DE661612C

DE661612C - Vorrichtung zur Erfuellung der Aufgabe, ein periodisch ungleichfoermig verlaufendes Drehmoment gleichfoermig zu gestalten

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Publication number: DE661612C
Application number: DEB166955D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-09-22
Filing date: 1934-09-22
Publication date: 1938-06-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des¹ während einer Umdrehung oder einer Periode von Umdrehungen einer angetriebenen oder treibenden Maschine ungleichförmigen Drehmomentes. Die Ungleichförmigkeit des Drehmomentes rührt bei antreibenden Maschinen, insbesondere Explosionsmotoren, Dampfmaschinen u. dgl., davon her, daß der Antriebsdruck nur innerhalb eines bestimmten !deinen Zeitraumes¹ einer Umdrehung oder einer Reihe von Umdrehungen zur Wirkung gelangt. Diese Ungleichförmigkeit wird darüber hinaus noch durch den Kurbelmechanismus m'it seinen Totpunktlagen vermehrt. Bei angetriebenen Maschinen ist das erforderliche Drehmoment oft sehr ungleichförmig über die einzelne Umdrehung verteilt, z. B. wenn an einem bestimmten Punkte eine Ventilsteuerung 'einen besonders großen Widerstand darbietet.

Zur Aufhebung dieser Ungleichförmigkeiten benutzt man Schwungräder, die um so schwerer sein müssen, je größer der Ungleichförmigkeitsgrad ist.

In vielen Fällen, z. B. bei Fahr- und Flugzeugen, sind große Schwungradgewicihte unerwünscht. Um den hier vorhandenen Mißstand zu beseitigen, wird die Drehmomentregelung des Systems gemäß der Erfindung

ο dadurch erzielt, daß parallel zum Getriebezuge mit diesem zwangsläufig verbunden eine mit periodisch ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende Schwungmasse geschaltet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι eine Vorderansicht,

Abb. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht,

Abb. 3 eine Einzelheit in vergrößertem Maßstabe,

Abb. 4 ein Diagramm der zusätzlichen Drehmomente.

Die Vorrichtung besteht aus einem Lagergestell ι, in dem eine Hauptwelle 2 drehbar gelagert ist, die unmittelbar mit einer Welle des treibenden oder getriebenen Systems, z. B. durch eine Kupplung oder ein Zahnradgetriebe 3, verbunden sein kann. Die Übersetzung der Verbindung mit dem treibenden oder getriebenen System muß derart sein, daß die Welle 2 in jeder Ungleichförmigkeitsiperiode des treibenden oder getriebenen Systems eine Umdrehung vollführt. Bei einem Einzylinder-Viertaktmotor würde die Welle 2 also bei vier Umdrehungen der Motorwelle eine Umdrehung machen, bei einem Einzylinder-Zweitaktmotor bei zwei Umdrehungen der Motorwelle ebenfalls eine Umdrehung. Dementsprechend ist die Übersetzung des Getriebes 3 zu wählen. Auf der Welle 2 ist eine

radial laufende Führung 4 befestigt. Auf derselben sitzt gleitbär eine Schwungmasse 5, welche durch, einen Zapfen 6 mit einer Stange 7 verbunden ist, der am anderen Ende an einen Drehzapfen 8 angeschlossen ist, welcher sich in einem Arm 9. dreht. ■

Bei Drehung der Welle 2 wird die Schwungmasse 5 durch die Führung 4 mitgenommen; sie beschreibt aber bei dieser Bewegung t« nicht eine Kreisbahn 11 um die Welle 2, sondern wird zu einer Kreisbewegung 12 um den Drehzapfen 8 gezwungen. Setzt man gleichförmige Drehbewegung des Armes 4 voraus, so· ist die Bewegung der Schwungmasse 5 auf der Kreisbahn 12 nicht gleichförmig, sondern ihre Geschwindigkeit nimmt von dem Punkte 13 bis zum Punkte 14, in Richtung des Pfeiles 15 gesehen, zu, während sie vom Punkte 14 bis zum Punkte 13 abnimmt. Dem entspricht auf der Strecke 14 bis 13 eine Massenverzögerung und auf der Strecke 13 bis 14 eine Massenbeschleunigung. Auf der Strecke 13 bis 14 nimmt die Schwungmasse 5 also lebendige Eenergie auf, während sie solche auf der Strecke 14 bis. 13 abgibt (vgl. die Linie 12 im Schaubild, Abb. 4). Kuppelt man die Vorrichtung mit dem antreibenden System in einer solchen Lage der Schwungmaisse 5, daß ein Tal der Linie 12 (Abb. 4) phasengleich mit einem Berg, z. B. des Tangentialdiagramms des antreibenden Systems, ist, so wird hierdurch mit einer kleinen Schwungmasse 5 eine Gleichförmigkeit des Drehmomentes, ebenso erzielt wie durch ein großes Schwungrad. Ähnliches gilt für ein angetriebenes System, bei welchem der Punkt größten Drehmomentbedarfes mit einem Berg der Linie 12 (Abb. 4) zur Deckung gebracht wird.

Jedem System von bestimmter Ungleichförmigkeit des Drehmomentes ist eine bestimmte Phasenlage der Linie 12 (Abb. 4) und eine bestimmte Amplitude derselben zugeordnet, um die beste Vergleichmäßigung des Drehmomentes des antreibenden bzw. angetriebenen Systems zu erzielen. Ein genauer Ausgleich tritt ein, wenn das Drehmoment der Linie 12 in jedem. Augenblick dem auf ein mittleres gleichförmiges Gesamfcdrehimoment bezogenen Komplementwert des¹ Drehmomentes des Systems entspricht.

Die dargestellte Vorrichtung ist nun so ausgebildet, daß man mit ihr ohne weiteres die zweckmäßigste Phasenlage und Amplituidengröße während des Betriebes einstellen kann. Die Vorrichtung dient daher auch zur Ermittlung des momentanen zusätzlichen Schwung- oder Drehmomentes.

Es ist nur erforderlich, in jedem Falle die entsprechenden Einstellungen der Hebelarme und die verwendete Masse zu bestimmen, und zwar zu dem Zeitpunkte, in welchem das ganze System Gleichförmigkeit erlangt hat.

Zunächst ist der Arm 9 nicht fest an dem Gestell angeordnet, sondern drehbar um die Achse der Welle 2. Außerdem ist er quer zu dieser Achse verschiebbar. Der Arm 9 sitzt zu diesem Zweck gleitbar in einer Buchse 16 (Abb. 2), die drehbar im Gestell ι angeordnet ist und durch ein Handrad 17 verstellt werden kann. Innerhalb' der Buchse 16 ist ein Zapfen 18 gelagert, der an dem einen Ende 19 ein Handrad, an dem anderen Ende ein Zahnrad 21 trägt, das in einen Schlitz 22 (Abb. 1) des; Armes 9 hineinragt und dort mit einer mit dem Arm 9 verbundenen Verzahnung 23 kämmt. Durch Drehung des Handrades 17 kann der Arm 9 um die Achse der Welle 2 geschwenkt und durch Drehen des Handrades 19 quer zur Welle 2 verstellt werden. Mit diesen beiden Verstellungen ist es also» ohne weiteres möglich, den Zapfen 8 in eine beliebige Lage zur Welle 2 zu bringen. Durch Drehung des Handrades 19 wird der. Ausschlag der Linie 12 (Abb. 4) verändert, während durch Drehung des Handrades 17 die Linie 12 in der Phase verschoben wird. Befindet sich der Drehzapfen z.B. indem Punkte 8' (Abb. i), so ist das durch die Schwungmasse 5 aufgenommene und abgegebene Schwungmoment etwa durch die Linie 24 (Abb. 4) gekennzeichnet, unter Voraussetzung einer verringerten Länge der Stange 7, bei der die Schwungmasse 5 den Kreis 24 (Abb. 1) beschreibt.

Eine weitere Regelung des Drehmomentes .wird durch Änderung des Abstandes zwischen dem Drehzapfen 8 und dem Zapfen 6 ermöglicht. Dies geschieht bei der dargestellten Ausführung dadurch, daß die Stange 7 auf ihrem Umfange mit einem Schraubengewinde versehen ist, das in eine Mutter 2 5 eingreift, die ihrerseits in einem mit idem, Drehzapfen 8 (Abb. 3) verbundenen Bügel 26 drehbar gelagert ist. Durch Drehen der Mutter 2 S wird der Abstand 6 bis 8 verkleinert oder vergrößert, was eine Veränderung des Ausschlages der Linie 12 bzw. 24 "(Abb. 4) zur Folge hat.

Um 'die Drehung der Mutter 25 auch während des Betriebes vornehmen zu können, ist folgende Einrichtung getroffen. Mit der Mutter 25 ist ein Kegelrad 27 (Abb. 3) fest verbunden, das in ein lose um einen Bolzen 28 drehbares Kegelrad 29 eingreift. An dem Kegelrad 29 ist ein Zahnrad 31 befestigt, und dieses greift in Planetenzwischenräder 32 ein, die mittels Zapfen 33 an einem Planetenradträger34 gelagert sind, der starr auf dem iac Bolzen 28 sitzt. Der Bolzen 28 ist in dem Zapfen 8 gelagert und trägt ein Handrad 35.

Die Planetenräder 32 greifen auf der anderen Seite in ein Sonnenrad 36 'ein, das mittels eines Steges 37 lose auf dem Bolzen 28 gelagert ist und mit Übertragungsrädeirn 38 kämmt, die an Zapfen 39 des; Armes 9 gelagert sind. In diese Übertragungsräder 38 greift eine Verzahnung 41 ein, die starr mit dem Drehzapfen 8 verbunden ist.

Der Drehzapfen 8, der durch einen Bügel 26 mit der Mutter 25 und damit auch mit der Stange 7 auf Drehung verbunden ist, macht die Schwenkbewegungen der Stange 7 mit. Diese übertragen sich vermittels der Übertragungsräder 38 auf das Sonnenrad 36 und über die Planetenräder 3 2 auf daisi Zahnrad 31 und das Kegelrad 29. Denkt man sich das Handrad 35 in bezug auf den Arm 9 undrehbar feststehend, so* wird durch die geschilderte Räderverbindung bei Drehung des Zapfens 8 auch das Kegelrad 29 um genau den gleichen Winkel gedreht, so daß bei Schwenkung der Stange 7 das Kegelrad 27 und daher die Mutter 25 keine Drehung um die Stange 7 ausführen kann. Der Abstand 8 bis 6 bleibt also derselbe, solange das Handrad 35 gegenüber dem Arm 9 nicht gedreht wird, gleichgültig·, wie sich die Stange 7 gegenüber dem Arm 9 bewegt. Wird aber während des Stillstandes die Stange 7 oder während ihrer Bewegung das Handrad 35 gedreht, so erfährt das Rad 31 durch die auf dem Sonnenrad 36 abrollenden Planetenräder 52 eine zusätzliche Drehung, welche verursacht, daß die Mutter 25 gegenüber der Stange 7 gedreht wird, wodurch der Abstand 8 bis 6 (Abb. 1) vergrößert oder verkleinert wird. Letzteres hat ebenfalls eine Veränderung¹ der Linie 12 bzw. 24 (Abb. 4) zur Folge uind gewährt eine weitere Abstimmungsmöglichfeeiit des zusätzlichen Drehmomentes.

Bekanntlich lassen sich, nach dem· Vorgang von Fourier periodisch verlaufende, deformierte Wellen in Sinusschwingungen der verschiedenen Harmonischen auflösen.

IS Deckt daher z.B. die Linie 12 (Abb. 4) nicht genau das betreffende Tangentialdruickdiagramm ©.dgl., so kann man die für .die nicht gedeckten Teile erforderlichen zusätzlichen Drehmomente durch Anschluß einer

ίο zweiten der beschriebenen !entsprechenden Vorrichtung an das angetriebene oder anzutreibende System erzeugen, wobei die Welle 2 der zweiten Vorrichtung in eine der nächsten Harmonischen entsprechenden Geschwindigkeit zu drehen ist, was durch entsprechende Übersetzung des Rädergetriebes 3 erzielt werden kann und wobei ferner die Phase durch entsprechende Drehung des zugehörigen Armes 9 und der Ausschlag der Schwungmomentkurve durch Veränderung der Länge des zugehörigen Armes 9 bzw. der Stange 7 einzustellen ist. Schon mit drei der beschriebenen Vorrichtungen, die in entsprechender Weise eingestellt sind, wird man sehr unregelmäßig verlaufende periodische Drehmoment- ⁵S kurven ausgleichen können.

Die beschriebene Konstruktion gibt nur eine besondere Ausführung¹ wieder. Der verfolgte Zweck läßt viele andere Ausführungsmöglichkeiten der Vorrichtung zu. Zum Bei- spiel kann die Phasenverschiebung dadurch hervorgerufen werden, daß zwischen dem System und der Welle 2 eine mechanische Phasenverschiebung, die etwa mit den Mitteln der Planetenräder 32 (Abb. 3) arbeitet, eingeschoben wird. Die Schwungmomentänderung ist auch durch Änderung der Masse 5 oder Verteilung auf der Führung 4, gegebenenfalls! zu beiden Seiten der Welle möglich, und die Drehmomentangleichung kann auch durch Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 2 erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erfüllung der Aufgabe, ein periodisch ungleichförmig verlaufendes¹ Drehmoment gleichförmig zu gestalten, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Getriebezuge mit diesem zwangsläufig verbunden eine mit periodisch ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende Schwungmasse geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer radialen Führung (4) einer Welle (2) eine Schwungmasse (5) gleitbar angeordnet ist, die durch eine Stange (7) mit einem außerhalb der Welle (2) liegenden ortsfesten Drehzapfen (8) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Drehzapfensi (8) zur Welle (2) beliebig einstellbar ist, indem z. B. der Drehzapfen (8) auf einem· um die Welle (2) drehbaren und quer zu ihr bewegbaren Arm sitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Drehzapfen (8) tragende Arm (9) in einer in einem Lagergestell (1) mittels Handgriff (17) drehbaren Buchse (16) gleitbar gelagert ist und mit einer Verzahnung (23) in ein Zahnrad (21) eingreift, dessen Achse sich in der Buchse (16) dreht und einen Handgriff (19) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (7) in ihrer Länge dadurch veränderlich ist, daß sie ein Schraubengewinde trägt, das mit einer im Drehzapfen (8) unverschiebbar, aber drehbar gelagerten Mutter (25)

in Eingriff steht, die vermittels einer Kegelradverbindung (27/ 29) in Umdrehung gesetzt werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Mutter (25) durch ein Planetenrad (32) erfolgt, dessen Träger (34) mit einem Handgriff (35) verbunden ist und das in ein Sonnenrad (36) eingreift, welches über ein am Arm (9) gelagertes Übertragungsrad (38) mit einem undrehbar mit dem Zapfen (8) verbundenen Zahnrad (41) in Eingriff steht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Getriebeorgan mehrere Regelungsvorrichtungen gekuppelt werden, welche in ihrer Umdrehungszahl und dem Ausschlag ihrer Drehmomentkurven entsprechend den Sinusschwingungen der verschiedenen Harmonischen der Kurve des Drehmomentes des Systems eingestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen