-
Verfahren zur Fortbewegung mechanischer Vorrichtungen Es ist bereits
mehrfach versucht worden, den tierischen Gang auf mechanischem Wege nachzuahmen.
Die auf diese Weise erhaltenen Mechanismen haben jedoch keine Bedeutung erlangt,
weil sie mit dem umlaufenden Rad als Fortbewegungsmittel nicht zu konkurrieren vermochten
oder, wie besonders bei Spielzeugen, sich komplizierter Hebel- und Gelenkmechanismen
bedienten, vermittels derer der tierische Gang nur unvollkommen nachgeahmt werden
konnte.
-
Die innere Ursache läuft auf die in der Mechanik vernachlässigte und
von der Natur in schwer zugängliche Form gekleidete Massenbeherrschungsfrage hinaus,
und das negative Resultat ist in der Technik so festgewurzelt und verankert, daß
gerade die angeblich unmögliche mechanische Nachahmung des tierischen Ganges umgekehrt
vielfach als Beweis dafür angeführt wird, daß auch andere von der Natur vorbildlich
gelöste mechanische Fortbewegungsmethoden, z. B. der Vogelflug, in brauchbarer Form
nicht nachzuahmen seien.
-
Die vorliegende Erfindung stützt sich auf die Tatsache, daß man seit
kurzer Zeit selbst relativ große Massen zu beherrschen und mit sehr gutem Wirkungsgrad
schwingend zu bewegen vermag, wenn man sie zwischen elastischen Mitteln lagert,
nach -den Gesetzen der Schwingungstechnik lose koppelt und in Resonanz erregt.
-
Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die neue Erkenntnis zugrunde,
daß alle die einzelnen Bewegungsvorgänge, aus denen der tierische Gang sich zusammensetzt,
letzten Endes unsymmetrisch verlaufende Schwingungsvorgänge sind, woraus sich die
theoretische Lösungsmöglichkeit der gestellten Aufgabe ergibt. Bei getreuer Anlehnung
an das Vorbild der Natur mit seinen oft vielgliedrigen Bewegungsorganen entstünde
jedoch auch hiernach ein noch viel zu komplizierter unpraktischer Mechanismus, so
daß es zur Realisierung des vorliegenden erfinderischen Gedankens noch der neuen
Erkenntnis bedurfte, daß schon bei Anwendung eines einzigen unsymmetrischen Schwingungsvorganges
bzw. eines einzigen unsymmetrisch schwingenden Organs ein im Sinne der vorliegenden
Erfindung fortschreitender 'Mechanismus geschaffen werden kann.
-
Abb. x stellt einen auf Füßen, Kufen o. dgl, ruhenden federabgestützten,
mit Masse behafteten Mechanismus dar. in ist die Masse eines Rotationsmotors samt
Umbau, der Motor treibt zwei umlaufende exzentrische Massen k1 und k2, das Ganze
ist abgestützt durch eine oder mehrere Federn f, die mit ihrem einen Ende unter
einem gewissen Winkel an in, mit ihrem anderen Ende an den Kufen, Füßen o. dgl.
zf, befestigt oder nach Abb. 2 je an einem Ende fest eingespannt und am anderen
angelenkt sind. Setzt man die Welle re, des Motors und mit ihr die exzentrisch angebrachten
Massen k1 und k2 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles in Umlauf, -so beschreibt
sie samt der Masse in auf Grund der durch k1
und k2 hervorgerufenen
Fliehkräfte einen Kreis um ihre ursprüngliche Schwerachse, wobei die Federn f in
periodischei Folge nach Abb. 2 durchgebogen werden. Zerlegt man die gesamte Fliehkraftwirkung
in vier seitlich nacheinander auftretende Komponenten - Q, P, Q und - P,
so ergibt sich folgendes: Die Kräfte - P und Q bewirken eine Durchbiegung der Feder
f nach Abb. 2 a, b oder c und damit eine Aufspeicherung von potentieller Energie
(R X f, wobei R als Resultierende aus - P und Q und f als Federdurchbiegung
anzusehen ist). Diese potentielle Energie addiert sich bei der Entspannung der Federn
zu der durch P und - Q hervorgerufenen Beschleunigungsarbeit und bewirkt eine Wurfbewegung
der Masse in. Die Masse in rückt also nach Art des Schaufelwurfes bei jeder Umdrehung
um einen kleinen Betrag vor, wobei sie die Kufen und das Federsystem in entspannendem
Zustand mitnimmt, so daß sich jedesmal vom neu eingenommenen Ruhepunkt aus der beschriebene
Vorgang wiederholt und im ganzen ein rascheres oder langsameres Fortschreiten bewirkt.
Die beschriebene Vorrichtung hat jedoch noch mancherlei Nachteile. Sie ist relativ
stark gedämpft, da in den Federn nur etwa die Energie von einer halben Periode aufgespeichert
werden kann. Ferner ist der ganze Vorgang von der Masse in, den Federn
f und der jeweiligen Dämpfung in hohem Maße abhängig. Eine wesentlich bessere
Wirkung ist erzielbar, wenn man nach Abb. 3 den Motor in, zwischen elastischen Mitteln
b, b (Federn, Gummibällen usw.) einspannt, d. h. zum schwingungsfähigen Gebilde
macht und den erforderlichen Umbaurahmen in, als Gegengewicht verwendet. Die Kufen
u sind dann wieder wie bei Abb. i durch schrägstehende Federn f mit dem Rahmen in,
verbunden.
-
Läßt man jetzt die exzentrischen Massen k1 und k. umlaufen, so kann
unabhängig vom Arbeitsgang eine erhebliche Blindleistung im schwingenden System
akkumuliert werden. Der Wirkungsgrad dieses Systems, der bei .in, -in, in erster
Linie von der richtigen Einstellung, die bei konstanter Masse in, und konstanten
elastischen Mitteln b, b leicht erzielbar ist, abhängt, kann gegenüber der
Ausführung (Abb. i) bedeutend gesteigert werden. Bei Verwendung von Federn als elastische
Mittel geschieht dies durch möglichste Einhaltung der Abstimmung; bei Verwendung
von, Bällen, die pseudoharmonische Schwingungen verursachen, ergibt sich bei richtiger
Dimensionierung der günstigste Wirkungsgrad quasi automatisch, selbst bei großen
Tourenänderungen. Die günstigste Schwingungszahl und Vorschublänge kann auf empirischem
Wege für @ j eden Fall ermittelt werden.
-
Versieht man ein solches Transportmittel mit Rädern anstatt mit Kufen
(Abb. q.), so kann man je nach der Trägheit der verwendeten Mittel unter Umständen
ohne weiteres Zutun ebenfalls eine Fortbewegung erzielen.
-
Zur Erzielung relativ großer Zug- bzw. Steigleistungen kann man einzelne
oder alle Räder eines solchen Fahrzeuges mit Freiläufen versehen, die ein Umlaufen
im Vorwärtssinn gestatten, im Rückwärtssinn aber verhindern. In Abb. q. ist ein
solcher an sich bekannter Freilauf r dargestellt.
-
Dasselbe Mittel läßt sich zur Fortbewegung von Fahrzeugen im Wasser
verwenden. Versieht man ein solches Fahrzeug mit einem Wasserrad oder einer Schraube,
die leer mitläuft; und beim Rückstoß durch einen Freilauf gehemmt wird, oder auch
nur mit einem Boden, der nach verschiedenen Seiten verschiedenen Widerstand aufweist
(Abb. 5), so ist die Bedingung der Unsymmetrie im Schwingungsvorgang erfüllt. Die
Aufgabe des Lenkens vollzieht sich bei Abb. q. und 5 in gewohnter Weise, bei Abb.
3 kann zu diesem Zweck der Rahmen, in dem die innere Masse elastisch eingespannt
ist, dem äußeren Rahmen gegenüber um einen gewissen Winkel verschoben werden, so
daß der Angriff der periodisch wirkenden Kräfte exzentrisch erfolgt.
-
In Abb. 6 ist ein Anwendungsbeispiel schematisch zur Darstellung gebracht,
bei dem zwei synchron erregte oder schwingende Systeme verwendet werden. jedes dieser
Systeme besteht aus der durch die Federn f auf den Füßen oder Kufen u abgestützten
Rahmen ira2, den Unbalancen k1 und k2, die ihrerseits innerhalb des Rahmens in,
zwischen elastischen Mitteln eingespannt sind. Der Antrieb erfolgt durch den Motor
in" der gleichzeitig die beiden Systeme durch Kardangelenk verbindet. Im vorliegenden
Beispiel sind die beiden schwingenden Systeme hintereinander geschaltet; ebensogut
konnten sie nebeneinander angeordnet sein. Bei der Hintereinanderschaltung müssen
die Unbalancen gleichsinnig und synchron umlaufen, da die Federn f beider Systeme
gleichsinnig beansprucht werden müssen, um eine gleichsinnige Wurf- bzw. Hupf- oder
Sprungbewegung beider Systeme zu erzeugen, wie beschrieben. Bei Parallelschaltung
der schwingenden Systeme können die Unbalancen entweder gleichsinnig synchron oder
aber in 18o' Phasenverschiebung umlaufen. Im ersteren Falle entsteht ein gleichzeitiger
Sprung beider Systeme, der Hupfbewegung eines Vogels vergleichbar, im letzteren
Falle eine Schreitbewegung, dem menschlichen Gang vergleichbar. An dem Sinne der
Erfindung wird nichts geändert, wenn mehrere Systeme hintereinander oder parallel
geschaltet werden und synchron oder mit einer geeigneten Phasenverschiebung erregt
werden.
-
Die Gesamtvorrichtung kann sich auch auf einer gekrümmten Bahn bewegen
oder bewegt werden, dadurch, daß der äußere Rahmen gegenüber
dem
inneren verschoben wird, oder daß bei parallel geschalteten Systemen der Neigungswinkel
der Federn - eines Systems ein anderer ist als derjenige der Federn des anderen
Systems.
-
Auch Vorrichtungen nach Abb. z bis q. können sich auf gekrümmten Bahnen
bewegen, wenn beispielsweise die Massenn unsymmetrisch zu den Federn f gelagert
ist.
-
Die Kufen, auf denen sich der Mechanismus (Abb. 1, 3 und 6) fortbewegt,
können natürlich, namentlich auf ihrerLaufseite, mit Gummi oder Leder oder mit pneumatischen
Polstern versehen sein.