WO1997006371A1

WO1997006371A1 - Auf- und entladbarer energiespeicher

Info

Publication number: WO1997006371A1
Application number: PCT/EP1996/003446
Authority: WO
Inventors: Iradj Hessabi
Original assignee: Iradj Hessabi
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1997-02-20
Also published as: AU6789596A; DE19529129A1

Abstract

Um einen Energiespeicher (1) mit mindestens einem kugelförmigen elastischen Körper (10) so auszubilden, dass bei einfacher Bauweise eine gleichmässige Energie-Auf- bzw. -Entnahme möglich ist, der wirtschaftlich herstellbar und sicher einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, dass in dem kugelförmigen Körper (10) mittig ein flacher Hohlraum (11) vorgesehen ist, dessen lange Achse bei unbelastetem kugelförmigem Körper (10) in Richtung der Belastungs-Achse (1X) steht, wobei der Hohlraum (11) bei Belastung so verformt wird, dass sich die in Belastungsrichtung stehende Langachse (1X) verkleinert und die quer dazu stehenden Achsen (1Y) vergrössern, bis der Hohlraum bei Maximalbelastung einen rechtwinklig zur Richtung der Belastungs-Achse (1X) liegenden, flachen Hohlraum (11') bildet.

Description

AUF- UND ENTLADBARER ENERGIESPEICHER

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung von Arbeit bzw. Energie mit mindestens einem kugelförmigen elastischen Körper und Anschlussprofilen zur Verbindung an weitere Körper.

Die bekannten zylindrischen Schraubenfedern aus Metall oder anderen verformbaren Materialien mit einigen bestimmten Eigenschaften werden oft zur Aufnahme von grossen Kräften eingesetzt, bei deren Verformung die Verformungsarbeit als Energie gespeichert wird, die bei Nachlas¬ sen der verformenden Kräfte wieder frei gesetzt werden kann. Die Nachteile wurden immer akzeptiert, weil es keine Alternative zu den vorhandenen Federn gab. Einige negative Merkmale sind wie folgt: Die vorhandenen Federn haben eine lineare Abhängigkeit zwischen der verformenden Kraft und dem Federweg von 0 bis X, das bedeutet, die Federn speichern am Anfang ihres Federweges eine geringe Menge an Arbeit, bis sie am Ende ihres Federweges ihr maximales Speicherver¬ mögen erreicht haben. Dieses verursacht einen Verlust des Speicher¬ vermögens bis zur Hälfte im gesamten Federweg. Diese negative Eigen¬ schaft begrenzt den Einsatz von Federn in vielen technischen Be¬ reichen. Die bekannten Federn brechen, bzw. reissen bei einer Überlastung und verursachen grösse Schäden. Der metallische Baustoff der Feder, be¬ sonders zur Aufnahme grösser Kräfte, bringt ein sehr grosses Gewicht auf die Waage, dessen Masse auch das Schwingungsverhalten beein- flusst.

Eine Feder wird einteilig hergestellt, sie kann nachträglich in ihrer Länge nicht verändert werden.

Die Stahlart, die zur Herstellung der Feder gewählt wird, ist relativ aufwendiges rostfreies Material. Ein Bruch bzw. Riss der Feder, schweres Gewicht und eine ungleiche Energiespeicherung und -abnähme sowie weitere Nachteile können in den bekannten Federformen nicht beseitigt werden.

Daraus folgt die Aufgabe der Erfindung, einen Energiespeicher vorzu¬ schlagen, der bei einfacher Bauweise eine gleichmässige Energieauf¬ bzw, -entnähme ermöglicht, der wirtschaftlich herstellbar und sicher einsetzbar ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, als Energiespeicher vorteil¬ hafterweise mindestens einen kugelförmigem Körper aus elastischem Material vorzusehen, in dessen Kern ein Hohlraum angeordnet ist. Der Hohlraum wird in einem axialen Schnitt durch den kugelförmigen Körper sichtbar. Die Form dieses Hohlraumes zeigt im unbelasteten Zustand des kugelförmigen Körpers vorteilhaft eine relativ schmale Ellipse mit dem Verhältnis kleiner Radius zu grossem Radius wie 1 : 5, wobei die Länge des grossen Radius der Ellipse des Hohlraumes zu dem kugel¬ förmigen Körper ebenfalls 1 : 5 ist. Der Hohlraum ist mittig in dem kugelförmigen Körper ohne Zugang nach aussen hergestellt. Die längste Achse des Hohlraums ist also identisch mit der Mittelachse des kugel¬ förmigen Körpers, in der die ihn belastende Kraft wirkt.

Der kugelförmige Körper ist am oberen und unteren Teil der Kugel jeweils mit einem Verbindungselement ausgestattet. Diese Elemente sind vorteilhafterweise Steckverbindungen, die eine unbegrenzte Erweiterung der aneinander angehängten kugelförmigen Körper ermög¬ lichen.

Bei Belastung auf einen kugelförmigen Körper nehmen die in Richtung seiner Belastungsachse wirkenden Kräfte die Elastizität des Materials in Anspruch. Mit steigender Kraft werden die Seitenwände des Hohlrau¬ mes verformt, so dass die elastische Masse des kugelförmigen Körpers im Inneren auf den Druck und aussen auf Zug beansprucht wird.

Der kugelförmige Körper verformt sich bei einem zunehmenden Druck zu einem Rotationsellipsoid, so dass der grösse Durchmesser des Hohl¬ raumes innerhalb des kugelförmigen Körpers quer zur in Richtung der Belastung ausgerichteten Mittelachse steht. In diesem Zustand ist der Endpunkt des Federweges erreicht; danach verhält er sich etwa wie ein starrer Körper. Der Vorteil dieser Gestaltung liegt darin, dass im Bereich den Federweges die Federkonstante wegen der Bauform und der Elastizität des Materials immer konstant bleibt, die Kraft ist am An¬ fang des Federweges und an dessen Ende etwa die gleiche.

Es ist empfehlenswert, den kugelförmigen Körper in einer zylindri¬ schen Hülse unterzubringen, wenn mehrere kugelförmige Körper aneinan¬ der verbunden eine längere Kette bilden. Der Durchmesser der Hülse richtet sich nach dem Durchmesser eines unter Maximal-Belastung flach¬ gedrückten kugelförmigen Körpers.

Um eine gleichmässige Kraftverteilung an der Belastungsstelle zu erreichen, sind vorteilhaft runde Ansätze vorgesehen, die an dem einen Durchstosspunkt der Belastungsachse als flachzylindrische Ansätze und an dem anderen Durchstosspunkt als dazu passende, diese Ansätze formschlüssig aufnehmende Gegenstecker ausgebildet sind. Mit Hilfe dieser Steckelemente können Ketten aus kugelförmigen Körpern zusammengestellt werden, wobei jede Folgekugel mit ihrem Gegenstecker den Ansatz der vorgehenden aufnimmt. Die kugelförmigen Körper an den Enden der Ketten weisen dabei wiederum diesen Ansatz bzw. diesen Gegenstecker auf, so dass auch die Kette als Feder zwischen die abzufedernden Teile gebracht und an diesen festgelegt werden kann. Das Wesen der Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 4 dar¬ gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, dabei zeigen

Fig. 01: Einzelheit der Energiespeicher, unbelastet, in Ansicht und Schnitt; Fig. 02: Einzelheit der Energiespeicher, belastet, in Ansicht und Schnitt; Fig. 03: Darstellung der Kräfte in einem Energiespeicher in der

Belastungsanfangsphase im Schnitt; Fig. 04: Darstellung der Kräfte in einem Energiespeicher unter höchster Belastung im Schnitt.

Die Figur 1 zeigt Einzelheiten des Energiespeichers 1, unbelastet in der Ansicht und ebenfalls im Schnitt. Der kugelförmige Körper 10 ist mit einem Hohlraum 11, der hier zeichnerisch wie ein Schlitz darge¬ stellt ist, versehen. Ein rundes Steckelement 12 ist in den Verbin¬ dungsstellen des kugelförmigen Körpers 10 angebracht, das bei Einsatz von mehreren kugelförmigen Körpern 10 in eine steckringförmige Ver¬ bindungssteckhülse 13 hineingesteckt wird. Andernfalls werden an die Steckausrüstung die Endstücke 14 eingesetzt. Mehrere kugelförmige Körper 10 sind vorteilhafterweise mittig in einer Hülse 2 angebracht.

Figur 2 zeigt Einzelheiten der Energiespeicher 1, belastet, in An¬ sicht und Schnitt. Der kugelförmige Körper 10 ist mit einem Hohlraum 11, hier zeichnerisch wie ein Schlitz quer zur vertikalen Achse des kugelförmigen Körpers 10 dargestellt, versehen. Ein rundes Steckele¬ ment 12 ist als Ansatz an einer Verbindungsstelle des kugelförmigen Körpers 10 angebracht, das beim Einsatz mehrerer kugelförmiger Körper 10 in eine steckringförmige Verbindungssteckhülse 13 als Gegenstecker eingesteckt wird. Zum Erreichen einer vergleichmässigten Kraftvertei¬ lung wird dieser Ansatz bzw. der Gegenstecker auch den den Endstücken 14 eienr Kette vorgesehen. Wenn mehrere kugelförmige Körper 10 eine Kette gebildet haben, werden sie vorteilhafterweise zentrisch in einer Hülse 2 angeordnet. Der Durchmesser der Hülse 2 wird nach dem Durchmesser des kugelförmigen Körpers 10 unter Höchstlast bemessen. Figur 3 zeigt eine Einzelheit der Energiespeicher 1, unbelastet, im Schnitt. Der kugelförmige Körper 10 ist mit einem Hohlraum 11 ver¬ sehen. Die Kraftrichtung in diesem unbelasteten Körper 10 wirkt im ersten Moment mehr auf die Elastizitätseigenschaft des Materials. Mit zunehmender vertikaler Kraft nimmt die Wirkung in radialer Richtung immer mehr zu und führt zu einer Verformung des kugelförmigen Körpers 10. Hier sind die Steckverbindungsausrüstung 12, 13 und die umman¬ telnde Hülse 2 gezeigt.

Figur 4 zeigt Einzelheiten der Energiespeicher 1 in belastetem Zustand, im Schnitt. Der kugelförmige Körper 10 ist mit einem Hohl¬ raum 11 versehen. Die Kräfterichtung in dem höchst belasteten Körper 10 wirken mehr auf die Elastizitätseigenschaft des Materials, so dass die Kräfte auf die Wandung des kugelförmigen Körpers 10 so einwirken, dass sie im Bereich der Innenseite als Druck und im Bereich der Aussenseite als Zug wirksam werden. Die Kraft zur Verformung des kugelförmigen Körpers 10 ist deshalb immer konstant, da die Bauform am Anfang die Wirkung des elastischen Materials und dann Massenela¬ stizität der kugelförmigen Körper 10 zur Verfügung hat.

Claims

Patentansprüche

01. Energiespeicher (1) mit mindestens einem kugelförmigen ela¬ stischen Körper (10), dadurch gekennzeichnet, dass in dem kugelförmigen Körper (10) mittig ein flacher Hohlraum (11) vorgesehen ist, dessen lange Achse bei unbelastetem kugel¬ förmigem Körper (10) in Richtung der Belastungs-Achse (IX) steht, wobei der Hohlraum (11) bei Belastung so verformt wird, dass sich die in Belastungsrichtung stehende Lang¬ achse verkleinert und die quer dazu stehenden Achsen ver¬ grössern, bis der Hohlraum bei Maximalbelastung einen rechtwinklig zur Richtung der Belastungs-Achse (IX) liegenden, flachen Hohlraum (IT) bildet.

02. Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass dem kugelförmigen Körper (10) im Bereich des Durchstosspunktes der Belastungs-Achse (IX) jeweils ein Steckverbindungselement (12, 13) zugeordnet ist, wobei das Steckverbindungselement des einen Poles derart ausgebildet ist, dass es ein Steckelement des anderen Poles formschlüs¬ sig aufnimmt. 03. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kugelförmige elastische Körper (10) mittels der einander zugewandten Steckverbindungselemente (12, 13) kettenförmig verbunden sind, wobei ein Endsteckelement (14), aufgesetzt auf die freien Steckverbindungselemente der Kette vorgesehen ist, umd die Belastung an dem einen und an dem anderen Ketten-Ende gleichflächig zu verteilen.

04. Energiespeicher nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der/die kugelförmige/-gen Körper (10) in einer Hülse untergebracht ist/sind, dessen Durchmesser dem des grössten Durchmessers eines kugelförmigen Körpers (10) unter Maximal-Last entspricht.