DE442531C - Mechanismus fuer Bewegungsuebertragung - Google Patents

Mechanismus fuer Bewegungsuebertragung

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DE442531C DES69708D DES0069708D DE442531C DE 442531 C DE442531 C DE 442531C DE S69708 D DES69708 D DE S69708D DE S0069708 D DES0069708 D DE S0069708D DE 442531 C DE442531 C DE 442531C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H21/00Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

  • Mechanismus für Bewegungsübertragung. Bei den Mechanismen für Bewegungsübertragung, wie sie bisher z. B. gewöhnlich für Mischmaschinen verwendet wurden, bewegen sich die Mischarme oder Schaufeln in derselben Richtung in kreisförmigen Bahnen. Hierbei neigt die bearbeitete Masse stets dazu, die Drehbewegung im Behälter mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Schaufeln selbst mitzumachen. Es ist einleuchtend, daß unter solchen Umständen ein rasches und inniges Mischen von zwei oder mehr Substanzen nicht wohl möglich ist. Um diesem Nachteil abzuhelfen, sind Vorschläge verschiedener Art gemacht worden in einem ersten Fall wurden feststehende Arme oder Brechstäbe in. den Behälter eingebaut, ,in einem zweiten Fall wurden die Schaufeln an der Mischerwelle so angeordnet, daß sie sich in entgegengesetzten Richtungen bewegten, und in einem dritten Fall wurde den Schaufeln außer der Bewegung um die Achse des Behälters eine zusätzliche Bewegung oder mehrere solcher in einer anderen Richtung oder in anderen Ebenen erteilt.
  • Die Anordnung feststehender Arme oder Brechstäbe im Innern des Mischbehälters, wie im ersten Fall vorgesehen, hat den Nachteil, daß sich im allgemeinen die Entleerung der bearbeiteten Masse aus dem Behälter schwierig gestaltet.
  • Die Anordnung komplexer Bewegungen, wie vorstehend für den zweiten und dritten Fall erwähnt, bedingt die Verwendung von Gelenken= und Lagern, welche mit dem behandelten Material in Berührung kommen. Und da das Einbringen von Schmiermitteln in solche Lager oft unmöglich ist, infolge der Art des bearbeiteten Materials, z. B. Nahrungsmittel oder Chemikalien, die nicht durch 01 oder Fett verunreinigt werden dürfen, ist die Abnutzung solcher Gelenke und Lager oft eine außerordentliche, so sehr, daß feine Metallteilchen ihren Weg in den Inhalt des Mischbehälters finden. Der Mechanismus gemäß Erfindung ist ein solcher, bei welchem eine primäre Drehbewegung in solche Bewegung übergeführt wird, in welcher dauernde Dreh- und Hinundherbewegungen kombiniert sind, oder umgekehrt. Das Neue besteht darin, daß zwei Organe vorhanden sind, von denen das eine ein Antriebs- und das andere ein angetriebenes Organ ist, welche um verschiedene geometrische Achsen umlaufen, sowie ein Verbindungsorgan, das zwischen diesen beiden vorgenannten Gliedern eingeschaltet und mit ihnen durch zwei Gelenke verbunden ist, von welchen wenigstens das eine ein Universalgelenk ist, und wobei der Schnittpunkt der beiden geometrischen Drehachsen des Universalgelenkes sich in einem Abstand von der Drehachse des Antriebs- oder des angetriebenen Organs, dem das Gelenk angehört, befindet.
  • Diese Anordnung ermöglicht es, den mit der Welle einer Mischmaschine fest verbundenen Schaufeln nicht nur eine kreisförmige Bewegung, sondern noch eine zusätzliche Bewegung in der Richtung der Achse dieser Welle zu erteilen. Die unter Behandlung stehende Masse kann nicht leicht der von den Schaufeln beschriebenen Bahn folgen; sie kann also nicht sich als ein Ganzes drehen, und infolge hiervon werden die verschiedenen Bestandteile der Masse zusammengebracht und rasch miteinander vereinigt. Das Mischelement, d.h. derjenige Teil, an welchem die Schaufeln befestigt sind, kann ein einziges Stück bilden, ohne irgendwelche beweglichen Gelenke oder Lager aufzuweisen, welche mit der zu mischenden Masse in Berührung kommen. Es ist daher ausgeschlossen, daß diese durch 01, Fett oder Metallteilchen irgendwie verunreinigt werden können, und die Entleerung und Reinigung des Behälters ist eine sehr leichte.
  • Bei Kolben für Flüssigkeitspumpen, Luftkompressoren, Dampf- und Gasmaschinen u. dgl. ist mit der Absicht, die Anwendung von Ventilen zu vermeiden, eine Bewegung vorgeschlagen worden, bei welcher die gewöhnliche Hinundherbewegung des Kolbens mit einer unterbrochenen Drehbewegung um seine Achse verbunden ist. Eine solche kombinierte Bewegung wurde bisher unter Verwendung eines Kurbelzapfens erreicht, der mit Bezug zur Achse der Kurbelwelle, von welcher er einen Teil bildet, in einem Winkel geneigt ist sowie einer mit der Welle durch Universalgelenke verbundenen Pleuelstange. Dieser Mechanismus gestattet indessen nur eine kombinierte Hinundherbewegung und. eine Schüttelbewegung in einem Kolben, so daß ein Punkt seiner Oberfläche eine angenähert elliptische Bahn beschreibt. Obschon eine derartige Bewegung für das Öffnen und Schließen von in der Kolben- oder Zylinderwandung vorgesehenen Ventilöffnungen benutzbar ist, so ist sie doch mit erheblichen Nachteilen behaftet: Erstens muß die Winkelbewegung des Kolbens um seine Achse und diejenige der Verbindungsstange, mit welcher er verbunden ist, während jeder Umdrehung der Kurbelwelle zweimal unterbrochen und eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung erteilt werden. Wenn die beweglichen Teile ein erhebliches Gewicht aufweisen, so ergeben sich vielfach große Torsionsbeanspruchungen der Lager, die übermäßig abgenutzt werden. Da diese Gefahr mit der -Höhe der Geschwindigkeit zunimmt, so ist klar, daß ein solcher Mechanismus für raschlaufende Maschinen nicht verwendbar ist.
  • Zweitens ist der Ausschlag der Winkelbewegungen des Kolbens um seine Achse vom Winkel abhängig, welchen die Achse des Kurbelzapfens mit Bezug auf die Achse der Kurbelwelle einnimmt, welcher Winkel aus praktischen Erwägungen nicht sehr groß sein darf. Hieraus ergibt sich, daß die Flächen der Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Arbeitsfluidum in einem bestimmten Verhältnis zur Amplitude der Schüttelbewegung stehen, und da diese letztere innert verhältnismäßig enger Grenzen gehalten werden muß, ist notwendigerweise die Fläche dieser Öffnungen gleichfalls eine verhältnismäßig beschränkte.-Drittens gestalten die durch einen solchen Mechanismus verwirklichte Schüttelbewegung und die Umkehr der Drehrichtung während einer jeden Umdrehung in zwei bestimmten Punkten die dauernde Abdichtung in den Kolben und Stopfbüchsen außerordentlich schwierig, insbesondere, wenn es sich um schnellaufende Maschinen handelt.
  • Der vorstehend an erster Stelle vermerkte Nachteil ist beim Mechanismus gemäß Erfindung insofern nicht vorhanden, - als die Drehbewegung des Kolbens eine dauernde ist, und die Torsionsbeanspruchungen der Gelenke und Lager, abgesehen von denjenigen, die aus- Reibungswiderständen erwachsen, und die unbedeutend sind, sind auf diejenigen beschränkt, die auf geringe Änderungen des Momentums zurückzuführen sind, als Folge der geringen Wechsel der Winkelgeschwindiä keit, und von welchen später noch die Rede sein wird. Wichtig ist eben, daß die Drehrichtung der wesentlichen Teile um die Horizontalachsen der treibenden und der angetriebenen Wellen unverändert bleibt, und daß die umlaufende Masse im wesentlichen in gleicher Weise wie ein Schwungrad wirkt, Besonderheiten, welche ihre höchste Bedeutung dann erlangen, wenn erhebliche Kräfte mit großer Geschwindigkeit zu übertragen sind.
  • Die oben an zweiter Stelle erwähnte Beschränkung ist beim Mechanismus gemäß Erfindung dadurch vermieden, daß bei jeder vollen Umdrehung der Triebwelle der Kolben eine ebensolche macht, und die durch einen beliebigen Punkt der Kolbenoberfläche beschriebene Bahn ist keineswegs eine Ellipse mit verhältnismäßig kurzer, kleinerer Achse, wie dies der Fall bei den vorstehend beschriebenen früheren Mechanismen ist. Die beschriebene Bahn ist vielmehr eine geschlossene, den ganzen Umfang des Kolbens umfassende Figur.
  • Mit Bezug auf die im vorangehenden an dritter Stelle erörterten Mängel ist zu sagen, daß die andauernde Drehbewegung des Kolbens in Verbindung mit einer Hinundherbewegung beim Mechanismus gemäß Erfindung einen gleichmäßigen, ununterbrochenen Film des Schmiermittels zwischen den miteinander in Berührung stehenden Flächen zuläßt und aufrechterhält. Eine derart vollkommene Schmierung ist unmöglich bei bloßer Hinundherbewegung der Teile, noch bei einer kombinierten Schüttelbewegung und Hinundherbewegung. Des ferneren ist der durch den Kolben auf die Zylinderwände verursachte Querdruck, der eine Folge der in der Achse der Pleuelstange wirkenden Kräfte ist, gleichmäßig über die ganze Innenfläche des Zylinders verteilt und ist keineswegs auf zwei gegebene Linien konzentriert, wie dies dann der Fall ist; wenn ein Kolben bei einer gewöhnlichen Kurbel und Pleuelstange bewegt wird, oder aber auf zwei schmale Streifen beschränkt, wenn die Bewegung eine Schüttel-und eine Hinundherbewegung ist. Aus diesen Gründen- wird ein Zylinder, in welchem ein Kolben nach der Art der Erfindung arbeitet, seine ursprüngliche Form viel länger beibehalten, als wenn die Bewegung des Kolbens in einer der bisher bekannten Weisen erfolgt.
  • Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht schematisch eine beispielsweise Ausführungsform des Mechanismus gemäß Erfindung.
  • Die Abb. i und z sind eine Seitenansicht und eine Draufsicht.
  • Die Abb. 3 und 4 sind ebenfalls eine Seitenansicht und eine Draufsicht, in denen aber gewisse Teile in anderer Stellung gezeigt werden.
  • Das eine der eingangs erwähnten Organe wird durch die Triebwelle a gebildet, die in Lägern b, c aufruht, in denen sie sich wohl drehen, nicht aber achsial verschieben kann. An dem einen ihrer Enden ist sie mit einer Antriebshandkurbel d versehen, und an ihrem anderen Ende, senkrecht zur Horizontalachse f der Welle a, mit einer Kurbel e. Das andere angetriebene Organ wird durch eine Welle g gebildet, die in Lagern h, i getragen ist, in denen sie sich um die Horizontalachse j drehen und auch achsial verschieben kann. Die Achse j befindet sich in derselben Horizontalebene wie die Achse f. Zwischen der Kurbel e der Welle a und der Welle g ist eine Pleuelstange k angeordnet, die das Verbindungsorgan darstellt und mit der Kurbel und der Welle durch ein Gelenk verbunden ist. Sie weist zwei Querstücke w, x auf, von denen :das eine, w, um die Achse v der Kurbele drehbar, aber auf dieser nicht verschiebbar ist, während das andere Querstück, x, auf der Welle g befestigt ist, ferner zwei Längsstücke y ü, die sich auf den Teilen w, x um die Achsen l; in, die erstere quer mit Bezug auf die Achse y, die zweite quer mit Bezug auf die Achse v, drehen können. Dabei ist die Achse m in einem gewissen Abstand von der Achse f, während die Achse l die Achse j schneidet. Das Gelenk e-z@-y-N ist demnach ein Universalgelenk, während x-y-ü ein einfaches Gelenk ist.
  • Die Lager b, c sind von einer Platte n getragen, die in o auf einer Grundplatte q um eine die Achse f schneidende, senkrechte Achse p drehbar ist, die sich in der Vertikalebene befindet, welche die durch die Mitte des Gelenkes e-w-y-z beschriebene Kurve enthält, wenn man die Welle a um die Achse f dreht. In der Platte n ist ein bogenförmiger Schlitz r ausgespart, durch welchen eine mit Gewinde versehene Stange s hindurchgeführt ist, die eine Flügelmutter t trägt. Diese letztere ermöglicht die Einstellung der Platte n in verschiedenen Stellungen.
  • Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist wie folgt: Wenn die beiden Achsen f, j der Wellen a, g zusammenfallen, wie in den Abb. i und gezeigt, so wird die der=- Kurbel d erteilte Drehbewegung ohne weiteres auf die Welle g übertragen, d. h. diese hat jederzeit die gleiche Winkelgeschwindigkeit wie die Welle a. Sie wird auch keinerlei achsiale Bewegungen ausführen.
  • Es sei nun angenommen, daß man die Achse f durch Drehung der Platten in die in den Abb. 3 und d. gezeigte Stellung bringt, wobei die Achse f, statt mit der Achse j zusammenzufallen, einen bestimmten Winkel i.c mit dieser einschließt. Im Laufe einer Umdrehung der Kurbel d beschreibt der Schnittpunkt der Achse in, und der Längsachse v der Kurbele einen Kreis, der sich in einer Vertikalebene befindet, die schräg - und nicht mehr senkrecht - zur Achse j ist. Hieraus folgt, daß die Welle g, zusätzlich zu ihrer Drehbewegung, noch eine Hinundherbewecung erhält. Es ist außerdem zu beachten, daß, wenn man der Kurbel d eine gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit erteilt, die Winkelgeschwindigkeit der Welle g sich im Verlaufe jeder Umdrehung zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert verändert; dabei bestehen zwei um iSo° auseinanderliegende Punkte, in denen sie den g <S leichen Höchstwert, und zwei gleichfalls um iSo° auseinanderliegende Punkte, in denen sie den gleichen Mindestwert erreicht; der Abstand eines Punktes, in welchem die Geschwindigkeit am größten und einem Punkt, in welchem sie am niedrigsten ist, beträgt 9o°.
  • Der Wert der achsialen Bewegung der Welle g ist veränderlich zwischen einem Nullwert und einer oberen Grenze nach dem von den Achsen f und j eingeschlossenen Winkel lt. Durch eine Verschiebung der Platten lassen sich alle zwischen diesen beiden Grenzen liegenden Werte erzielen.
  • Wenn man nun die Welle g als Antriebswelle und die Welle a als angetriebene Welle betrachtet und der Welle g neben einer Drehbewegung auch eine Hinundherbewegung erteilt, so wird die Welle a in Umdrehung versetzt. Bei jedem Richtungswechsel der achsialen Verschiebung der Welle g ergeben sich zwei Totpunkte, aber die Bewegung der Welle a.wird nicht unterbrochen, sofern diese Welle a infolge ihres Eigengewichtes oder dank einer Masse, mit der sie verbunden ist, z. B. mit einem Schwingrad, diese beiden Totlagen überschreiten kann.
  • Die gezeigte Ausführungsform ist rein schematisch, und es kann der in Frage stehende Mechanismus durch andere Teile und Organe verwirklicht werden.
  • Das Verbindungsorgan k kann mit der Welle g statt durch ein einfaches Gelenk auch durch ein Universalgelenk verbunden sein. In diesem Falle können sich die Drehachsen f, j entweder in derselben oder in verschiedenen Horizontalebenen befinden, und es ist nicht mehr notwendig, daß die Kurve, die der Schnittpunkt der beiden Drehachsen v, m des Gelenkes e-w-y-w beschreibt, in einer durch die Achse p gehenden Vertikalebene liegt.
  • Die Kurbel e und die Achse v brauchen nicht senkrecht zur Achse f zu stehen. Es ist dann, wenn das Verbindungsorgan k mit der Welle g durch ein einfaches Gelenk verbunden ist, notwendig, daß die Verlängerung der Achse j der Welle g, die Achse f der Welle a und die Achse v der Kurbel e sich im gleichen Punkte schneiden. Die Winkelgeschwindikeit der mitgenommenen Welle g verändert sich dann periodisch zwischen zwei oberen Grenzwerten, die in zwei um iSo° auseinanderliegenden Punkten erreicht werden, und von denen der eine Grenzwert größer ist als der.andere, und zwischen zwei unteren gleichen Grenzwerten, welche beide in Punkten erreicht werden, die von einem der oberen Grenzwerte desselben Winkels abliegen, aber nicht i8o° einer von dem anderen entfernt sind.
  • Das Organ k kann aus einem einzigen Stück hergestellt werden.
  • Der Mechanismus kann beispielsweise zum Antrieb von Knet- und Mischmaschinen, wo man gleichzeitig eine Drehbewegung und eine Längsbewegung haben muß, und zum Antrieb von hydraulischen Pumpen, Vakuumpumpen, Luftverdichtern usw. dienen, bei denen sich die Verbindung der Längsbewegung und der Drehbewegung als nützlich erweist für den Zutritt und den Austritt des Fluidums durch in dem Kolben und den Zylinderwänden ausgesparte bffnungen. Man kann den Mechanismus auch zur Umwandlung der Hinundherbewegung eines Organs, beispielsweise eines Kolbens, in eine Drehbewegung verwenden; in diesem Falle wird die Welle g zum Antriebsorgan.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Mechanismus für die Bewegungsübertragung von derjenigen Art, bei welcher eine primäre Drehbewegung in eine solche Bewegung übergeführt wird, 'in welcher dauernde Dreh- und Hnundherbewegung kombiniert sind oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Organe (a, g) aufweist, von denen das eine ein Antriebs- und das andere ein angetriebenes Organ ist, welche um verschiedene geometrische Achsen umlaufen, sowie ein Verbindungsorgan (k), das zwischen diese beiden vorgenannten Glieder (a, g) eingeschaltet und mit ihnen durch zwei Gelenke (e-w-y-z bzw. x-y-s) verbunden ist, von welchen wenigstens das eine ein Universalgelenk ist, und wobei der Schnittpunkt der beiden geometrischen Drehachsen des Universalgelenkes sich in einem Abstand von der Drehachse des Antriebs- oder des angetriebenen Organs, dem das Gelenk angehört, befindet.
  2. 2. Mechanismus nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der beiden antreibenden und angetriebenen Organe derart angeordnet ist, daß'es tim eine Achse umlaufen kann, die quer zur Drehachse dieses Organs steht.
DES69708D 1924-06-01 1925-04-23 Mechanismus fuer Bewegungsuebertragung Expired DE442531C (de)

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