-
Vorrichtung zur Leistungsübertragung. Zusatz zum Patent 4qo 639. In
dein Hauptpatent 44o 639 ist eine Vorrichtung beschrieben, durch die man zwischen
einem hin und her gehenden und einem rotierenden mechanischen System mechanische
Leistung zu übertragen vermag und die beim Übertragen solcher Leistungen mit der
Änderung des Widerstandes automatisch ihre übersetzung, d. h. Umlaufszahl des rotierenden
Systems ändert.
-
Dieser Erfindung lag die Erkenntnis zu-
-runde, daß
ein Fortschaltmechanismus der beschriebenen Art Energie akkumulieren, d. h. nach
Art eines schwingenden Systems (z. B. eine zwischen Federn oder im Erdfeld schwingende
Masse) ausgebildet sein muß.
-
Da ein im Erdfeld schwingendes Pendel sowohl als auch seine Verwendung
als Massenkopplung bereits bekannt geworden ist und überdies das Erdfeld in bezug
auf seine Kraftwirkung im Gegensatz zu den zur Verfügung stehenden elastischen Mitteln
(Federn, Luftkissen usw.) nicht variiert werden kann, so ist im Hauptpatent in erster
Linie Gewicht auf Energie akkumulierende mechanische Systeme gelegt worden, .die
eine Kombination zwischen elastischen Mitteln und Masse. darstellen.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt nun eine' Verbesserung
der im Hauptpatent beschriebenen Einrichtung dar, deren wesentliches Merkmal in
der Abstimmkoppelmöglichkeit der angegebenen Mechanismen besteht.
-
Durch Versuche und Untersuchungen ist festgestellt worden, daß abgestimmte
schwingende Systeme i. einen günstigeren Nutzeffekt, 2. unter sonst gleichen Verhältnissen
einen größeren Ausschlag (größere Amplitude) aufweisen und sich schließlich 3. wesentlich
besser zur Energieakkumulierung und damit zur Übertragung größerer Leistungen eignen
als die im Hauptpatent beschriebenen Einrichtungen.
-
In Abb. r stellt e einen um die Welle c oszillierenden Hebel dar,
dessen Nabe als hin und her gehender Teil eines Freilaufes ausgebildet ist; das
.elastische Mittel ist die Feder b, die mit ihrem inneren Ende an der Nabe des Hebels
e, mit ihrem äußeren unter Zwischenschaltung der Kurbelstange k mit der Kurbel g
verbunden ist. Auf dem Hebel e befinden sich zwei Gewichte (Massen) aa, verschiebbar
angeordnet. Hierdurch kann die Eigenschwingung des aus Masse und Feder bestehenden
schwingungsfähigen Systems in relativ weiten Grenzen geändert werden.
-
An Stelle des mit Masse versehenen Hebels kann natürlich auch, wie
punktiert angegeben, ein Schwungrad gesetzt werden.
-
Angenommen, das beschriebene System würde von der Kurbel g aufs zunächst
mit langsamer, dann mit immer steigender Tourenzahl in schwingende Bewegungen gesetzt,
so wird bei der ersten Umdrehung der Kurbel im Sinne des eingezeichneten Pfeiles
I und in der Annahme, daß der Freilauf in Richtung des Pfeiles II die Welle mitnimmt,
zunächst die Feder gespannt (hierbei kann angenommen werden, daß bei der ersten
Federspannung der Hebel e überhaupt keine Hewegungen ausführt). Nach Überschreiten
des Totpunktes der Kurbel- wird jedoch die in der Feder b akkumulierte 'Energie
wieder an den Mechanismus zurückgegeben, und die dem Pfeil II entgegengesetzte Bewegung
des Hebels e, die überdies in der Leerlaufrichtung des Freilaufes verläuft, fällt
um so energischer aus.
-
Bei der nächsten Halbperiode der Kurbel g kehrt dann der Hebel e,
der vor Erreichung der Ruhelage die Feder b noch mit einem gewissen Betrag gespannt
bat, zurück und nimmt hierbei auf Grund der ihm innewohnenden Energie den Freilauf
um einige Grade im Sinne des Pfeiles II mit. Dieses Spiel wiederholt - sich bei
jeder Periode, und der Ausschlag g (die Amplitude) des Hebels e vergrößert sich
um so mehr, je mehr sich die Umlaufszahl der Kurbelt der Eigenschwingungszahl des
schwingungsfähigen Systems (a b) nähert. Tritt zwischen Kurbel und schwingungsfähigem
System Resonanz, d. h. Abstimmung ein, so wird, eine bestimmte Dämpfung vorausgesetzt,
bei maximalem Ausschlag die größte Leistung übertragen.
-
Ändert sich der Widerstand der rotierenden Welle, so ändert sich mit
ihm der Ausschlag des schwingenden Systems und damit Schaltweg und Übersetzung des
Getriebes.
-
In ganz ähnlicher Weise wirkt die Anordnung Abb. 2. Auch hier schwingt
ein durch zwei bewegte Massen a beschwerter Hebel e um eine Achse c. Die Direktionskraft
wird durch die elastischen Mittel b aufgebracht, an deren einem Ende ein Hebel!
angebracht ist, der durch die Kurbelstangeh von der Kurbel g in oszillierende Bewegungen
gesetzt wird. In ihrer Wirkungsweise stimmt die Anordnung vollkommen mit derjenigen
der Abb. i überein.
-
In Abb.3 ist eine Anordnung zur Darstellung gebracht, bei der das
schwingungsfähige System a b vom Freilauf getrennt ist. Der Hebel e dreht
sich um die Achse c und versetzt hierbei mittels der beiden Stangen o die Scheiben
n un ü L des Freilaufes (Abb. 4.) in o zillierende Bewegung, und zwar so, daß in
demselben Augenblick, wo die Scheibe it die auf einer Welle festgekeilte rotierende
Freilaufscheibe m mitnimmt, die Scheibe l in umgekehrter Richtung zurückgeführt
wird.
-
Nach vollzogenem Richtungswechsel nimmt die Scheibe l den Freilauf
mit, während dann die Scheibe n in umgekehrter Richtung bewegt wird.
-
In Abb. 5 ist derselbe Hebel e, der in Abb. 3 mit . einer potentiellen
Kopplung versehen war, mit einer kinetischen Kopplung.h versehen, die grundsätzlich
überall dort Verwendung finden kann, wo Massenkopplungen verwendet sind,, deren
Massen keine Direktionskräfte
auszuüben haben. Sowohl die potentielle-
Kopplung als auch die kinetische Kopplung kann durch Einstellen des Schiebers x
loser oder fester gemacht werden.
-
Abb.6 veranschaulicht den durch Massenkopplung angetriebenen Hebele.
Die Einstellung der Kopplung erfolgt in diesem Falle durch Verschieben des Gewichtes
p bzw. durch Verschieben des Angriffspunktes x. Da die Massenkopplung durch ihr
Eigengewicht eine Direktionswirkung ausübt, so kann in gewissen Fällen von der Anbringung
besonderer rückführender Mittel (Federn usw.) Abstand genommen werden. Der Antrieb
der Massenkopplung h kann auch nach dem Schema Abb. 7 unter Verwendung eines zweiarmigen
Hebels erfolgen.
-
Abb. 8 stellt eine Ausführungsform dar, bei welcher ein schwingender
Rahmen, der gleichzeitig die Masse rr verkörpert, die anzutreibende Achse c umschließt.
Der Freilauf, der nach den Abb. 4. bzw. 13 konstruiert sein kann, ist an der Scheibe
l erkennbar. Der Antrieb des Freilaufes erfolgt in der beschriebenen Weise durch
die beiden Stangen c. Der Rahmen zusammen mit den Federn b bildet das schwingende
System, welches durch die Massenkopplung k mittels des Kurbeltriebes g h angetrieben
wird.
-
Abb.9 zeigt den Rahmenre, mit elastischkinetischer Kopplung h versehen.
Die Anordnung nach Abb. i o unterscheidet sich; von derjenigen der Abb. 8 nur durch
Weglassen der Federn b. Außerdem erhielt der Rahmen eine offene Form. Da auch in
diesem Falle der im Erdfeld schwingende Rahmen a eine Eigenperiode aufweist, so
kann diese Anordnung in all denjenigen Fällen verwendet werden, wo die erwähnte
Eigenschwingung als Betriebsfrequenz genügt bzw. wo absichtlich eine aperiodische
Betriebsart erwünscht ist.
-
In den Abb. i i und 12 sind zwei Vorrichtungen dargestellt, die mit
der Vorrichtung Abb.8 bis auf die Kopplungen übereinstimmen. Während bei Abb.8 eine
kinetische Massenkopplung angewendet wurde, ist die Kopplung k bei Abb. i i eine
potentielle Massenkopplung mit zweiarmigem Hebel, der natürlich auch einarmig oder
als Winkelhebel ausgebildet sein kann. In Abb. i a ist eine Vorrichtung dargestellt,
bei der der Antrieb durch rotierende Massenkopplungen bewirkt wird, die planetenartig
in beliebiger Zahl am Umfange eines um die Achse c oszillierenden Rahmens a angebracht
sind. Die Nabe des Rahmens a ist in der beschriebenen Weise als oszillierender Teil
des -Freilaufes ausgebildet und bildet nüt den Federn b das schwingungsfähige System.
-
Auf der Achse c befindet sich ferner -ein Zahnrad g, welches die Planetenräderr
antreibt. An den Planetenrädern r sind durch Hebel die verschiebbaren Massen p -exzentrisch
angebracht und so mit den Planetenrädern eingestellt, daß sie alle einen bestimmten
Winkel zur Achse c einnehmen.
-
Wird das Zahnrad g in Umdrehung versetzt, so wird das schwingungsfähige
System durch die umlaufende Massenkopplung r p zu Schwingungen um die Achse c angeregt,
die in beliebiger Weise auf einen Freilauf übertragen werden können. Bei aperiodischem
Betrieb oder bei Anbringung einer im Erdfeld schwingenden Masse können die Federn
b b in Wegfall kommen.
-
Der verwendete Freilauf kann sowohl ein normaler Walzen- oder Kugelfreilauf
sein als auch als Sperrgetriebe ausgebildet werden.
-
Eine besondere Ausführungsform des Freilaufes ist in der Abb.13 zur
Darstellung gebracht. Die äußere oszillierende Schale des Freilaufes, die mit dein
Buchstaben w bezeichnet ist, bildet einen Teil des schwingenden Systems. Die einzelnen
Knaggen lagern in der inneren Schales, und zwar des großen Druckes wegen auf ihrer
ganzen Länge in entsprechenden Vertiefungen.
-
An ihrem äußeren Ende sind die Knaggen s mit einer kleinen Federzt
versehen, die im Leerlauf in eine Lücke der Scheibe v eingreift und auf diese Weise
die Knagge in ihrer Mittellage festhält. Der Freilauf ist dann außer Tätigkeit gesetzt.
Soll der Freilauf im Sinne des Pfeiles I die Welle c in Umlauf versetzen, so wird
die Scheibe v in achsialer Richtung verschoben. Dasselbe gilt, wenn die Scheibe
s im Sinne des Pfeiles II in Umlauf gesetzt werden soll. Der beschriebene Freilauf
ist somit zum Vor- und Rückwärtstreiben geeignet.
-
Um das erwähnte Prinzip an Mechanismen zur Anwendung zu bringen, die
durch eine ganz geringe Übersetzung, evtl. sogar i a, betätigt werden sollen, läßt
sich die Anordnung nach Ausführungsform Abb. 14 ausführen.
-
a bedeutet den zwischen Lagern geführten Rahmen; L tt bedeuten
die oszillierenden Scheiben des Freilaufes, b die elastischen Mittel. Der Antrieb
dieser Einrichtung geschieht in der oben dargestellten Weise durch Zwischenschaltung
einer beliebigen Koppelvorrichtung.
-
Schließlich sei noch eine Anordnung nach Abb.15 beschrieben, bei der
ebenfalls eine geringe Übersetzung erforderlich ist. Zwei parallel nebeneinander
herlaufende Ketten sind über die beiden Kettenräderr, die als oszillierender Teil
des Freilaufes ausgebildet sind, gelegt und an ihrem Ende mit Federn b versehen.
Als Masse a wirken die Kettenräder an sich, die evtl. durch eine Zusatzmasse
noch
vergrößert werden können. Der Antrieb erfolgt durch Kurbel oder Hebel g.
-
Anstatt einer umlaufenden Welle könnten die verschieden beschriebenen
Fortschaltmechanismen auch zur geradlinigen Fortbewegung einer Stange dienen, die
nach Art eines Freilaufes durch Kugeln, Walzen oder exzentrische Knaggen öder aber
nach Art eines Sperrgetriebes durch Klinken und Zähne fortbewegt wird.
-
An Stelle des Erdfeldes kann natürlich auch in allen Fällen ein magnetisches
Feld treten. Beide Felder wirken genau wie mechanisch-elastische Mittel.
-
Es sind in der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Ausführungsbeispielen
zur Darstellung gebracht, die durch verschiedenartige Kopplung angetrieben werden
können, ohne daß am Wesen der Erfindung etwas geändert wird, und zwar sind folgende
Koppelarten, deren Verwendungsmöglichkeiten der Einfachheit halber nicht dargestellt
werden soll, denkbar: i. Massenkopplungen, 2. elastische Kopplungen, 3. Reibungskopplungen,
4. Zeitkopplungen, 5. magnetische Kopplungen. Jede dieser Koppelarten kann ihre
Energie in potentieller oder kinetischer Form übertragen, und es ist auch denkbar,
daß verschiedene Kopplungen gleichzeitig bzw. nebeneinander zur Anwendung gelangen.
Die Kopplung muß so bemessen sein, daß sie die gesamte Leistung der Energiequelle
zu übertragen vermag, wenn. die Resonanzlage nicht überschritten werden soll. Durch
Änderung der Masse, der Elastizität, der Reibung, der Eingriffszeit oder der Feldstärke
können die Kopplungen fester oder loser gemacht werden.