this energy reservoir one can now take energy at any moment and during arbitrarily short time intervals, which is supplied again from the outside in the longer intervals.

In Abb. r möge a eine zylindrische Schale darstelltn, innerhalb der eine zweite zylindrische Schale b angeordnet ist. Zwischen dem Außenmantel der Schale b und dem Innenmantel der Schale a sind eine beliebige Anzahl von Walzen c oder Kugeln c angeordnet, die sich auf Grund der schrägen Ausnehmung bei einer Drehung der Schale b im Sinne des Pfeiles I zwischen den beiden Schalenmänteln in bekannter Weise festkeilen und die Schale a in dieser Richtung mitnehmen, während sie, in umgekehrter Richtung bewegt, an der Schale a vorübergleiten. Es könnte an dieser Stelle natürlich auch jede andere For tschalteinrichtung zur Anwendung gelangen.In Fig. R, let a represent a cylindrical shell within which a second cylindrical shell b is arranged. Between the outer shell of the shell b and the inner jacket of the shell a are any number of rollers c or Balls c arranged, which are due to the inclined recess when rotating the shell b in the direction of arrow I between the two shell shells in a familiar Wedge in a way and take the shell a with you in this direction while you, in moved in the opposite direction, slide past the shell a. It could be this Place of course any other switching device can also be used.

Wird nun an einem geeigneten Befestigungselement d der Schale b beispielsweiszeine Blattfeder c angebracht, die bei f mit einer Schubstange 1z gelenkig verbunden ist, so kann' man durch Hinundherbewegen dieser am anderen Ende mit einer Kurbel g verbundenen Schubstange 1a ein Fortschalten bewirken. D. h. man kann durch Hinundherbewegen der Feder e und der mit ihr verbur:-denen Schale b ein Umlaufen der Schale a. erzielen. Die Geschwindigkeit, mit der die Schale a umläuft, richtet sich in erster Linie nach dem durch den Kurbelhub hervorgerufenen Schaltweg bzw. dem Winkel a, mit welchem die Feder c bewegt wird.If, for example, a leaf spring c is attached to a suitable fastening element d of the shell b, which is articulated to a push rod 1z at f, you can switch this push rod 1a, which is connected to a crank g at the other end, to advance. I. E. by moving the spring e and the shell b connected with it to and fro, one can rotate the shell a. achieve. The speed at which the shell a rotates depends primarily on the shift travel caused by the crank stroke or the angle a at which the spring c is moved.

Nimmt man an, daß die Schale a durch einen starren Mechanismus mit jedem Hub um 9° fortgeschaltet würde, so würden .4o Hübe genügen, um eine Umdrehung zu bewirken, und eine Widerstandsvergrößerung am Umfange der Schale a würde eine Vergrößerung der Leistung an der Kurbel bedingen, ohne daß der 9° betragende Schaltweg geändert würde. Bei schwingungsfähigen Gebilden wirkt jedoch jede Widerstandsänderung dampfend auf das schwingungsfähige System und hat eine Amplitudenänderung im Gefolge, d. h. das aus der Masse 7 und der Feder e mit gleicher Geschwindigkeit wie das starre System in Bewegung gesetzte schwingungsfähige Gebilde wei-,t wegen der Durchbiegung, die die Feder e in den Grenzlagen erfährt, jedoch einen größeren Schaltweg auf als das starre System. Es seien hier angenommen 18°, was einer Übersetzung ao : i entspräche. Wird jedoch nun der Widerstand an der Schale a vergrößert, so verringert sich der Ausschlag auf 17°, 16°,1S° usf. und damit entsprechend dieÜbersetzung, die erst bei 9° derjenigen des starren Getriebes entsprechen würde. Die Leistung an der Kurbel braucht jedoch in diesem Falle, trotz des größeren Widerstandes, keine Steigerung erfahren zu haben, da die aus Kraft und Weg bestehende Arbeit im letzterwähnten Falle ,#yähr end eines kürzeren Weges, d. h. also bei größerer Kraftwirkung übertragen wird und dadurch die Widerstandsänderung auch ohne Leistungserhöhung an der Kurbel g zu überwinden vermag. Hieraus ergibt sich, daß eine Vergrößerung des Widerstandes bei starren Mechanismen nur durch eine Verinehrung der Leistung überwunden «-erden kann, während sie bei zwischengeschalteten schwingungsfähigen Gebilden durch die sich automatisch einstellende Übersetzungsänderung überwunden wird. Von einer Feder, die durch einen Kurbeltrieb bewegt wird, unterscheidet sich ein schwingungsfähiges Gebilde, «-elches ebenfalls durch eine Kurbel in Bewegung gesetzt wird, dadurch, daß letzteres im Gegensatz zur Feder mehr Energie akkumuliert. als durch Dämpfung oder Arbeitsleistung verbraucht wird, d. h. da Jedem hin und her gehenden Mechanismus durch Nutz- und Verlustdämpfung pro Hall)-periode ein gewisses Energiequantum entzogen wird, ist das schwingungsfähigeSystem durch die Akkumulierung von Energie über eine Periode hinaus vom nichtschwingungsfähigen System kenntlich. Des weiteren wir-3 dem nichtschw ingungsfähigen, durch Kurbeltrieb angetriebenen elastischen Mittel die Energie unmittelbar, d. h. dadurch entzogen, daß der Widerstand der Kurbelbewegung entgegenwirkt. Beim schwingungsfähigen System dagegen kann die Energie dem schwingenden Energiereservoir in einem beliebigen Zeitmoment, d. h. selbst bei Phasengleichheit, mit der Kurbel (also bei einer Phase, die sich von derjenigen des elastischen Mittels um i 8ö ° unterscheidet) entzogen werden, da in jedem Zeitmoment innerhalb des erwähnten Reservoirs die Energie gleich ist. Wenn also in einem Mechanismus elastische Mittel verwendet werden und diesen Mitteln unvermeidlicherweise Masse anhaftet, kann nur dann von einem schwingungsfähigen Gebilde gesprochen werden, wenn die Masse im Verhältnis zum elastischen Mittel einen so hohen Wert besitzt, daß wesentliche Energiequantitäten über eine Periode hinaus akkumuliert werden.Assume that the shell a through a stare Mechanism would be advanced by 9 ° with each stroke, then .4o strokes would be sufficient, to cause one revolution, and an increase in drag on the circumference of the shell a would increase the power on the crank without the 9 ° amount Switching path would be changed. In the case of vibratory structures, however, every change in resistance has an effect damping on the vibratory system and has a change in amplitude as a result, d. H. that from the mass 7 and the spring e at the same speed as the rigid one System set in motion vibratory structures expands, t because of the deflection, which the spring e experiences in the limit positions, however, has a greater switching path than the rigid system. Let us assume 18 °, which would correspond to a translation ao: i. If, however, the resistance at the shell a is increased, it is reduced Deflection to 17 °, 16 °, 1S ° etc. at 9 ° would correspond to that of the rigid gear. The power at the crank does not need an increase in this case, despite the greater resistance to have experienced, since the work consisting of strength and path in the last mentioned Fall, # yr end of a shorter way, d. H. so transferred with greater force and thereby the change in resistance even without increasing the power of the crank g is able to overcome. It follows that an increase in the resistance with rigid mechanisms only overcome by a reduction in performance can, while with intermediate vibratory structures by the automatically changing translation is overcome. From a feather which is moved by a crank mechanism is different from an oscillating one Structure, "-which is also set in motion by a crank, thereby, that the latter, in contrast to the spring, accumulates more energy. than by damping or work is consumed, d. H. da every reciprocating mechanism A certain amount of energy is withdrawn through useful and loss attenuation per Hall) period is the vibratory system through the accumulation of energy over a Period recognizable from the non-oscillatory system. Furthermore we-3 the non-oscillatory elastic means driven by a crank drive the energy immediately, d. H. withdrawn by the fact that the resistance of the crank movement counteracts. In the case of a vibratory system, on the other hand, the energy can be transferred to the vibrating one Energy reservoir at any moment in time, d. H. even with phase equality, with the crank (i.e. at a phase different from that of the elastic means differs by i 8ö °), since at every moment of time within the mentioned Reservoirs the energy is the same. So if elastic means in a mechanism can only be used and these agents inevitably have mass attached to them A structure capable of vibrating can then be spoken of when the mass is in proportion has such a high value as an elastic medium that essential quantities of energy can be accumulated over a period.

Denkt man sich ein schwingungsfähiges System nach Abb. i mit hoher Frequenz erregt, so wird innerhalb des Systems, wie man aus der Durchbiegung der Feder nach außen hin entnehmen kann, ein verhältnismäßig großes Energiequantum akkumuliert. Dämpft man ein solches System immer mehr uns mehr, so verringert sich die akkumulierte Energie, wie ebenfalls aus der geringen Durchbiegung der Feder konstatiert werden kann. Bei weiterer Vergrößerung der Dämpfung überschreitet man diejenige Stelle, wo das elastische Mittel des schwingungsfähigen Gebildes keine Durchbiegung mehr erfährt, und wenn man in der Dämpfungsvergrößerung weitergeht, so tritt schließlich der Zustand ein, wo die Energie trotz vorhandener ' Masse durch die Feder allein übertragen und die Feder entsprechend in umgekehrter Richtung durchgebogen wird, d. h. das erwähnte Gebilde hat aufgehört, ein schwingungsfähiges Gebilde im Sinne der Schwingungstechnik zu sein, und dieser Übergang hat sich äußerlich durch einen Phasensprung von etwa i8o° geltend gemacht; denn die Feder, die erst nach außen hin eine konvexe Form zeigte, weist nun nach außen eine konkave Form auf.If one imagines an oscillating system according to Fig. I excited with a high frequency, a relatively large energy quantum is accumulated within the system, as can be seen from the deflection of the spring outwards. If such a system is dampened more and more, the accumulated energy is reduced, as can also be ascertained from the slight deflection of the spring. Upon further increase in the attenuation is in excess of that spot where the elastic means of the oscillatable structure undergoes no deflection, and if one proceeds in the damping augmentation, so finally the state occurs where the energy transfer alone despite the presence of 'mass by the spring and the spring is bent accordingly in the opposite direction, ie the structure mentioned has ceased to be an oscillatory structure in the sense of vibration engineering, and this transition has made itself felt externally through a phase jump of about 180 °; because the spring, which first showed a convex shape towards the outside, now has a concave shape towards the outside.

Eine Durchbiegungser scheinurig, die in Abb. 2 zur Darstellung gebracht ist, und die lediglich bei unsymmetrischer Belastung des schwingungsfähigen Gebildes zu beobachten ist, überlagert sich dem vorerwähnten Vorgang und bedingt eine gewisse Urisymmetrie, die jedoch bei symmetrischer Belastung in Wegfall kommt.A deflection apparent, which is shown in Fig. 2 is, and that only in the case of asymmetrical loading of the vibratable structure can be observed, is superimposed on the aforementioned process and requires a certain amount Urisymmetry, which, however, disappears with symmetrical loading.

Denkt man sich beispielsweise ein Hebezeug mit dem beschriebenen Getriebe ausgerüstet, so würde dies praktisch bedeuten, daß dieser Mechanismus die Last um so rascher hebt, je leichter sie ist, also selbsttätig die Übersetzung der Last entsprechend vergrößert.For example, think of a hoist with the gearbox described equipped, this would practically mean that this mechanism would shift the load the faster it lifts, the lighter it is, i.e. the transfer of the load automatically enlarged accordingly.

Ein Fahrrad, ein Auto oder sonst ein Mechanismus, welcher wechselnden Widerstand zu- überwinden hat, würde-, mit einem derartigen Getriebe ausgerüstet, ganz automatisch ohne irgendwelche Einwirkung von außen kontinuierlich seine Geschwindigkeit dem Widerstand anpassen, d. h. also sich in der Ebene sehr rasch fortbewegen, während beim Überwinden von Steigungen oder sonstigen Widerständen automatisch eine Verlangsamung der Fortbewegung eintritt, ohne daß dabei der antreibende Motor überlastet würde. Wechselgetriebe und Einrichtungen, die eine Übersetzung des betreffenden Fahrzeuges während des Betriebes herbeiführen sollen, werden dementsprechend innerhalb der änderbaren Grenze vollkommen entbehrlich. Des weiteren kann man sich vorstellen, daß auch das Differentialgetriebe-bei Automobilen überflüssig wird, wenn beispielsweise jedes der durch das Differential verbundenen Räder durch einen oder mehrere besondere Freiläufe der beschriebenen Art angetrieben wird, da sich auch in diesem Falle die Geschwindigkeit des einen oder anderen Rades genau der Belastung anpaßt und mit der Belastung ändert.A bicycle, a car or some other mechanism that changes resistance has to overcome, would-, with such a transmission equipped, completely automatically and continuously without any external influence adapt its speed to the resistance, d. H. so in the plane very much move quickly while overcoming inclines or other obstacles a slowdown in locomotion occurs automatically without the driving force Motor would be overloaded. Change gears and facilities that require a translation of the vehicle in question during operation are to be brought about accordingly Completely dispensable within the changeable limit. Furthermore you can imagine that the differential gear will also become superfluous in automobiles, if, for example, each of the wheels connected by the differential is through a or several special freewheels of the type described is driven, since also in this case the speed of one or the other wheel is exactly that The load adapts and changes with the load.

Einen ganz besonderen Vorteil gewährt der beschriebene Mechanismus, wenn man ihn direkt mit den hin und her gehenden Massen eines Explosionsmotors, einer Dampfmaschine, eines oszillierenden Elektromotors oder einer anderen Kraftmaschine, die dann umlaufende Teile, wie Kurbelwellen usw., gar nicht zu besitzen braucht, verwendet, weil auf diese Weise der Motor selbst nach außen hin die beschriebene Eigenschaft annimmt, d. h. bei Vergrößerung des Widerstandes automatisch die Übersetzung des Förtschaltwerkes heruntersetzt und umgekehrt, so daß eine Überlastung eines derartigen Motors nicht vorkommen kann bzw. die Möglichl,#eit besteht, Motore dieser Art für die günstigste Drehzahl zu konstruieren und diese Drehzahlen auch bei Überwindung größerer Hindernisse nahezu oder vollkommen beizubehalten.The mechanism described grants a very special advantage, if you connect it directly to the moving masses of an explosion engine, a steam engine, an oscillating electric motor or another prime mover, which then does not need to have rotating parts, such as crankshafts etc., used because in this way the motor itself is the one described Adopts property, d. H. when the resistance increases, the translation automatically of the Förtschaltwerk reduced and vice versa, so that an overload of a Such a motor cannot occur or it is possible to use this motor Kind of constructing for the most favorable speed and these speeds also when overcoming to almost or completely maintain larger obstacles.

Das Befestigungsstück d sowohl als auch das Gelenkstück f sind einstellbar, so daß man durch Verschieben dieser beiden Mittel die Federkraft und auch den antreibenden Hebelarm, also Leistung und Übersetzung, stufenweise zu ändern vermag und innerhalb der eingestellten Stufe die kontinuierliche Xnderung der Übersetzung dem elastischen Fortschaltgetriebe überlassen kann.The fastening piece d as well as the joint piece f are adjustable, so that by moving these two means, the spring force and also the driving force Leverage arm, so power and translation, can change gradually and within the set level the continuous change of the translation to the elastic Shift transmission can leave.

An der Erfindung wird natürlich nichts geändert, wenn zum Zwecke der Leistungsübertragung mehrere der beschriebenen Systeme in Parallel- oder Hintereinandersohaltung angewendet werden.Of course, nothing is changed in the invention if for the purpose of Power transmission of several of the systems described in parallel or one behind the other be applied.

Claims

PATENT FRUITS: i. Device for power transmission between reciprocating and rotating machine elements, characterized in that a structure consisting of elasticity and mass (capable of vibrating) which is capable of periodically dumping energy from kinetic form with an indexing device in potential form @ umzuwan- (freewheel, ratchet wheel, etc.) is connected and, depending on the resistance, transmits power of large force with a small path or small force with a large path to the rotating machine element.

2: Device according to claim i, characterized in that that the driving lever arm by adjusting the attachment point (d) for the purpose the translation change can be extended or shortened.

3. Device according to Claim i, characterized in that the driving lever arm by adjustment of the point of attack (f) extended or shortened for the purpose of changing the translation can be. q ..

Apparatus according to claim i. to 3, characterized in that the elasticity of the accumulating mechanism can be changed by adjusting the point of application (f) for the purpose of increasing or reducing the power transmission.

5. Apparatus according to claim i to 3, characterized in that the Elasticity of the accumulating mechanism by adjusting the attachment point (d) changed for the purpose of increasing or decreasing the power transfer can be.

6. Apparatus according to claim i to 5, characterized in that d`aß the change in power transfer by changing the mass of the accumulating Mechanism is achieved.

7. Arrangement according to claim i to 6; characterized, that several devices according to claim i in a positively maintained phase angle are united for common effect. B. Arrangement according to claim i to 7, characterized characterized in that every half period of the moving system an incremental device assigned.