DE9005968U1 - Drive device for work machines - Google Patents
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HerrMister
Reinhard Bartz Justus-Möser-StraßeReinhard Bartz Justus-Möser-Strasse
4410 Warendorf iü4410 Warendorf iü
Die Neuerung betrifft eine natürliche Kräfte ausnutzende Antriebsvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, vorzugsweise mit einem Generator, mit einer mindestens einendig gegen festen Untergrund abgestützten Welle, auf der mindestens eine einseitig mit der Welle verbundene, Kraftübertragungsvorrichtung angeordnet ist.The innovation relates to a drive device that utilizes natural forces for a working machine, preferably with a generator, with a shaft supported at least at one end against a solid surface, on which at least one power transmission device connected to the shaft on one side is arranged.
In vielen Fällen, besonders in der freien Natur und besonders in technisch unterentwickelten Gebieten ergibt sich ein Bedarf, eine Arbeitsmaschine anzutreiben, wofür jedoch eine geeignete Kraftmaschine nicht zur Verfügung steht. Zwar ist die Versorgung mit e1ek-In many cases, especially in the wild and especially in technically underdeveloped areas, there is a need to drive a working machine, for which, however, a suitable power machine is not available. Although the supply of e1ek-
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trischer Energie bereits weit verbreitet und in nicht mit elektrischer Energie versorgten Gegenden stehen Verbrennungskreftmaschinen zur Verfügung, jedoch ist - abgesehen von der Vermeidung zusätzlicher Umweltprobleme - ein Bedarf gegeben an Antrieben, die entweder direkt Arbeitsmaschinen anirsüc:· t der über eine Kraftmaschine Energie für Antriebs- oder Gebraucnszwecke zur Verfügung stellt. Dabei bestünde in der Mehrzahl der Fälle die Möglichkeit, Bewegungsenergie natürlicher Bewegungen zu nutzen. Das Problem ist allerdings, daß diese Bewegungen selten - etwa wie bei der Enercie strömenden Wassers oder des Windes - stetig und über größere Zeitspannen verfügbar sind. In der Mehrzahl der Fälle liegen die natürlichen Bewegungen als quasi - periodisch hin- und hergehende Bewegungen vor, z.B. bei der Wellenbewegung der Meere oder der Bewegung von Bäumen im Starkwind, wobei die elastischen Rückstellkräfte, die beim Ausbiegen im Stamm auf gebaut werden, bei Schwankungen der Windgeschwindigkeit die Rückführung des bewegten Baumes in annähernd seine Ruhelage bewirken.Electrical energy is already widespread and internal combustion engines are available in areas without electrical energy. However, apart from avoiding additional environmental problems, there is a need for drives which either directly power working machines or which provide energy for propulsion or usage purposes via a prime mover. In most cases it would be possible to use the kinetic energy of natural movements. The problem is, however, that these movements are rarely available continuously and over long periods of time - such as the energy of flowing water or wind. In most cases natural movements are quasi-periodic back and forth movements, for example the wave movement of the sea or the movement of trees in strong winds, whereby the elastic restoring forces which build up in the trunk when it bends cause the moving tree to return to approximately its rest position when the wind speed fluctuates.
Antriebsvorrichtung anzugeben, die derartige quasi - periodische Belegungen aufnimmt und sie in Drehungsenergie umsetzt, wobei in Weiterführung der Aufgabe die Antriebvorrichtung eine Anzahl von Einzelbewegungen überlagernd aufzunehmen in der Lage sein soll. 25To provide a drive device that absorbs such quasi-periodic loadings and converts them into rotational energy, whereby in further development of the task the drive device should be able to absorb a number of individual movements in a superimposed manner. 25
Diese Aufgabe wird für eine Antriebsvorrichtung entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, wobei die Unteransprüche 2 bis NN vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausfüh-This object is achieved for a drive device according to the features of the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1, with subclaims 2 to NN containing advantageous further developments and preferred embodiments.
rungsformen beschreiben.describe forms of training.
Durch jedes der Zugelemente wird eine Bewegung eines von natürlichen Kräften bewegten Körpers aufgenommen, wobei diese Körper beispielsweise Schwimmkörper, die von natürlichen Wellen bewegt werden oder 35Each of the traction elements absorbs the movement of a body moved by natural forces, whereby these bodies are, for example, floating bodies moved by natural waves or 35
im Starkwind bewegte Bäume sein können. Es sind alle von natürlichen Kräften bewegte Körper, die eine quasi-periodische Bewegung ausführend an ein derartiges System ankoppelbar. Die von den vorteilhaft als Seile oder als Ketten ausgebildeten Zugelementen übertragene, zunächst lineare Bewegung wird über eine Trommel in eine Drehbewegung umgeformt ur<d schließlich auf eine Antriebswelle der Arbeitsmaschine oder eines Generators übertragen. Ungleichmäßigkeiten werden von den zwischen die Trommel und die Welle eingeschalteten t-reiläu-IU fen ausgeglichen. Die Welle kann unterstützt von der rotierenden Masse immer durchdrehen, wobei die rotierende Masse ggf. 'lurch eine zusätzliche Schwungmasse unterstützt wird. Eine Rückholeinrichtung sorgt dafür, daß die Zugelemente niemals eine übergroße Lose bekommen. Die für die Rückholvorrichtung verbrauchte Energie ist dahei immer nur ein Bruchteil der Energie, die ooim Ausziehen der Zugglieder in das System eingeleitet wird. Im einfachsten Fall sind die Rückholelemente als zusätzliche Seiltrommeln ausgebildet, die mit dei" für dö5 Züyelcfll6nt bcStlfilliVtefi 7TOSSHeI VcTbüfidcn Sind UiIu äüf die trees moved in strong winds. All bodies moved by natural forces that perform a quasi-periodic movement can be coupled to such a system. The initially linear movement transmitted by the tension elements, which are preferably designed as ropes or chains, is converted into a rotary movement via a drum and finally transmitted to a drive shaft of the working machine or a generator. Irregularities are compensated for by the three -wheelers inserted between the drum and the shaft. The shaft can always rotate, supported by the rotating mass, whereby the rotating mass is supported by an additional flywheel if necessary. A retrieval device ensures that the tension elements never get too much slack. The energy used for the retrieval device is therefore always only a fraction of the energy that is introduced into the system when the tension members are pulled out. In the simplest case, the recovery elements are designed as additional cable drums, which are connected to the cable drums for the return movement and are connected to the
beim Ausziehen des Zugelements ein gewichtsbelastetes Seil aufgewik-2Ü kelt wird, dessen potentielle Energie die Rückholung bewirkt.When the traction element is pulled out, a weight-loaded rope is wound up , the potential energy of which causes the pull to return.
Die Trommel kann konzentrisch auf der Welle angeordnet sein, bei dieser Anordnung bildet die welle selbst die Lagerung, wobei derThe drum can be arranged concentrically on the shaft, in this arrangement the shaft itself forms the bearing, whereby the
geordnet und so das Lager bildet. Nach einer anderen Ausführungsformarranged and thus forms the warehouse. According to another embodiment ist die Trommel neben der Welle, zu dieser achsparallel angeordnet, wobei zwischen diesen Kraftübertragungsmitteln die die Energieübertragung notwendige Kopplung herstellen. Bei dieser Anordnung wird der Freilauf vorteilhaft auf der Trommelseite angeordnet, wobei aber auch die Anordnung auf der Wellenseite möglich ist. Die Kraftübertragungsmittel können als kämmende Zahnradanordnungen ausgebildet sein, daneben sind jedoch auch andere Ausbildungen denkbar,, wie z.B. Riemenübertragungen, insbesondere mit schlupfvermeidenden Zahnriemen, denkbar. Dabei kann das trommel seitige Zahnrad als Zahnrad -35the drum is arranged next to the shaft, parallel to the axis, whereby the coupling necessary for the energy transfer is established between these power transmission means. In this arrangement, the freewheel is advantageously arranged on the drum side, although it is also possible to arrange it on the shaft side. The power transmission means can be designed as meshing gear arrangements, but other designs are also conceivable, such as belt transmissions, in particular with toothed belts that prevent slippage. The gear on the drum side can be designed as a gear -35
-'■f.- ' '■ ' ' ' ' B 2092-'■f.- ''■'''' B 2092
Segment ausgebildet sein, eine Ausbildung, die bei kurzhubigen und somit kleinen linearen Bewegungen ausreichend ist. Bei der Einleitung mehrerer linearer Bewegungen werden auf der Antriebswelle mehrere Kraftübertragung^einheiten angeordnet, die auf den Hub der ihnen zugeordneten linearen Bewegung z.B. durch geeignete Wahl des Durchmessers der jeweiligen Seiltrommel angepaßt sind.Segment, a design that is sufficient for short-stroke and thus small linear movements. When several linear movements are initiated, several power transmission units are arranged on the drive shaft, which are adapted to the stroke of the linear movement assigned to them, e.g. by suitable selection of the diameter of the respective cable drum.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Rückhol vorrichtung erfolgt mittels eines Federspeichers, wobei sowohl die Spiral- als auch die Schraubenfeder einsetzbar ist. Die Federn stützen sich einseitig gegen die Trommel und m,t ihrer anderen Seite gegen das Gestell ab. Die Spiralfeder kann dabei direkt an die Trommel angesetzt werden, die Schraubenfeder umgibt die Welle koaxial und findet ihren zweiten Abstützungspunkt in einiger Entfernung von der Trommel. f. An advantageous design of the return device is achieved by means of a spring accumulator, whereby both the spiral and the helical spring can be used. The springs are supported on one side against the drum and on the other side against the frame. The spiral spring can be attached directly to the drum, the helical spring surrounds the shaft coaxially and finds its second support point at some distance from the drum. f.
Der die Ungleü hmäßigkeiten der Bewegung ausgleichende Freilauf je- .? der Antriebsvorrichtung ist als an sich bekannter, mit einseitig jThe freewheel of each drive device, which compensates for the irregularities in the movement, is known as a one-sided freewheel.
sperrenden Rastnasen und mit diesen zusammenwirkenden Rastnuten ver- t sehener Nabenfrei lauf ausgebildet. Derartige Frei laufe sind von vielen Anwendungen hinreichend bekannt und bedürfen keiner zusätzlichen | Erläuterung. i! A hub freewheel is designed with locking lugs and locking grooves that interact with these. Freewheels of this type are well known from many applications and do not require any additional explanation. i !
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und von dieser abgewickelt, sie sind umlenkbar. Dies führt dazu, daß :and unwound from it, they are redirectable. This leads to the fact that: eine Bewegungseinleitung unabhängig von der Richtung der Bewegung re- | lativ zur Welle in einfacher Weise durch Umlenkungen erreicht werden ^jan initiation of movement independent of the direction of movement relative to the shaft can be achieved in a simple manner by deflections ^j kann. Dazu werden vorteilhaft, weil verlustarm, Umlenkrollen einge- |can. For this purpose, deflection rollers are advantageous because they cause little loss. |
setzt, die an geeigneten Stellen gegen den festen Untergrund abge- &uacgr;which rests against the solid ground at suitable points.
inin ·§·§
stützt angeordnet werden. Es versteht sich von selbst, daß auch an- |It goes without saying that other | dere Umlenkungen möglich sind, und daß bei großen Bewegungshüben ver- | bunden mit kleiner Kraft oder umgekehrt auch Kombinationen loser RoI- | len mit festen Rollen z.B. im Sinne eines Flaschenzuges eine Anpas- Iiother deflections are possible and that with large movement strokes combined with small force or vice versa, combinations of loose rollers with fixed rollers, e.g. in the sense of a pulley, allow an adjustment.
sung des Hubes an die von der Seiltrommel abziehbare Länge des Zug-35adjustment of the stroke to the length of the pulley that can be pulled off the rope drum.35
gliedes erlaubt. Zum gleichen Zweck können auch Winkelhebel eingesetzt werden, wobei die N^belarme die zum Anpassen notwendige Übersetzung liefern. So können auch die unterschiedlichsten Bewegungen für die Antriebsvorrichtung nutzbar gemacht werden, wobei nicht auf deren Richtung zu achten ist.link. Angle levers can also be used for the same purpose, with the lever arms providing the necessary transmission for adjustment. In this way, the most varied movements can be made usable for the drive device, without having to pay attention to their direction.
Das Wesen der Erfindung wird an Hand der beigefügten Figur beispielhaft näher beschrieben, dabei zeigt die FigurThe essence of the invention is described in more detail with reference to the attached figure, which shows
eine Ansicht einer Antriebsvorrichtung (perspektivisches Schema)a view of a drive device (perspective diagram)
Die Figur zeigt einen an eine Antriebswelle 2 angeschlossenen Generator 2. An Stelle dieses Generators kann, was sich von selbst versteht, eine Arbeitsmaschine, etwa eine Fördereinrichtung für Wasser, ein Gebläse für ein Schmiedefeuer, einen metallurgischen Ofen, eine Schleifmaschine oder vieles andere an die Antriebswelle angeschlossen sein. Nach der Art der angeschlossenen Vorrichtung richtet sichThe figure shows a generator 2 connected to a drive shaft 2. Instead of this generator, a working machine, such as a water conveyor, a blower for a forge, a metallurgical furnace, a grinding machine or many other things can be connected to the drive shaft. The type of device connected determines
auch die Ausrichtung der Welle 2, die im Ausführungsbeispiel waagerecht gelegt ist. Die Welle selbt ist gegen den Untergrund zum einen über die angetriebene Maschine, hier über den Generator 1 und dessen rüriuäfircfit, äbycStütZt, Zürn anderen über el fieri Läye'fböCk 3, der mit einem entsprechenden Wellenlager versehen ist, und der auf ein mit also the alignment of the shaft 2, which is laid horizontally in the example. The shaft itself is supported against the ground on the one hand by the driven machine, here by the generator 1 and its support, and on the other hand by the fixed support 3, which is provided with a corresponding shaft bearing and which is mounted on a
dem Untergrund verbundenes Fundament aufgesetzt ist. Auf der Welle sind Kraftübertragungsvorrichtungen angeordnet, über die die von den Zuggliedern 7 übertragenen Linear-Bewegungen in das System eingeleitet werden.the foundation is connected to the ground. On the shaft there are force transmission devices through which the linear movements transmitted by the tension members 7 are introduced into the system.
Diese Zugglieder 7 können mit allen natürlich bewegten Körpern verbunden sein, als Beispiele werden genannt Schwimmkörper, die aufgrund natürlicher Wellenbewegung eine Auf- und Abbewegung durchführen, deren Kraft von der Masse oder von dem Auftrieb der Schwimmkörper abhängt, ersteres, wenn der aufschwimmende Körper direkt mit dem 35These tension members 7 can be connected to all naturally moving bodies, examples being floating bodies which move up and down due to natural wave motion, the force of which depends on the mass or the buoyancy of the floating body, the former when the floating body is directly connected to the 35
Zugglied verbunden ist, letztere, wenn die Verbindung von Zugglied und Schwimmkörper über eine unter dem Wasserspiegel grundfest angeordnete Umlenkrolle geführt wird. In beiden Fällen folgt der Schwimmkörper der quasi-periodischen Bewegung des Wasserspiegels, und die dabei der Wasserbewegung entnommenen Energie wird über die Zugglieder in das Antriebssystem eingeleitet. Andere Beispiele sind im (Stark-) Wind bewegte Bäume, die aufgrund ihrer eigenen Elastizität zurückfedern und so der strömenden Luft entnommene Energie auf die Zugglieder übertragen. Die Zugglieder sind dabei so über Umlenkungen 8 geführt, die mittels ihrer Achse 8.1 fest mit dem Untergrund verbunden sind (wobei diese Verbindung der Achsen 8.1 mit dem Untergrund nicht nur unmittelbar sondern auch mittelbar -z.B. über vorhandene Bäume oder eingesetzte Pfähle erfolgen kann). Durch diese Umlenkungen wird erreicht, daß die in die Kraftübertragungsvorrichtungen einzuleitenden Kräfte in "richtiger" Richtung, im allgemeinen tangential zur Seiltrommel, anliegen.Tension member is connected, the latter when the connection between tension member and floating body is guided over a pulley fixed to the ground below the water level. In both cases, the floating body follows the quasi-periodic movement of the water level, and the energy extracted from the water movement is introduced into the drive system via the tension members. Other examples are trees moved in (strong) wind, which spring back due to their own elasticity and thus transfer energy extracted from the flowing air to the tension members. The tension members are guided over deflections 8, which are firmly connected to the ground by means of their axis 8.1 (whereby this connection of the axis 8.1 to the ground can take place not only directly but also indirectly - e.g. via existing trees or inserted posts). These deflections ensure that the forces to be introduced into the power transmission devices are applied in the "correct" direction, generally tangential to the cable drum.
Die als Seile ausgebildeten Zugglieder 7 wirken über Seiltrommeln 4, auf die sie aufgewickelt und von denen sie abgewickelt werden. Dadurch wird die lineare Bewegung in eine Drehbewegung umgeformt. Es versteht sich von selbst, daß an Stelle der Seiltrommeln 4 auch Schwenkhebel voryesehei sein können, die einen für den von den Zugelementen 7 ausgeübten Hub ausreichend dimensioniert sind. Bei demThe tension members 7, designed as ropes, act via rope drums 4, onto which they are wound and from which they are unwound. This converts the linear movement into a rotary movement. It goes without saying that instead of the rope drums 4, pivoting levers can also be provided, which are sufficiently dimensioned for the stroke exerted by the tension elements 7. In the
Einsatz derartiger Hebel wird zweckmäßigerweise die Kraftübertragungsvorrichtung neben der Welle, jedoch achsparallel zu ihr angeordnet unü die Hebelbewegung mit Zahnsegmenten auf die Welle übertragen. Auf die strenge Achsparallelität kann verzf h',«. werden, wenn die Verbindung über Antriebsriemen hergestellt wird.When using such levers, the power transmission device is conveniently arranged next to the shaft, but parallel to its axis, and the lever movement is transmitted to the shaft using toothed segments. Strict axial parallelism can be dispensed with if the connection is made using a drive belt.
Die Einleitung einer quasi-periodischen Hin- und Herbewegung in ein System, das Drehbewegungen ausführt, macht das Zwischenschalten ein^~ Entkopplung in Form eines Frei 1 aufs 6 notwendig, der in einer Bewegungsrichtung den Kraftschluß zwischen Antrieb und Welle her-The introduction of a quasi-periodic back and forth movement into a system that performs rotary movements requires the interposition of a^~ decoupling in the form of a free 1 to 6, which establishes the force connection between the drive and the shaft in one direction of movement.
&bgr; 2092&bgr; 2092
stellt, in der anderen Richtung jedoch den Kraftschluß aufhebt. Diese Entkopplung kann mit den unterschiedlichsten Freiläufen, die aus der Antriebstechnik bekannt sind bewirkt werden. Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Ausführungsform ist ein Nabenfreilauf besonders geeignet.in one direction, but cancels the frictional connection in the other direction. This decoupling can be achieved with a wide variety of freewheels known from drive technology. In the embodiment shown in the example, a hub freewheel is particularly suitable.
Die Hin- und Herbewegung erfordert weiter, daß die abgezogene Länge des Zuggliedes bei Bewegungsrichtungs-Umkehr wieder geholt wird, was durch eine Rückholvorrichtung 5 bewirkt wird, die im Ausführungsbeicpiel der Figur 1 koaxial zur Welle 2 neben der Seiltrommel 2 angeordnet ist. Diese Rückholvorrichtung kann mit einer Spiral- oder mit einer Schraubenfeder versehen mit Federwirkung arbeiten. Sie kann aber auch in einfachster Weise als zweite Seiltrommel ausgebildet sein, auf die während des Abziehens des Zuggliedes 7 ein Hilfsseil aufgewickelt wird, das dabei ein Gewicht anhebt. Bekommt das Zugglied Lose, überträgt sich dies auf das Hilfsseil, dessen Gewicht heruntersinkt und dabei die Lose des Zuggliedes verbraucht.The back and forth movement also requires that the length of the tension member that has been pulled off is retrieved when the direction of movement is reversed, which is achieved by a retrieval device 5 that, in the embodiment example in Figure 1, is arranged coaxially to the shaft 2 next to the cable drum 2. This retrieval device can work with a spiral or helical spring with a spring effect. However, it can also be designed in the simplest way as a second cable drum onto which an auxiliary cable is wound while the tension member 7 is being pulled off, which then lifts a weight. If the tension member gets slack, this is transferred to the auxiliary cable, whose weight sinks down and in the process uses up the slack of the tension member.
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Cited By (1)
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WO2012005703A1 (en) * | 2010-07-07 | 2012-01-12 | Sabbagh Khaled Katmawi | Rotating motion power generation by harnessing high altitude wind |
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1990
- 1990-05-26 DE DE9005968U patent/DE9005968U1/en not_active Expired - Lifetime
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