WO2009127172A1 - Device for converting potential energy into rotational energy and vice versa - Google Patents

Device for converting potential energy into rotational energy and vice versa Download PDF

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WO2009127172A1
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quadrant
rotation
rotary body
axis
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Karl-Heinz Schicker
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Karl-Heinz Schicker
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    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/06Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
    • G09B23/08Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics
    • G09B23/10Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for statics or dynamics of solid bodies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10Alleged perpetua mobilia

Definitions

  • the invention relates to a device for converting potential energy into rotational energy and vice versa and for storing rotational energy.
  • Devices of this type are used, for example, in physics teaching to illustrate to the learner the conversion of potential energy into rotational energy, which is a particular form of kinetic energy, and vice versa. They consist in the simplest case of a pendulum, z. B. a suspended by means of a rope at a fixed point mass. If the mass piece is deflected out of its rest position and then released, it will vibrate under the influence of gravity. Here, potential energy is constantly being converted into kinetic energy and vice versa. If the mass piece is at a first point of maximum deflection, then it has a maximum of potential energy there. At the same time, its kinetic energy is zero.
  • the object of the present invention is to improve a device of the type described above so that it leads to a more complex understanding of energy conversion and - assuming smooth bearings - leads to a flywheel usable as a rotating body, in the constant transformations of potential Energy in kinetic energy (rotational energy) and vice versa take place.
  • the device according to the invention has elements that initially complicate the understanding of the device, but deepen the understanding of the fundamental processes in the conversion of potential energy into kinetic energy and vice versa after an intensive intellectual engagement with it.
  • the device shows the limits of permanent power generation.
  • Fig. 1 is a schematic front view of the device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a detail of the invention along the line S-S in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic front view of another embodiment of the Invention.
  • Fig. 4 is a schematic front view of a third embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view, corresponding to FIG. 2, of a detail of the exemplary embodiment according to FIG. 4;
  • FIG. 6 and 7 each show a front view and a side view of a limiting means of the detail shown in Fig. 5.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for converting potential energy into rotational energy, a form of kinetic energy, and vice versa.
  • the device 1 includes a frame, not shown, in which a rotary body 2 is rotatably mounted about a substantially horizontal axis of rotation 3 to be arranged.
  • a plurality of formed as a hollow body, arranged radially to the rotation axis 3 guides 4 are arranged distributed and preferably st arr connected to the rotary body 2, in which at least one mass piece 5 is movably mounted.
  • the various guides 4 are assigned to identify the respective position, the capital letters A to P. To make the Fig. 1 clear, only the guide located at position A 4 and their parts are provided with reference numerals. If reference is made to parts of other guides, they will be referred to by the corresponding reference numeral.
  • the mass pieces 5 are designed as spheres, which are preferably made of a metal in order to make it sufficiently difficult.
  • the guides 4, which are made for example of square hollow sections with straight axes define for the therein movably mounted balls 5 each have a path having a maximum radial distance from the axis of rotation 4 having first end position and a minimum radial distance from the axis of rotation 3 having second end position is limited.
  • the ball 5 is located in the guide 4 at position E in the first end position and the ball in the guide 4 at position N in the second end position.
  • the axes of the guides 4 are all arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and radially to the axis of rotation 3.
  • the guides 4 include first and second stop means 6 and 7 for the balls 5, wherein the respective first stop means 6, the first end position and the second stop means 7 determines the second end position. All first stop means 6 are located on an imaginary, the axis of rotation 3 surrounding cylinder with a first radius, and all second stop means 7 are also on an imaginary, the axis of rotation 3 surrounding cylinder with a second radius, both cylinders have the axis of rotation 3 as the central axis and the first radius is greater than the second radius.
  • the first stop means 6 are formed by stop angles, which are attached to radially away from the axis of rotation 3 sides of the guides 4.
  • the second stop means 7 are either likewise formed by abutment angles or by bottoms which are formed on the sides of the guides 4 facing radially to the axis of rotation 3.
  • the guides 4 are provided with walls 8a and 8b, wherein - viewed in an operating direction of rotation (arrow v) of the rotary body 2 - the walls 8a are arranged on a leading side and the walls 8b on a trailing side.
  • 4 limiting means 9 are provided in the guides, which are attached to the inner sides of the operating direction of rotation (arrow v) front walls 8 a and z. B. are designed as swivel flaps. These are pivotably mounted on an end of the walls 8a remote from the axis of rotation 3 and pivotable about an axis substantially parallel to the axis of rotation 3 by means of joint centers 10, which are shown in FIG. 1 as black points.
  • the length of the flaps 9 is chosen so that their pivotal movement is not hindered, as long as the arranged in the relevant guide 4 ball 5 is in the second end position or one of these close position (see, for example, position H).
  • the flaps 9 can pivot out of the position in which they abut against the walls 8a of the guides 4 (see eg position G) under the influence of gravity towards the opposite wall 8b the guides 4 out (see, for example, position H) perform without being hindered by the respective balls 5.
  • the flaps 9 After carrying out such a pivoting movement, the flaps 9 extend over the cross section of the guides 4. They thereby limit the movement of the mass pieces 5 radially outward, ie prevent them from reaching the stop means. 6
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a guide 4 shown in FIG. 1 along the line S-S. It can be seen that the arranged on the rotary body 2 guides 4 and their walls 8a, 8b have a centrally extending recess 11, which, starting from that end of the guides 4, on which the first stop means 6 are arranged over a certain length extends in the direction of the second stop means 7.
  • limiting elements or flaps 9 and the hinge means 10 extend only over a lying on one side of the recess 11 part of the guides 4.
  • flaps 9 and hinge means 10 extend only over a lying on one side of the recess 11 part of the guides 4.
  • corresponding flaps 9 and hinge means 10 on the other side of the recess 11.
  • the special shape is less important than the function of the flaps 9 explained below.
  • FIG. 1 shows a fixed coordinate system with an X-axis denoted by X and a Y-axis designated Y, whose Z-axis lies in the axis of rotation 3.
  • the Roman numerals I to IV denote the four quadrants of this coordinate system.
  • the device 1 according to the invention further comprises a fixed to the rotary body 2, intended to act on the balls 5, disposed below the rotary body 2 actuating element 12, which is designed in the embodiment as a on roller disks 13, 14 movably arranged, endless roller conveyor, which is an upper Part (Trum) 15a and a lower part (Trum) has 15b.
  • the roller discs 13, 14 are held by means disposed substantially parallel to the axis of rotation 3 bearing shafts 16, 17 and arranged such that the part 15a of the actuating gelungsgelements 12 straight, above, the rotary body 2 facing and parallel to a substantially to the X-axis Line is arranged.
  • the actuating element 12 is arranged with respect to the rotary body 2 and below it so that it engages with its upper part 15a and radially from the outside into the recesses 11 of a plurality of guides 4, which are currently located in a lower region of the rotary body 2, and holding the balls 5 mounted therein against gravity in an intermediate position.
  • the radial distance of the part 15a from the rotation axis 2 and the radial length of the recesses 11 are chosen so that at least the ball 5 of the guide 4 located in the lowest position is held by the part 15a in an intermediate position in which the associated flap can be freely pivoted without being hindered by the relevant ball 5 (see, for example, position H).
  • the upper part 15a extends over a plurality of guides 4 detecting transition region between the III. and IV. quadrants.
  • the ball 5, which is mounted in the position A (II. Quadrant) located guide 4 is held by the force acting on them gravity in the second end position, which is determined by the bottom 7 of the guide 4.
  • the flap 9 is also held by the action of gravity in a pivotal position in which its free end rests against the wall 8a of the guide 4. Due to the rotation of the rotary body 2, the guide 4 previously located in the position A gradually passes into the region of the position D, wherein they from the II. Quadrant in the III. Quadrant transgresses.
  • the ball 5 is moved by the action of gravity from the second end position in the first end position defined by the stop angle 6 and held there again by the force acting on it gravity.
  • the flaps 9 and the hinge means 10 are designed so that they do not hinder the movement of the balls 5 from the second to the first end position on the paths predetermined by the guides 4 (cf., for example, position D).
  • the associated flap 9 in the region of the position H or the passage of a guide 4 from III. in the IV. Quadrant of the pivot position in which its free end abuts the leading wall 8a, pivot by gravity into a pivotal position in which the free end of the flap 9 rests against the trailing wall 8b of the guide 4, so that the flap 9 thereby extends over the cross section of the associated guide 4.
  • the flaps 9 and the actuating element 12 in this case act together so that the pivoting movements of the respective flaps 9 taking place in the region of the position H are not hindered by the balls 5 held in intermediate positions by the actuating element 12.
  • the guide 4 which was previously located at the position J, gradually moves to the position L in which the guide 4 is transferred from the quadrant IV to the quadrant I.
  • the ball 5 is moved by the gravity acting on it from the fixed by the flap 9 intermediate position in the second, fixed by the bottom 7 end position and held there.
  • the flap 9 continues to rest against the wall 8b with its free end.
  • Fig. 3 shows a device 19 according to another exemplary embodiment of the invention.
  • This exemplary embodiment differs from that shown in FIG. 1 in that the guides 4 have no flaps 9 and no hinge means 10, that the device 1 additionally contains a stationary support rail 20 and that the actuating element 12 is not arranged horizontally below the rotary body 2 but its upper part 15a extends obliquely to the horizontal and laterally of the rotary body in the region of its IV. Quadrant, again assuming that the axis of rotation 3 during operation of the device 1 is horizontal.
  • the part 15a therefore extends from bottom left to top right and engages in the recesses 11 (Fig. T) of at least some guides 4 (see in Fig. 3 the positions I, J and K).
  • the actuator 12 is in this case - as well as in the embodiment shown in Fig. 1 - arranged stationary and z. B. firmly attached to the frame.
  • the balls 5 are not only held at a certain height with respect to the Y-axis, but by the actuating element 12, starting z. B. from the position H, placed in a higher position within the relevant guide 4 (eg, position I).
  • the support rail 20 is arranged in the direction of rotation v of the rotary body 2 behind the actuating element 12, attached to indicated by reference numeral 21 frame parts of the device 19 and extends substantially over the entire first quadrant I. It is preferably designed in the form of a cylindrical ring segment and provided with an outer, along a cylindrical surface extending guide surface 20a, whose central axis coincides with the axis of rotation 3.
  • the mounting rail 20 protrudes analogous to the actuating element 12 with this cylindrical surface in further, not shown recesses, which are formed by the bottoms or stop means 7 in the guides 4 and their walls 8a, 8b. In this case, the guide surface 20a protrudes so deep into the guides 4, that the balls 5 are prevented in the I.
  • the support rail 20 acts on the balls 5 from a radially inner side.
  • the radius of the outer guide surface 20 a of the support rail 20 may be such that the balls 5 their z. B. maintained in the position K intermediate position, or be slightly smaller, as shown in FIG. 3.
  • the support rail 20 may extend over an area that protrudes slightly on both sides beyond the facing end of the fourth or second quadrant, or overlap these ends.
  • the operation of the device 19 of FIG. 3 is substantially the same as the above-described operation of the device 1 of FIG. 1.
  • Fig. 3 here also arise for the balls 5 in a full revolution of the rotary body 2 numerous Changes in position with corresponding effects on the potential energy of the balls 5 and the rotational energy and the moment of inertia of the rotary body. 2
  • the ball 5, which is mounted in the position A (II. Quadrant) located guide 4 is held by the force acting on them gravity in the second end position, which is determined by the bottom 7 of the guide 4.
  • the guide 4 previously located in the position D gradually passes through the quadrant III and subsequently enters the quadrant IV.
  • the upper and the rotary body facing part 15a of the actuating element 12 passes in the recess 11 (see Fig. 2) of the guide 4 (position H).
  • this ball 5 is thereby moved in the relevant guide 4 radially inwardly into an intermediate position lying between the first and second end positions. This intermediate position reaches a minimum distance to the second end position when the relevant guide 4 is perpendicular to the part 15a of the roller belt.
  • the guide 4 which was previously still in the engagement region of the actuating element 12 (see position K), gradually passes from the IVth quadrant into the I. quadrant.
  • the guide 4 enters the engagement region of the support rail 20, which engages in the first quadrant in the other recesses of the guides 4.
  • the support rail 20 thereby prevents the respective balls 5 are moved in the associated guides by gravity in the second end position.
  • the balls 5 are therefore moved by gravity only in an intermediate position defined by the support rail 20 and held in this.
  • the guide 4 which was previously still in the engagement region of the mounting rail 20 (eg position N), gradually merges into the II quadrant (see position P).
  • the embodiment shown in Fig. 4 to 7 substantially corresponds to the embodiment of FIG. 1. It differs from this by a arranged in the transition from I. to II.
  • Quadrant guide rail 23 similar to the mounting rail 20 attached to not shown frame parts is.
  • the guide rail 23 engages as the support rail 20 from the side of the stop means 7 in the guides 4 a.
  • the walls 8a and 8b of the guides 4 are substantially H-shaped and, in addition to the recesses 11 machined by the stop means 6, are provided with further recesses 11a incorporated by the stop means 7, which are separated from the recesses 11 by a narrow transverse web 24.
  • the guides 4 are each provided with a second limiting means 25, which is preferably also designed as a pivotable flap.
  • flaps 25 are pivotally attached to the leading walls 8a opposite to the hinge means 10, again shown as black dots, second hinge means 26. As shown in particular in FIGS. 6 and 7, the flaps 25 are provided with extensions by means of elements 27 which protrude beyond the hinge means 26 and the guides 4 which are at least partially open in the region of the stop means 7. These elements 27 and extensions are heavier than the flaps 25 and represent weights by means of which pre-selected flap positions can be reached.
  • the mode of action of the guides 4 according to FIGS. 5 to 7 results in particular from FIG. 4 as follows:
  • the guides When the guides reach the position P, they enter the area of action of the guide rail 23 entering the recesses IIa (FIG. 5), which faces the X-axis z. B. is inclined by a few degrees down.
  • the associated balls 5 in the positions A and B are prevented from moving downwardly in abutment with the stopper means 7 due to their gravity. Rather, they essentially maintain their altitude reached at position P until about position B is reached.
  • the flaps 25 are in the position P and A, held by the associated ball 5, on the walls 8a.
  • the balls 5 slide radially outward from the flaps 25, so that they are pivoted about the hinge means 26 under the action of the elements or weights 27, thereby limiting the movement paths of the balls 5 inwards.
  • the balls 2 can therefore at most to roll back to about the middle of the guides 4 (position C).
  • the balls 5 perform the movements described with reference to FIG.
  • the flaps 25 are released again, so that they can pivot back from about the position F, as indicated there by a dotted line due to the action of the elements or weights 27 back to the system 8a.
  • the position of the flaps 25 then remains largely unchanged, as indicated schematically in Fig. 4 only at the position K.
  • the arrangement is such that the flaps 25 are held approximately up to the position L by the elements 27 in abutment with the walls 8a, so that the balls 5 can then roll back to the stop means 7.
  • an advantage of the second flaps 25 described is that the balls 5 can exert an increased torque on the rotary body already in the II. Quadrant compared to FIG.
  • the device according to the invention can be used in a variety of ways to stimulate learners and / or technically interested parties to engage in a mental discussion with the conversion of potential energy into kinetic energy and vice versa.
  • the basic connections between potential energy and Rotation energy as a special case of the kinetic energy as well as the physical laws describing it are assumed to be known and therefore not explained in detail.
  • the invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways.
  • the devices 1, 19 may, for. B., when they are shown and / or exhibited by a viewer not directly visible drive, such as an electric motor, are driven so that the observer of the rotating rotating body 2 creates the impression as if this moves without the Devices 1, 19 is supplied from the outside energy.
  • the devices 1, 19 according to the invention can be manufactured in many dimensions and dimensions. They can also be used in particular for the storage of rotational energy.
  • the axis of rotation 3 of the devices 1, 19 possibly with the interposition of a transmission, not shown, with a drive, also not shown, for example, via a PTO shaft of a tractor, are connected to an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can accelerate the rotary body 2 and thus store a certain amount of energy in the devices 1, 19.
  • these can be connected to a machine requiring a rotational energy, for example a pump, if necessary with the interposition of a gearbox.
  • the devices 1, 19 stored energy in the form of mechanical energy to the pump od.
  • Delivered which can perform work.
  • one or more parts of the devices 1, 19 may be provided with a friction reducing surface to thereby reduce avoidable losses, in particular friction losses.
  • the actuating element 12 and its upper run 15a, the support rail 20 and the guide rail 23 as rails with V-shaped cross-sections form, in which the balls 5 run with very little friction.

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Abstract

A device (1) for converting potential energy into rotational energy and vice versa is described. The device (1) contains a rotational body (2) which is mounted in such a way that it can rotate about a rotational axis (3) and has a plurality of guides (4) which are arranged distributed over its circumference and in which in each case at least one mass element (5) is movably mounted. The guides (4) define tracks for the mass elements (5). The device (1) also has means (9, 10, 12) which bring about continuous displacement of the mass elements (5) in the guides (4) when the rotational body (2) rotates.

Description

Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in Rotationsenergie und umgekehrt Device for converting potential energy into rotational energy and vice versa
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in Rotationsenergie und umgekehrt sowie zur Speicherung von Rotationsenergie.The invention relates to a device for converting potential energy into rotational energy and vice versa and for storing rotational energy.
Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise im Physikunterricht eingesetzt, um den Lernenden die Umwandlung von potentieller Energie in Rotationsenergie, die eine spezielle Form der kinetischen Energie ist, und umgekehrt zu verdeutlichen. Sie bestehen im einfachsten Fall aus einem Pendel, z. B. einem mittels eines Seils an einem festen Punkt aufgehängten Massestück. Wird das Massestück aus seiner Ruhelage ausgelenkt und dann losgelassen, so führt es unter dem Einfluss der Schwerkraft Schwingungen durch. Hierbei wird ständig potentielle Energie in kinetische Energie und umgekehrt umgewandelt. Befindet sich das Massestück in einem ersten Punkt maximaler Auslenkung, so weist es dort ein Maximum an potentieller Energie auf. Gleichzeitig ist seine kinetische Energie gleich Null. Beim Zurückschwingen wird die potentielle Energie stetig in kinetische Energie umgewandelt, bis diese beim Durch- schwingen durch die Ruhelage ihr Maximum erreicht, während die potentielle Energie entsprechend reduziert ist. Nach dem Durchschwingen durch die Ruhelage findet die umgekehrte Umwandlung statt. Jetzt wird die kinetische Energie des Massestücks stetig in potentielle Energie umgewandelt, bis das Massestück einen zweiten Punkt maximaler Auslenkung erreicht. In diesem Punkt erreicht die potentielle Energie wieder ein Maximum, während die kinetische Energie des Massestücks gleich Null ist.Devices of this type are used, for example, in physics teaching to illustrate to the learner the conversion of potential energy into rotational energy, which is a particular form of kinetic energy, and vice versa. They consist in the simplest case of a pendulum, z. B. a suspended by means of a rope at a fixed point mass. If the mass piece is deflected out of its rest position and then released, it will vibrate under the influence of gravity. Here, potential energy is constantly being converted into kinetic energy and vice versa. If the mass piece is at a first point of maximum deflection, then it has a maximum of potential energy there. At the same time, its kinetic energy is zero. When swinging back, the potential energy is steadily converted into kinetic energy until it reaches its maximum as it passes through the rest position, while the potential energy is correspondingly reduced. After swinging through the rest position, the reverse transformation takes place. Now, the kinetic energy of the mass is steadily converted into potential energy until the mass reaches a second point of maximum displacement. At this point, the potential energy reaches a maximum again while the kinetic energy of the mass is zero.
Zu einer echten Rotation kommt es hierbei allerdings nicht. Hierfür werden vielmehr Vorrichtungen benötigt, die nach Art eines Schwungrades ausgebildet sind, auch zur Speicherung von Rotationsenergie dienen können und daher leicht als dauerhafte Energiespender mißverstanden werden, weil die Pendelbewegung fehlt. Hier könnte eine gezielt angebrachte Unwucht Abhilfe schaffen, um analog zum Pendel die verschiedenen Energiearten zu verdeutlichen.However, there is no real rotation here. For this purpose, rather devices are needed that are designed in the manner of a flywheel, can also serve to store rotational energy and therefore are easily misunderstood as a permanent source of energy because the pendulum motion is missing. Here, a specifically applied imbalance could provide a remedy to illustrate the different types of energy analogous to the pendulum.
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind für den Anschauungsunterricht nicht immer geeignet, da sie einfach zu verstehen sind und dadurch nicht zu einer tieferen gedanklichen Auseinandersetzung mit dem Thema Energieumwandlung anregen. Normale Schwungräder sind dagegen wenig anschaulich und als Energiespeicher nur begrenzt geeignet.Devices of the type described are not always suitable for visual instruction suitable because they are easy to understand and thus do not stimulate a deeper mental engagement with the topic of energy conversion. Normal flywheels, on the other hand, are not very clear and only limitedly suitable as energy stores.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so zu verbessern, dass sie zu einem komplexeren Verständnis der Energieumwandlung führt und - leichtgängige Lagerungen vorausgesetzt - zu einem auch als Schwungrad nutzbaren Drehkörper führt, bei dem ständige Umwandlungen von potentieller Energie in kinetische Energie (Rotationsenergie) und umgekehrt stattfinden.Based on this, the object of the present invention is to improve a device of the type described above so that it leads to a more complex understanding of energy conversion and - assuming smooth bearings - leads to a flywheel usable as a rotating body, in the constant transformations of potential Energy in kinetic energy (rotational energy) and vice versa take place.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.To solve this problem serve the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Elemente auf, die das Verständnis der Vorrichtung zunächst erschweren, nach einer intensiven gedanklichen Auseinandersetzung mit ihr das Verständnis für die grundsätzlichen Vorgänge bei der Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie und umgekehrt jedoch vertiefen. Außerdem zeigt die Vorrichtung die Grenzen einer dauerhaften Energieerzeugung auf.The device according to the invention has elements that initially complicate the understanding of the device, but deepen the understanding of the fundamental processes in the conversion of potential energy into kinetic energy and vice versa after an intensive intellectual engagement with it. In addition, the device shows the limits of permanent power generation.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläuert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below in conjunction with the accompanying drawings of exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;Fig. 1 is a schematic front view of the device according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Details der erfindungsgemäßen Erfindung entlang der Linie S-S in Fig. 1;Fig. 2 is a schematic sectional view of a detail of the invention along the line S-S in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 3 is a schematic front view of another embodiment of the Invention;
Fig. 4 eine schematische Vorderansicht eines dritten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung;Fig. 4 is a schematic front view of a third embodiment of the invention;
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende, schematische Schnittansicht einer Einzelheit des Ausfuhrungsbeispiels nach Fig. 4; undFIG. 5 shows a schematic sectional view, corresponding to FIG. 2, of a detail of the exemplary embodiment according to FIG. 4; FIG. and
Fig. 6 und 7 je eine Vorderansicht und Seitenansicht eines Begrenzungsmittels der in Fig. 5 dargestellten Einzelheit.6 and 7 each show a front view and a side view of a limiting means of the detail shown in Fig. 5.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Umwandlung von potentieller Energie in Rotationsenergie, eine Form der kinetischen Energie, und umgekehrt dargestellt.FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for converting potential energy into rotational energy, a form of kinetic energy, and vice versa.
Die Vorrichtung 1 enthält ein nicht gezeigtes Gestell, in dem ein Drehkörper 2 um eine im Wesentlichen horizontal anzuordnende Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Am Umfang des Drehkörpers 2 ist eine Mehrzahl von als Hohlkörper ausgebildeten, radial zur Drehachse 3 angeordneten Führungen 4 verteilt angeordnet und vorzugsweise st arr mit dem Drehkörper 2 verbunden, in denen wenigstens je ein Massestück 5 beweglich gelagert ist. Den verschiedenen Führungen 4 sind zur Kennzeichnung der jeweiligen Position die Großbuchstaben A bis P zugeordnet. Um die Fig. 1 übersichtlich zu gestalten, werden nur die sich an Position A befindende Führung 4 und deren Teile mit Bezugszeichen versehen. Soll auf Teile anderer Führungen Bezug genommen werden, so werden diese mit dem entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Massestücke 5 als Kugeln ausgeführt, die vorzugsweise aus einem Metall hergestellt sind, um sie ausreichend schwer auszubilden.The device 1 includes a frame, not shown, in which a rotary body 2 is rotatably mounted about a substantially horizontal axis of rotation 3 to be arranged. On the circumference of the rotary body 2, a plurality of formed as a hollow body, arranged radially to the rotation axis 3 guides 4 are arranged distributed and preferably st arr connected to the rotary body 2, in which at least one mass piece 5 is movably mounted. The various guides 4 are assigned to identify the respective position, the capital letters A to P. To make the Fig. 1 clear, only the guide located at position A 4 and their parts are provided with reference numerals. If reference is made to parts of other guides, they will be referred to by the corresponding reference numeral. In the present embodiment, the mass pieces 5 are designed as spheres, which are preferably made of a metal in order to make it sufficiently difficult.
Die Führungen 4, die beispielsweise aus Vierkanthohlprofilen mit geraden Achsen hergestellt sind, definieren für die darin beweglich gelagerten Kugeln 5 jeweils eine Bahn, die durch eine einen maximalen radialen Abstand zur Drehachse 4 aufweisende erste Endposition und eine einen minimalen radialen Abstand zur Drehachse 3 aufweisende zweite Endposition begrenzt wird. So befindet sich beispielsweise die Kugel 5 in der Führung 4 an Position E in der ersten Endposition und die Kugel in der Führung 4 an Position N in der zweiten Endposition. Die Achsen der Führungen 4 sind im Ausführungsbeispiel sämtlich in einer senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene und radial zur Drehachse 3 angeordnet.The guides 4, which are made for example of square hollow sections with straight axes define for the therein movably mounted balls 5 each have a path having a maximum radial distance from the axis of rotation 4 having first end position and a minimum radial distance from the axis of rotation 3 having second end position is limited. Thus, for example, the ball 5 is located in the guide 4 at position E in the first end position and the ball in the guide 4 at position N in the second end position. In the exemplary embodiment, the axes of the guides 4 are all arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and radially to the axis of rotation 3.
Zur Begrenzung der jeweiligen Bahn in der ersten und zweiten Endposition enthalten die Führungen 4 erste und zweite Anschlagmittel 6 und 7 für die Kugeln 5, wobei das jeweils erste Anschlagmittel 6 die erste Endposition und das jeweils zweite Anschlagmittel 7 die zweite Endposition festlegt. Alle ersten Anschlagmittel 6 liegen auf einem gedachten, die Drehachse 3 umgebenden Zylinder mit einem ersten Radius, und alle zweiten Anschlagmittel 7 liegen ebenfalls auf einem gedachten, die Drehachse 3 umgebenden Zylinder mit einem zweiten Radius, wobei beide Zylinder die Drehachse 3 als Mittelachse haben und der erste Radius größer als der zweite Radius ist.To limit the respective path in the first and second end position, the guides 4 include first and second stop means 6 and 7 for the balls 5, wherein the respective first stop means 6, the first end position and the second stop means 7 determines the second end position. All first stop means 6 are located on an imaginary, the axis of rotation 3 surrounding cylinder with a first radius, and all second stop means 7 are also on an imaginary, the axis of rotation 3 surrounding cylinder with a second radius, both cylinders have the axis of rotation 3 as the central axis and the first radius is greater than the second radius.
Im Ausführungsbeispiel sind die ersten Anschlagmittel 6 durch Anschlagwinkel gebildet, die an radial von der Drehachse 3 abgewandten Seiten der Führungen 4 angebracht sind. Die zweiten Anschlagmittel 7 sind entweder ebenfalls durch Anschlagwin- kel oder durch Böden gebildet, die auf den radial zur Drehachse 3 hingewandten Seiten der Führungen 4 ausgebildet sind. Außerdem sind die Führungen 4 mit Wänden 8a und 8b versehen, wobei - in einer Betriebsdrehrichtung (Pfeil v) des Drehkörpers 2 betrachtet - die Wände 8a auf einer vorlaufenden Seite und die Wände 8b auf einer nachlaufenden Seite angeordnet sind.In the exemplary embodiment, the first stop means 6 are formed by stop angles, which are attached to radially away from the axis of rotation 3 sides of the guides 4. The second stop means 7 are either likewise formed by abutment angles or by bottoms which are formed on the sides of the guides 4 facing radially to the axis of rotation 3. In addition, the guides 4 are provided with walls 8a and 8b, wherein - viewed in an operating direction of rotation (arrow v) of the rotary body 2 - the walls 8a are arranged on a leading side and the walls 8b on a trailing side.
Weiterhin sind in den Führungen 4 Begrenzungsmittel 9 vorgesehen, die an den Innenseiten der in Betriebsdrehrichtung (Pfeil v) vorn liegenden Wänden 8a angebracht und z. B. als schwenkbare Klappen ausgeführt sind. Diese sind an einem von der Drehachse 3 entfernten Ende der Wände 8a schwenkbar gelagert und mittels Gelenk- mittein 10, die in Fig. 1 als schwarze Punkte dargestellt sind, um eine im Wesentlichen zur Drehachse 3 parallele Achse schwenkbar. Die Länge der Klappen 9 ist so gewählt, dass ihre Schwenkbewegung nicht behindert wird, solange sich die in der betreffenden Führung 4 angeordnete Kugel 5 in der zweiten Endposition oder einer dieser nahe liegenden Position befindet (vgl. z. B. Position H). In dieser Position der Kugeln 5 können die Klappen 9 eine Schwenkbewe- gung aus derjenigen Lage heraus, in der sie an den Wänden 8a der Führungen 4 anliegen (vgl. z. B. Position G), unter dem Einfluss der Schwerkraft zur gegenüberliegenden Wand 8b der Führungen 4 hin (vgl. z. B. Position H) durchführen, ohne daran von den betreffenden Kugeln 5 gehindert zu werden. Nach dem Ausführen einer solchen Schwenkbewegung erstrecken sich die Klappen 9 über den Querschnitt der Führungen 4. Sie begrenzen dadurch die Bewegung der Massestücke 5 radial auswärts, d. h. hindern diese am Erreichen der Anschlagmittel 6.Furthermore, 4 limiting means 9 are provided in the guides, which are attached to the inner sides of the operating direction of rotation (arrow v) front walls 8 a and z. B. are designed as swivel flaps. These are pivotably mounted on an end of the walls 8a remote from the axis of rotation 3 and pivotable about an axis substantially parallel to the axis of rotation 3 by means of joint centers 10, which are shown in FIG. 1 as black points. The length of the flaps 9 is chosen so that their pivotal movement is not hindered, as long as the arranged in the relevant guide 4 ball 5 is in the second end position or one of these close position (see, for example, position H). In this position of the balls 5, the flaps 9 can pivot out of the position in which they abut against the walls 8a of the guides 4 (see eg position G) under the influence of gravity towards the opposite wall 8b the guides 4 out (see, for example, position H) perform without being hindered by the respective balls 5. After carrying out such a pivoting movement, the flaps 9 extend over the cross section of the guides 4. They thereby limit the movement of the mass pieces 5 radially outward, ie prevent them from reaching the stop means. 6
In Fig. 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer in Fig. 1 dargestellten Führung 4 entlang der Linie S-S gezeigt. Hieraus ist ersichtlich, dass die am Drehkörper 2 angeordneten Führungen 4 bzw. deren Wände 8a, 8b eine mittig verlaufende Ausnehmung 11 aufweisen, die sich, ausgehend von demjenigen Ende der Führungen 4, an dem die ersten Anschlagmittel 6 angeordnet sind, über eine bestimmte Länge in die Richtung der zweiten Anschlagmittel 7 erstreckt.FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a guide 4 shown in FIG. 1 along the line S-S. It can be seen that the arranged on the rotary body 2 guides 4 and their walls 8a, 8b have a centrally extending recess 11, which, starting from that end of the guides 4, on which the first stop means 6 are arranged over a certain length extends in the direction of the second stop means 7.
Aus Fig. 2 ist weiterhin erkennbar, dass sich die Begrenzungselemente bzw. Klappen 9 und die Gelenkmittel 10 nur über einen auf einer Seite der Ausnehmung 11 liegenden Teil der Führungen 4 erstrecken. Alternativ wäre es aber auch möglich, auf der anderen Seite der Ausnehmung 11 entsprechende Klappen 9 und Gelenkmittel 10 vorzusehen. Für die Zwecke der Erfindung ist weniger die spezielle Form als die weiter unten erläuterte Funktion der Klappen 9 bedeutsam.From Fig. 2 is further seen that the limiting elements or flaps 9 and the hinge means 10 extend only over a lying on one side of the recess 11 part of the guides 4. Alternatively, it would also be possible to provide corresponding flaps 9 and hinge means 10 on the other side of the recess 11. For the purposes of the invention, the special shape is less important than the function of the flaps 9 explained below.
Zur Vereinfachung der weiteren Beschreibung der Vorrichtung 1 ist in Fig. 1 ein feststehendes Koordinatensystem mit einer mit X bezeichneten X-Achse und einer mit Y bezeichneten Y-Achse dargestellt, dessen Z- Achse in der Drehachse 3 liegt. Die römi- sehen Ziffern I bis IV bezeichnen die vier Quadranten dieses Koordinatensystems. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 enthält ferner ein dem Drehkörper 2 stationär zugeordnetes, zur Einwirkung auf die Kugeln 5 bestimmtes, unterhalb des Drehkörpers 2 angeordnetes Betätigungselement 12, welches im Ausführungsbeispiel als ein auf Rollbandscheiben 13, 14 beweglich angeordnetes, endloses Rollband ausgeführt ist, das ein oberes Teil (Trum) 15a und ein unteres Teil (Trum) 15b aufweist. Die Rollbandscheiben 13, 14 sind mittels im Wesentlichen parallel zur Drehachse 3 angeordneter Lagerachsen 16, 17 gehalten und derart angeordnet, dass das Teil 15a des Betäti- gungsgelements 12 gerade, oben, dem Drehkörper 2 zugewandt und auf einer im Wesentlichen zur X-Achse parallelen Linie angeordnet ist. Das Betätigungselement 12 ist bezüglich des Drehkörpers 2 und unterhalb von diesem so angeordnet, dass es mit seinem oberen Teil 15a und radial von außen her in die Ausnehmungen 11 einer Mehrzahl von Führungen 4 eingreift, die sich gerade in einem unteren Bereich des Drehkörpers 2 befinden, und die darin gelagerten Kugeln 5 entgegen der Schwerkraft in einer Zwischenposition hält. Der radiale Abstand des Teils 15a von der Drehachse 2 und die radiale Länge der Ausnehmungen 11 sind dabei so gewählt, dass zumindest die Kugel 5 der in der tiefsten Stellung befindlichen Führung 4 vom Teil 15a in einer Zwischenposition gehalten wird, in der die zugehörige Klappe 9 frei verschwenkt werden kann, ohne von der betreffenden Kugel 5 behindert zu werden (vgl. z. B. Position H). Zweckmäßig erstreckt sich das obere Teil 15a über einen mehrere Führungen 4 erfassenden Übergangsbereich zwischen dem III. und IV. Quadranten.To simplify the further description of the device 1, FIG. 1 shows a fixed coordinate system with an X-axis denoted by X and a Y-axis designated Y, whose Z-axis lies in the axis of rotation 3. The Roman numerals I to IV denote the four quadrants of this coordinate system. The device 1 according to the invention further comprises a fixed to the rotary body 2, intended to act on the balls 5, disposed below the rotary body 2 actuating element 12, which is designed in the embodiment as a on roller disks 13, 14 movably arranged, endless roller conveyor, which is an upper Part (Trum) 15a and a lower part (Trum) has 15b. The roller discs 13, 14 are held by means disposed substantially parallel to the axis of rotation 3 bearing shafts 16, 17 and arranged such that the part 15a of the actuating gelungsgelements 12 straight, above, the rotary body 2 facing and parallel to a substantially to the X-axis Line is arranged. The actuating element 12 is arranged with respect to the rotary body 2 and below it so that it engages with its upper part 15a and radially from the outside into the recesses 11 of a plurality of guides 4, which are currently located in a lower region of the rotary body 2, and holding the balls 5 mounted therein against gravity in an intermediate position. The radial distance of the part 15a from the rotation axis 2 and the radial length of the recesses 11 are chosen so that at least the ball 5 of the guide 4 located in the lowest position is held by the part 15a in an intermediate position in which the associated flap can be freely pivoted without being hindered by the relevant ball 5 (see, for example, position H). Suitably, the upper part 15a extends over a plurality of guides 4 detecting transition region between the III. and IV. quadrants.
Im Folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 anhand von Fig. 1 beschrieben, wobei eine kontinuierliche Drehung des Drehkörpers 2 in der Betriebsdrehrichtung (Pfeil v) vorausgesetzt und ein voller Umlauf einer der Führun- gen 4 betrachtet wird.In the following, the function of the device 1 according to the invention will be described with reference to FIG. 1, wherein a continuous rotation of the rotary body 2 in the operating direction of rotation (arrow v) presupposes and a complete revolution of one of the guides 4 is considered.
Die Kugel 5, die in der an Position A (II. Quadrant) befindlichen Führung 4 gelagert ist, wird durch die auf sie wirkende Schwerkraft in der zweiten Endposition gehalten, die durch den Boden 7 der Führung 4 festgelegt wird. Die Klappe 9 wird ebenfalls durch die Wirkung der Schwerkraft in einer Schwenkposition gehalten, in der ihr freies Ende an der Wand 8a der Führung 4 anliegt. Aufgrund der Drehung des Drehkörpers 2 gelangt die sich vorher in der Position A befindende Führung 4 allmählich in den Bereich der Position D, wobei sie von dem II. Quadranten in den III. Quadranten übertritt. Hierbei wird die Kugel 5 durch die Wirkung der Schwerkraft von der zweiten Endposition in die durch die Anschlagwinkel 6 definierte erste Endposition bewegt und dort wiederum durch die auf sie wirkende Schwerkraft gehalten. Die Klappen 9 sowie die Gelenkmittel 10 sind dabei so ausgeführt, dass sie die Bewegung der Kugeln 5 von der zweiten in die erste Endposition auf den durch die Führungen 4 vorgegebenen Bahnen nicht behindern (vgl. z. B. Position D).The ball 5, which is mounted in the position A (II. Quadrant) located guide 4 is held by the force acting on them gravity in the second end position, which is determined by the bottom 7 of the guide 4. The flap 9 is also held by the action of gravity in a pivotal position in which its free end rests against the wall 8a of the guide 4. Due to the rotation of the rotary body 2, the guide 4 previously located in the position A gradually passes into the region of the position D, wherein they from the II. Quadrant in the III. Quadrant transgresses. Here, the ball 5 is moved by the action of gravity from the second end position in the first end position defined by the stop angle 6 and held there again by the force acting on it gravity. The flaps 9 and the hinge means 10 are designed so that they do not hinder the movement of the balls 5 from the second to the first end position on the paths predetermined by the guides 4 (cf., for example, position D).
Im weiteren Verlauf der Drehung des Drehkörpers 2 durchläuft die sich vorher in der Position D befindende Führung 4 allmählich den Quadranten III und gelangt nachfolgend in den Quadranten IV. Kurz vor dem Verlassen des Quadranten III gelangt der obere und dem Drehkörper 2 zugewandte Teil 15a des Betätigungselements 12 in die Ausnehmung 11 (vgl. Fig. 2) der Führung 4 (Position G). Dadurch wird die darin gelagerte Kugel 5 in derjenigen Position gehalten, die sie gerade relativ zur Y-Achse erreicht hat. Bei der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 gelangt diese Kugel 5 aufgrund der sich weiterdrehenden, betreffenden Führung 4 in dieser radial weiter nach innen bis in eine der zweiten Endposition nahe Zwischenposition (z. B. Position H). Daher kann die zugeordnete Klappe 9 im Bereich der Position H bzw. beim Übertritt einer Führung 4 vom III. in den IV. Quadranten von der Schwenkposition, in der ihr freies Ende an der vorlaufenden Wand 8a anliegt, durch Wirkung der Schwerkraft in eine Schwenkposition schwenken, in der das freie Ende der Klappe 9 an der nachlaufenden Wand 8b der Führung 4 anliegt, so dass sich die Klappe 9 dadurch über den Querschnitt der zugehörigen Führung 4 erstreckt. Die Klappen 9 und das Betätigungselement 12 wirken hierbei so zusammen, dass die im Bereich der Position H stattfindenden Schwenkbewegungen der jeweiligen Klappen 9 nicht durch die von dem Betätigungselement 12 in Zwischenpositionen gehaltenen Kugeln 5 behindert werden.In the further course of rotation of the rotary body 2, the previously located in the position D guide 4 gradually passes through the quadrant III and subsequently enters the quadrant IV. Shortly before leaving the quadrant III passes the upper and the rotary body 2 facing part 15a of the actuating element 12 in the recess 11 (see Fig. 2) of the guide 4 (position G). As a result, the ball 5 mounted therein is held in the position which it has just reached relative to the Y-axis. Upon further rotation of the rotary body 2, this ball 5 passes further radially inwardly into this, as a result of the further rotating guide 4 in question, to a position close to the second end position (eg position H). Therefore, the associated flap 9 in the region of the position H or the passage of a guide 4 from III. in the IV. Quadrant of the pivot position in which its free end abuts the leading wall 8a, pivot by gravity into a pivotal position in which the free end of the flap 9 rests against the trailing wall 8b of the guide 4, so that the flap 9 thereby extends over the cross section of the associated guide 4. The flaps 9 and the actuating element 12 in this case act together so that the pivoting movements of the respective flaps 9 taking place in the region of the position H are not hindered by the balls 5 held in intermediate positions by the actuating element 12.
Im Verlauf der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 in Betriebsdrehrichtung (Pfeil v) gelangt die Führung 4 und damit die darin gelagerte Kugel 5, die sich zuvor in Position H befunden hat, allmählich an eine zwischen den Positionen I und J liegende Stelle im IV. Quadranten, an dem die Kugel 5 nicht mehr von dem oberen Teil 15 des Betätigungselements 12 in einer Zwischenposition gehalten wird, da das Teil 15 in diesem Bereich allmählich wieder aus den Ausnehmungen 11 heraustritt (vgl. z. B. Position I). Die Kugel 5 bewegt sich jetzt aufgrund der Schwerkraftwirkung in eine durch die Klappe 9 festgelegte, radial weiter außen liegende Zwischenposition, die allerdings einen beträchtlichen Abstand von der ersten Endposition hat. Anders ausgedrückt übernimmt an dieser Stelle die mit ihrem freien Ende an der Wand 8b anliegende Klappe 9 das Halten der Kugel 5 in einer Zwischenposition, d. h. die Klappe 9 verhindert, dass die Kugel 5 aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft in die durch die Anschlagmittel 6 festgelegte erste Endposition zurückkehrt. Nach dieser Stelle, spätestens jedoch an der Position J greift das Betätigungselement 12 nicht mehr in die Ausnehmung 11 (vgl. Fig. 2) der jeweiligen Führung 4 ein.In the course of the further rotation of the rotating body 2 in the operating direction of rotation (arrow v), the guide 4 and thus the ball 5 mounted therein, which is previously in Position H, gradually to a lying between the positions I and J position in the IV. Quadrant, where the ball 5 is no longer held by the upper part 15 of the actuator 12 in an intermediate position, since the part 15 in this area gradually again emerges from the recesses 11 (see, for example, position I). The ball 5 now moves due to the force of gravity in a fixed by the flap 9, radially further outward intermediate position, however, has a considerable distance from the first end position. In other words, assumes at this point the voltage applied to the wall 8b with its free end flap 9 holding the ball 5 in an intermediate position, ie the flap 9 prevents the ball 5 due to the gravity acting on them in the fixed by the stop means 6 first end position returns. After this point, but at the latest at the position J, the actuating element 12 no longer engages in the recess 11 (cf., Fig. 2) of the respective guide 4.
Bei der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 gelangt die Führung 4, die sich zuvor an der Position J befunden hat, allmählich in die Position L, in der ein Übertritt der Führung 4 aus dem Quadranten IV in den Quadranten I erfolgt. Während dieses Übertritts wird die Kugel 5 durch die auf sie wirkende Schwerkraft aus der durch die Klappe 9 festgelegte Zwischenposition in die zweite, durch den Boden 7 festgelegte Endposition bewegt und dort gehalten. In der Position L liegt die Klappe 9 weiterhin mit ihrem freien Ende an der Wand 8b an.Upon further rotation of the rotary body 2, the guide 4, which was previously located at the position J, gradually moves to the position L in which the guide 4 is transferred from the quadrant IV to the quadrant I. During this crossing, the ball 5 is moved by the gravity acting on it from the fixed by the flap 9 intermediate position in the second, fixed by the bottom 7 end position and held there. In the position L, the flap 9 continues to rest against the wall 8b with its free end.
Im Laufe der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 gelangt die sich zuvor in der Position L befindende Führung 4 allmählich in der Position P, wobei hier ein Übertritt vom I. in den II. Quadranten erfolgt. Im Laufe der Bewegung der Führung 4 von der Position L zur Position P wird die darin beweglich gelagerte Kugel 5 durch die auf sie wirkende Schwerkraft ständig in der zweiten, durch den Boden 7 festgelegten Endposition gehalten. Dagegen schwenkt die Klappe 9 - ebenfalls unter dem Einfluss der Schwerkraft - im Laufe dieser Bewegung allmählich in die Schwenkposition zurück, in der ihr freies Ende an der Wand 8a anliegt. Erreicht die sich vormals an Position P befindende Führung 4 im Laufe der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 allmählich die Position A, wobei sich die Schwenkposition Oder Klappe 9 nicht ändert und die Kugel 5 weiterhin in der zweiten Endposition verbleibt, so ist die zur Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung 1 als Ausgangsposition gewählte Position A wieder erreicht.In the course of the further rotation of the rotary body 2, the guide 4, which was previously in the position L, gradually arrives in the position P, a transfer from the I. into the II. Quadrant taking place here. In the course of the movement of the guide 4 from the position L to the position P, the ball 5 movably mounted therein is constantly held by the force of gravity acting on it in the second, fixed by the bottom 7 end position. In contrast, the flap 9 pivots - also under the influence of gravity - in the course of this movement gradually back into the pivotal position in which its free end rests against the wall 8a. If the guide 4, which was previously located at position P, gradually reaches the position A during the further rotation of the rotary body 2, the pivoting position or flap 9 not changing and the ball 5 still remaining in the second end position, this is the description of the mode of operation reaches the device 1 selected as the starting position position A.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 19 gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass die Führungen 4 keine Klappen 9 und keine Gelenkmittel 10 aufweisen, dass die Vorrichtung 1 zusätzlich eine stationäre Tragschiene 20 enthält und dass das Betätigungselement 12 nicht waagerecht, unterhalb des Drehkörpers 2 angeordnet ist, sondern sein oberes Teil 15a sich schräg zur Horizontalen und seitlich vom Drehkörper im Bereich von dessen IV. Quadranten erstreckt, wobei wiederum angenommen ist, dass die Drehachse 3 beim Betrieb der Vorrichtung 1 horizontal verläuft. Das Teil 15a erstreckt sich daher von links unten nach rechts oben und greift dabei in die Ausnehmungen 11 (Fig. T) wenigstens einiger Führungen 4 ein (vgl. in Fig. 3 die Positionen I, J und K). Dadurch werden die darin gelagerten Kugeln 5 in Zwischenpositionen bewegt, in diesen gehalten und daran gehindert, in die erste Endposition zurückbewegt zu werden. Das Betätigungselement 12 ist hierbei - ebenso wie in der in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrung - stationär angeordnet und z. B. fest an dem Gestell angebracht. Im Unterschied zu Fig. 1 werden die Kugeln 5 allerdings nicht nur in einer bestimmten Höhe bezüglich der Y-Achse gehalten, sondern vom Betätigungselement 12, ausgehend z. B. von der Position H, in einer höheren Lage innerhalb der betreffenden Führung 4 gebracht (z. B. Position I).Fig. 3 shows a device 19 according to another exemplary embodiment of the invention. This exemplary embodiment differs from that shown in FIG. 1 in that the guides 4 have no flaps 9 and no hinge means 10, that the device 1 additionally contains a stationary support rail 20 and that the actuating element 12 is not arranged horizontally below the rotary body 2 but its upper part 15a extends obliquely to the horizontal and laterally of the rotary body in the region of its IV. Quadrant, again assuming that the axis of rotation 3 during operation of the device 1 is horizontal. The part 15a therefore extends from bottom left to top right and engages in the recesses 11 (Fig. T) of at least some guides 4 (see in Fig. 3 the positions I, J and K). Thereby, the balls 5 stored therein are moved to intermediate positions, held therein and prevented from being moved back to the first end position. The actuator 12 is in this case - as well as in the embodiment shown in Fig. 1 - arranged stationary and z. B. firmly attached to the frame. In contrast to FIG. 1, the balls 5 are not only held at a certain height with respect to the Y-axis, but by the actuating element 12, starting z. B. from the position H, placed in a higher position within the relevant guide 4 (eg, position I).
Die Tragschiene 20 ist in Drehrichtung v des Drehkörpers 2 hinter dem Betätigungselement 12 angeordnet, an durch Bezugszeichen 21 angedeuteten Gestellteilen der Vorrichtung 19 befestigt und im Wesentlichen über den ganzen ersten Quadranten I erstreckt. Sie ist vorzugsweise in der Form eines Zylinderringsegments ausgeführt und mit einer äußeren, längs einer Zylinderfläche verlaufenden Führungsfläche 20a versehen, deren Mittelachse mit der Drehachse 3 zusammenfällt. Die Tragschiene 20 ragt analog zum Betätigungselement 12 mit dieser Zylinderfläche in weitere, nicht gezeigte Ausnehmungen, die von den Böden bzw. Anschlagmitteln 7 aus in den Führungen 4 bzw. deren Wänden 8a, 8b ausgebildet sind. Dabei ragt die Führungsfläche 20a so tief in die Führungen 4 hinein, dass die Kugeln 5 im I. Quadranten daran gehindert werden, aus den am Ende des IV. Quadranten erreichten Zwischenposition heraus in die zweiten Endpositionen zu gelangen. Das ist erst am Ende des ersten Quadranten etwa bei der Position P möglich. Im Gegensatz zum Betätigungselement 12 wirkt die Tragschiene 20 von einer radial innen liegenden Seite her auf die Kugeln 5 ein. Der Radius der äußeren Führungsfläche 20a der Tragschiene 20 kann so bemessen sein, dass die Kugeln 5 ihre z. B. in der Position K erreichte Zwischenstellung beibehalten, oder auch etwas kleiner sein, wie Fig. 3 zeigt. Außerdem kann die Tragschiene 20 sich über einen Bereich erstrecken, der auf beiden Seiten etwas über das zugewandte Ende des vierten bzw. zweiten Quadranten hinausragt, bzw. diese Enden überlappen.The support rail 20 is arranged in the direction of rotation v of the rotary body 2 behind the actuating element 12, attached to indicated by reference numeral 21 frame parts of the device 19 and extends substantially over the entire first quadrant I. It is preferably designed in the form of a cylindrical ring segment and provided with an outer, along a cylindrical surface extending guide surface 20a, whose central axis coincides with the axis of rotation 3. The mounting rail 20 protrudes analogous to the actuating element 12 with this cylindrical surface in further, not shown recesses, which are formed by the bottoms or stop means 7 in the guides 4 and their walls 8a, 8b. In this case, the guide surface 20a protrudes so deep into the guides 4, that the balls 5 are prevented in the I. quadrant from reaching out of the reached at the end of the IV. Quadrant intermediate position in the second end positions. This is only possible at the end of the first quadrant at position P, for example. In contrast to the actuating element 12, the support rail 20 acts on the balls 5 from a radially inner side. The radius of the outer guide surface 20 a of the support rail 20 may be such that the balls 5 their z. B. maintained in the position K intermediate position, or be slightly smaller, as shown in FIG. 3. In addition, the support rail 20 may extend over an area that protrudes slightly on both sides beyond the facing end of the fourth or second quadrant, or overlap these ends.
Die Betriebsweise der Vorrichtung 19 nach Fig. 3 ist im Wesentlichen dieselbe wie die oben beschriebene Betriebsweise der Vorrichtung 1 nach Fig. 1. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ergeben sich auch hier für die Kugeln 5 bei einer vollen Umdrehung des Drehkörpers 2 zahlreiche Lageänderungen mit entsprechenden Auswirkungen auf die potentielle Energie der Kugeln 5 und die Rotationsenergie bzw. das Trägheitsmoment des Drehkörpers 2.The operation of the device 19 of FIG. 3 is substantially the same as the above-described operation of the device 1 of FIG. 1. As can be seen from Fig. 3, here also arise for the balls 5 in a full revolution of the rotary body 2 numerous Changes in position with corresponding effects on the potential energy of the balls 5 and the rotational energy and the moment of inertia of the rotary body. 2
Im Folgenden wird die Funktion der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung 19 beschrieben, wobei eine kontinuierliche Dehnung des Drehkörpers 2 in der Betriebsdrehrichtung (Pfeil v) vorausgesetzt und ein voller Umlauf einer der Führungen 4 betrachtet wird.In the following, the function of the device 19 shown in FIG. 3 is described, wherein a continuous expansion of the rotary body 2 in the operating direction of rotation (arrow v) provided and a full rotation of one of the guides 4 is considered.
Die Kugel 5, die in der an Position A (II. Quadrant) befindlichen Führung 4 gelagert ist, wird durch die auf sie wirkende Schwerkraft in der zweiten Endposition gehalten, die durch den Boden 7 der Führung 4 festgelegt wird.The ball 5, which is mounted in the position A (II. Quadrant) located guide 4 is held by the force acting on them gravity in the second end position, which is determined by the bottom 7 of the guide 4.
Aufgrund der Dehnung des Drehkörpers 2 gelangt die sich vorher in der Position A befindende Führung 4 allmählich in den Bereich der Position D, wobei sie von dem II. Quadranten in den III. Quadranten übertritt. Hierbei wird die Kugel 5 durch die Wirkung der Schwerkraft von der zweiten Endposition in die durch die Anschlagwinkel 6 definierte erste Endposition bewegt und dort wieder um durch die auf sie wirkende Schwerkraft gehalten.Due to the elongation of the rotary body 2, the previously comes in the position A Guide 4 gradually in the area of position D, where they from the II. Quadrant in the III. Quadrant transgresses. Here, the ball 5 is moved by the action of gravity from the second end position in the defined by the stop angle 6 first end position and held there again by the force acting on it gravity.
Im weiteren Verlauf der Drehung des Drehkörpers 2 durchläuft die sich vorher in der Position D befindende Führung 4 allmählich den Quadranten III und gelangt nachfolgend in den Quadranten IV. Kurz vor dem Eintreten des Quadranten IV gelangt der obere und dem Drehkörper zugewandte Teil 15a des Betätigungselements 12 in die Ausnehmung 11 (vgl. Fig. 2) der Führung 4 (Position H). Im Laufe der weiteren Drehung des Drehkörpers 2 wird dadurch diese Kugel 5 in der betreffenden Führung 4 radial nach innen in eine zwischen der ersten und zweiten Endposition liegende Zwischenposition bewegt. Diese Zwischenposition erreicht einen minimalen Abstand zur zweiten Endposition, wenn die betreffende Führung 4 senkrecht auf dem Teil 15a des Rollbandes steht. Im weiteren Verlauf der Drehung des Drehkörpers 2 nimmt der radiale Abstand der Zwischenposition zur zweiten Endposition wieder ab (vgl. z. B. Position K), bis die Kugel 5, wenn die sie führende Führung 4 den Eingriffsbereich des Rollbandes wieder verlässt, durch die Schwerkraftwirkung wieder in Richtung der ersten Endposition belegt wird.In the further course of rotation of the rotary body 2, the guide 4 previously located in the position D gradually passes through the quadrant III and subsequently enters the quadrant IV. Shortly before the entry of the quadrant IV, the upper and the rotary body facing part 15a of the actuating element 12 passes in the recess 11 (see Fig. 2) of the guide 4 (position H). In the course of the further rotation of the rotary body 2, this ball 5 is thereby moved in the relevant guide 4 radially inwardly into an intermediate position lying between the first and second end positions. This intermediate position reaches a minimum distance to the second end position when the relevant guide 4 is perpendicular to the part 15a of the roller belt. In the further course of the rotation of the rotary body 2, the radial distance between the intermediate position and the second end position decreases again (cf., for example, position K) until the ball 5, when the guiding guide 4 leaves the engagement region of the roller belt, passes through the Gravity effect is again occupied in the direction of the first end position.
Durch die weitere Dehnung des Drehkörpers 2 tritt die Führung 4, die sich zuvor noch im Eingriffsbereich des Betätigungselements 12 befunden hat (vgl. Position K), allmählich vom IV. Quadranten in den I. Quadranten über. Damit gelangt die Führung 4 in den Eingriffsbereich der Tragschiene 20, die im I. Quadranten in die weiteren Ausnehmungen der Führungen 4 eingreift. Die Tragschiene 20 verhindert dadurch, dass die betreffenden Kugeln 5 in den zugehörigen Führungen mittels Schwerkraft in die zweite Endposition bewegt werden. Im I. Quadranten werden die Kugeln 5 daher mittels Schwerkraft nur in eine durch die Tragschiene 20 definierte Zwischenposition bewegt und in dieser gehalten. Im weiteren Verlauf der Drehung des Drehkörpers 2 tritt die Führung 4, die sich zuvor noch im Eingriffsbereich der Tragschiene 20 befunden (z. B. Position N) allmählich in den II. Quadranten über (vgl. Position P).As a result of the further expansion of the rotary body 2, the guide 4, which was previously still in the engagement region of the actuating element 12 (see position K), gradually passes from the IVth quadrant into the I. quadrant. Thus, the guide 4 enters the engagement region of the support rail 20, which engages in the first quadrant in the other recesses of the guides 4. The support rail 20 thereby prevents the respective balls 5 are moved in the associated guides by gravity in the second end position. In the I. quadrant, the balls 5 are therefore moved by gravity only in an intermediate position defined by the support rail 20 and held in this. In the further course of the rotation of the rotary body 2, the guide 4, which was previously still in the engagement region of the mounting rail 20 (eg position N), gradually merges into the II quadrant (see position P).
Beim Übertreten in den II. Quadranten und somit bei Verlassen des Eingriffsbereichs der Tragschiene 20, wird die in der betreffenden Führung 4 geführte Kugel 5 aufgrund der Schwerkraft wieder in die erste Endposition bewegt und dort gehalten. Nach dem Erreichen der Position A beginnt der beschriebene Funktionsablauf von vorn.When crossing into the II. Quadrant and thus leaving the engagement region of the support rail 20, the guided in the relevant guide 4 ball 5 is moved back into the first end position due to gravity and held there. After reaching position A, the described functional sequence starts from the beginning.
Das in Fig. 4 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Es unterscheidet sich von diesem durch eine im Übergang vom I. zum II. Quadranten angeordnete Führungsschiene 23, die ähnlich wie die Tragschiene 20 an nicht dargestellten Gestellteilen befestigt ist. Die Führungsschiene 23 greift wie die Tragschiene 20 von der Seite der Anschlagmittel 7 aus in die Führungen 4 ein. Wie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, sind die Wände 8a und 8b der Führungen 4 im Wesentlichen H-förmig ausgebildet und zusätzlich zu den von den Anschlagmitteln 6 her eingearbeiteten Ausnehmungen 11 mit von den Anschlagmitteln 7 her eingearbeiteten, weiteren Ausnehmungen 1 Ia versehen, die von den Ausnehmungen 11 durch einen schmalen Quersteg 24 getrennt sind. Ferner sind die Führungen 4 mit je einem zweiten Begrenzungsmittel 25 versehen, das vorzugsweise ebenfalls als schwenkbare Klappe ausgebildet ist. Diese Klappen 25 sind an den Gelenkmitteln 10 gegenüber liegend, wiederum als schwarze Punkte dargestellten, zweiten Gelenkmitteln 26 schwenkbar an den vorlaufenden Wänden 8a befestigt. Wie insbesondere Fig. 6 und 7 zeigen, sind die Klappen 25 durch Elemente 27, die über die Gelenkmittel 26 und die im Bereich der Anschlagmittel 7 zumindest teilweise offenen Führungen 4 hinausragen, mit Verlängerungen versehen. Diese Elemente 27 bzw. Verlängerungen sind schwerer als die Klappen 25 und stellen Gewichte dar, mittels derer vorgewählte Klappenstellungen erreichbar sind.The embodiment shown in Fig. 4 to 7 substantially corresponds to the embodiment of FIG. 1. It differs from this by a arranged in the transition from I. to II. Quadrant guide rail 23, similar to the mounting rail 20 attached to not shown frame parts is. The guide rail 23 engages as the support rail 20 from the side of the stop means 7 in the guides 4 a. As schematically illustrated in FIG. 5, the walls 8a and 8b of the guides 4 are substantially H-shaped and, in addition to the recesses 11 machined by the stop means 6, are provided with further recesses 11a incorporated by the stop means 7, which are separated from the recesses 11 by a narrow transverse web 24. Further, the guides 4 are each provided with a second limiting means 25, which is preferably also designed as a pivotable flap. These flaps 25 are pivotally attached to the leading walls 8a opposite to the hinge means 10, again shown as black dots, second hinge means 26. As shown in particular in FIGS. 6 and 7, the flaps 25 are provided with extensions by means of elements 27 which protrude beyond the hinge means 26 and the guides 4 which are at least partially open in the region of the stop means 7. These elements 27 and extensions are heavier than the flaps 25 and represent weights by means of which pre-selected flap positions can be reached.
Die Wirkungsweise der Führungen 4 nach Fig. 5 bis 7 ergibt sich insbesondere aus Fig. 4 wie folgt: Wenn die Führungen die Position P erreichen, gelangen sie in den Wirkungsbereich der in die Ausnehmungen IIa (Fig. 5) eintretenden Führungsschiene 23, die gegenüber der X-Achse z. B. um wenige Grad nach unten geneigt ist. Dadurch werden die zugehörigen Kugeln 5 in den Positionen A und B daran gehindert, sich in Anlage mit den Anschlagmitteln 7 aufgrund ihrer Schwerkraft nach unten zu bewegen. Sie behalten vielmehr ihre bei der Position P erreichte Höhenlage im Wesentlichen bei, bis etwa die Position B erreicht ist. Die Klappen 25 liegen in der Position P und A, gehalten durch die zugehörige Kugel 5, an den Wänden 8a an. Beim Übergang zur Position B gleiten die Kugeln 5 von den Klappen 25 radial nach außen ab, so dass diese unter der Wirkung der Elemente bzw. Gewichte 27 um die Gelenkmittel 26 verschwenkt werden und dadurch die Bewegungsbahnen der Kugeln 5 nach innen hin begrenzen. Beim Weiterdrehen des Drehkörpers 2 können die Kugeln 2 daher allenfalls bis etwa zur Mitte der Führungen 4 zurückrollen (Position C).The mode of action of the guides 4 according to FIGS. 5 to 7 results in particular from FIG. 4 as follows: When the guides reach the position P, they enter the area of action of the guide rail 23 entering the recesses IIa (FIG. 5), which faces the X-axis z. B. is inclined by a few degrees down. As a result, the associated balls 5 in the positions A and B are prevented from moving downwardly in abutment with the stopper means 7 due to their gravity. Rather, they essentially maintain their altitude reached at position P until about position B is reached. The flaps 25 are in the position P and A, held by the associated ball 5, on the walls 8a. During the transition to position B, the balls 5 slide radially outward from the flaps 25, so that they are pivoted about the hinge means 26 under the action of the elements or weights 27, thereby limiting the movement paths of the balls 5 inwards. Upon further rotation of the rotary body 2, the balls 2 can therefore at most to roll back to about the middle of the guides 4 (position C).
Ab etwa der Position D führen die Kugeln 5 die anhand der Fig. 1 beschriebenen Bewegungen durch. Dadurch werden die Klappen 25 wieder frei gegeben, so dass sie etwa ab der Position F, wie dort durch eine punktierte Linie angedeutet ist, aufgrund der Wirkung der Elemente bzw. Gewichte 27 wieder bis zur Anlage an die Wände 8a zurückschwenken können. Ab dort bleibt die Lage der Klappen 25 dann weitgehend unverändert, wie in Fig. 4 schematisch nur an der Position K angedeutet ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass die Klappen 25 etwa bis zur Position L durch die Elemente 27 in Anlage mit den Wänden 8a gehalten werden, so dass die Kugeln 5 im Anschluss daran bis zu den Anschlagmitteln 7 zurückrollen können.From approximately the position D, the balls 5 perform the movements described with reference to FIG. As a result, the flaps 25 are released again, so that they can pivot back from about the position F, as indicated there by a dotted line due to the action of the elements or weights 27 back to the system 8a. From there, the position of the flaps 25 then remains largely unchanged, as indicated schematically in Fig. 4 only at the position K. In this case, the arrangement is such that the flaps 25 are held approximately up to the position L by the elements 27 in abutment with the walls 8a, so that the balls 5 can then roll back to the stop means 7.
Ein Vorteil der beschriebenen, zweiten Klappen 25 besteht entsprechend Fig. 4 darin, dass die Kugeln 5 bereits im II. Quadranten ein gegenüber Fig. 1 vergrößertes Drehmoment auf den Drehkörper ausüben können.According to FIG. 4, an advantage of the second flaps 25 described is that the balls 5 can exert an increased torque on the rotary body already in the II. Quadrant compared to FIG.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in vielfältiger Weise dazu eingesetzt werden, Lernende und/oder technisch Interessierte zu einer gedanklichen Auseinandersetzung mit der Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie und umgekehrt anzuregen. Die grundsätzlichen Zusammenhänge zwischen potentieller Energie und Rotationsenergie als Sonderfall der kinetischen Energie sowie die diese beschreibenden physikalischen Gesetze werden als bekannt vorausgesetzt und daher nicht näher erläutert.The device according to the invention can be used in a variety of ways to stimulate learners and / or technically interested parties to engage in a mental discussion with the conversion of potential energy into kinetic energy and vice versa. The basic connections between potential energy and Rotation energy as a special case of the kinetic energy as well as the physical laws describing it are assumed to be known and therefore not explained in detail.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Die Vorrichtungen 1, 19 können z. B., wenn sie gezeigt und/oder ausgestellt werden, von einem für einen Betrachter nicht unmittelbar sichtbaren Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben werden, so dass beim Betrachter des sich drehenden Drehkörpers 2 der Eindruck entsteht, als bewege sich dieser, ohne dass den Vorrichtungen 1, 19 von außen Energie zugeführt wird. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1, 19 in vielerlei Dimensionen und Abmessungen gefertigt werden. Sie können insbesondere auch zur Speicherung von Rotationsenergie eingesetzt werden. Hierzu kann die Drehachse 3 der Vorrichtungen 1, 19 ggf. unter Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Getriebes mit einem ebenfalls nicht gezeigten Antrieb, beispielsweise über eine Zapfwelle eines Traktors, mit einem Verbrennungsmotor verbunden werden. Der Verbrennungsmotor kann den Drehkörper 2 beschleunigen und so eine bestimmte Energiemenge in den Vorrichtungen 1, 19 speichern. Zur Entnahme von Energie aus den "aufgeladenen" Vorrichtungen 1, 19 können diese, ggf. unter Zwischenschaltung eines Getriebes, mit einer Rotationsenergie benötigenden Maschine, beispielsweise einer Pumpe, verbunden werden. In diesem Fall wird in den Vorrichtungen 1, 19 gespeicherte Energie in Form von mechanischer Energie an die Pumpe od. dgl. abgegeben, die dadurch Arbeit verrichten kann. Außerdem können einzelne oder mehrere Teile der Vorrichtungen 1, 19 mit einer reibungsvermindernden Oberfläche ausgestattet werden, um dadurch vermeidbare Verluste, insbesondere Reibungsverluste zu reduzieren. Weiter ist es mit besonderem Vorteil möglich, das Betätigungselement 12 bzw. dessen oberes Trum 15a, die Tragschiene 20 und die Führungsschiene 23 als Schienen mit V-förmigen Querschnitten auszubilden, in denen die Kugeln 5 mit sehr geringer Reibung laufen. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können. The invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways. The devices 1, 19 may, for. B., when they are shown and / or exhibited by a viewer not directly visible drive, such as an electric motor, are driven so that the observer of the rotating rotating body 2 creates the impression as if this moves without the Devices 1, 19 is supplied from the outside energy. Furthermore, the devices 1, 19 according to the invention can be manufactured in many dimensions and dimensions. They can also be used in particular for the storage of rotational energy. For this purpose, the axis of rotation 3 of the devices 1, 19 possibly with the interposition of a transmission, not shown, with a drive, also not shown, for example, via a PTO shaft of a tractor, are connected to an internal combustion engine. The internal combustion engine can accelerate the rotary body 2 and thus store a certain amount of energy in the devices 1, 19. In order to remove energy from the "charged" devices 1, 19, these can be connected to a machine requiring a rotational energy, for example a pump, if necessary with the interposition of a gearbox. In this case, in the devices 1, 19 stored energy in the form of mechanical energy to the pump od. Like. Delivered, which can perform work. In addition, one or more parts of the devices 1, 19 may be provided with a friction reducing surface to thereby reduce avoidable losses, in particular friction losses. Further, it is possible with particular advantage, the actuating element 12 and its upper run 15a, the support rail 20 and the guide rail 23 as rails with V-shaped cross-sections form, in which the balls 5 run with very little friction. Finally, it is understood that the various features may be applied in combinations other than those described and illustrated.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in Rotationsenergie und umgekehrt, enthaltend:1. Device for converting potential energy into rotational energy and vice versa, comprising:
a. einen Drehkörper (2), der um eine im wesentlichen horizontal anzuordnende Drehachse (3) drehbar gelagert ist und eine Mehrzahl von an seinem Umfang verteilt angeordneten Führungen (4) aufweist, in denen wenigstens je ein Massestück (5) radial beweglich gelagert ist, wobei die Führungen (4) vorbestimmte Bahnen mit je einer ersten und zweiten Endposition für die Massestücke (5) definieren, wobei die jeweils erste Endposition einen größeren radialen Abstand von der Drehachse (3) als die zweite Endposition hat und wobei die Massestücke (5) beim Drehen des Drehkörpers (2) um die Drehachse (3) in Abhängigkeit von seiner Drehstellung durch Schwerkraft abwechselnd in die erste Endposition (III. Quadrant) und in die zweite Endposition (II. Quadrant) bringbar sind,a. a rotary body (2) which is rotatably mounted about a substantially horizontal axis of rotation to be arranged (3) and a plurality of distributed on its circumference arranged guides (4), in which at least one mass piece (5) is mounted radially movable, wherein the guides (4) define predetermined paths each having first and second end positions for the mass pieces (5), each first end position having a greater radial distance from the rotation axis (3) than the second end position, and wherein the mass pieces (5) Rotation of the rotary body (2) about the axis of rotation (3) as a function of its rotational position by gravity alternately in the first end position (III. Quadrant) and in the second end position (II. Quadrant) can be brought,
b. ein dem Drehkörper (2) stationär zugeordnetes, zur Einwirkung auf die Massestücke (5) bestimmtes Betätigungselement (12), das die Massestücke (5) in Abhängigkeit von der Drehstellung des Drehkörpers (2) in zwischen der ersten und der zweiten Endposition befindlichen Zwischenpositionen hält oder in solche bringt, undb. an actuating element (12) fixedly assigned to the rotary body (2) and acting on the mass pieces (5), which holds the mass pieces (5) in intermediate positions between the first and second end positions as a function of the rotational position of the rotary body (2) or into such brings, and
c. den Führungen (4) zugeordnete Begrenzungsmittel (9, 20), die in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich des Drehkörpers (2) (IV. Quadrant oder I. Quadrant) eine Überfuhrung der Massestücke (5) aus den Zwischenpositionen in die erste oder zweite Endposition verhindern, bevor die Massestücke (5) beim Weiterdrehen des Drehkörpers (2) durch Schwerkraft in die zweite Endposition (II. Quadrant) und dann wieder in die erste Endposition (III. Quadrant) gelangen.c. limiting means (9, 20) associated with the guides (4), which prevent a transfer of the mass pieces (5) from the intermediate positions into the first or second end position in a predetermined rotation angle range of the rotary body (2) (IV. quadrant or I. quadrant), before the mass pieces (5) pass by gravity into the second end position (II quadrant) and then back to the first end position (III quadrant) on further rotation of the rotary body (2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (4) Ausnehmungen (11) aufweisen, in die das Betätigungselement (12) eingreift. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the guides (4) have recesses (11), in which engages the actuating element (12).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) als ein auf Rollbandscheiben (13, 14) beweglich angeordnetes Rollband (15) ausgeführt ist.3. A device according to claim 2, characterized in that the actuating element (12) as a on rolling-belt pulleys (13, 14) movably arranged roller conveyor (15) is executed.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (4) als Vierkanthohlprofile ausgeführt sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the guides (4) are designed as a square hollow sections.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile gerade Bahnen definieren.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the profiles define straight webs.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile radial zur Drehachse (3) angeordnete Achsen aufweisen.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the profiles have radially to the axis of rotation (3) arranged axes.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen durch Anschlagmittel (6, 7) begrenzt sind.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the webs are limited by stop means (6, 7).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollband (15) ein oberes, in die Ausnehmungen (11) eingreifendes Trum (15a) enthält.8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the roller conveyor (15) includes an upper, in the recesses (11) engaging strand (15 a).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Trum (15a) unterhalb des Drehkörpers (2) in einem Übergangsbereich zwischen dem III. und IV. Quadranten und bei horizontal angeordneter Drehachse (3) ebenfalls im wesentlichen horizontal angeordnet ist.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the upper run (15 a) below the rotary body (2) in a transition region between the III. and IV. Quadrants and horizontally arranged axis of rotation (3) is also arranged substantially horizontally.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente an den Führungen (4) angebrachte, schwenkbare Klappen (9) sind.10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the limiting elements on the guides (4) mounted, pivoting flaps (9).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Trum (15a) seitlich vom Drehkörper (2) im IV. Quadranten und bei horizon- tal angeordneter Drehachse (3) schräg zur Horizontalen angeordnet ist. 11. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the upper run (15a) is arranged laterally from the rotary body (2) in the IV. Quadrant and horizontally arranged axis of rotation (3) obliquely to the horizontal.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (4) weitere Ausnehmungen aufweisen und dass die Begrenzungselemente stationär und im I. Quadranten angeordnet sind und in die weiteren Ausnehmungen eingreifen.12. The device according to claim 11, characterized in that the guides (4) have further recesses and that the limiting elements are arranged stationary and in the I. quadrant and engage in the further recesses.
5 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungselemente zu einer kreiszylinderförmigen Führungsfläche (20a) einer Tragschiene (20) zusammengefasst sind.5 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the limiting elements are combined to form a circular cylindrical guide surface (20 a) of a mounting rail (20).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass 10 die Massestücke (5) als Kugeln (5) ausgebildet sind.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that 10, the mass pieces (5) are formed as balls (5).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (5) aus Metall hergestellt sind.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the balls (5) are made of metal.
15 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein reibungsvermindernd behandeltes Teil aufweist.15. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that it comprises at least one friction-reduced treated part.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (4) weitere Ausnehmungen (IIa) aufweisen und dass im Bereich des 0 II. Quadranten eine in die weiteren Ausnehmungen (lila) eingreifende, stationäre Führungsschiene (23) vorgesehen ist, die die Massestücke (5) in den Führungen (4) radial nach außen drückt.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the guides (4) further recesses (IIa) and that in the region of the 0 II. Quadrant in the other recesses (purple) engaging, stationary guide rail (23) is provided, which presses the mass pieces (5) in the guides (4) radially outward.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass den Führungen (4) 5 weitere, mit der Führungsschiene (23) zusammenwirkende Begrenzungsmittel (25) zugeordnet sind.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the guides (4) 5 more, with the guide rail (23) cooperating limiting means (25) are associated.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) und/oder die Tragschiene (20) und/oder die Führungs- 0 schiene (23) aus einer Schiene mit V-förmigem Querschnitt besteht. 19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the actuating element (12) and / or the support rail (20) and / or the guide rail 0 (23) consists of a rail with a V-shaped cross-section.
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