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Verfahren und Vorrichtung zur Kopplung mechanisch schwingender abstimmfähiger
Systeme Zum maschinellen Antrieb schwingungsfähiger Gebilde bedarf es einer Koppelvorrichtung,
und es bereitet besondere Schwierigkeiten, Koppelvorrichtungen zu konstruieren,
die auf einem relativ großen Weg dem schwingenden Organ Leistung zuführen bzw. entziehen.
Federkonstruktionen oder Massenpendel usw. gestatten in der Regel nur eine Zufuhr
von Energie auf einem relativ kleinen Wege, weil Durchbiegungen auf großem Wege
leicht zu überbeanspruchungen führen bzw. weil derartige elastische Kopplungen oder
Massenkopplungen meist so schwer ausfallen, daß sie in der Praxis nicht angewendet
werden können.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht in der genauen Vorbestimmung der
Koppelvorrichtung, einerseits wegen der Kompliziertheit der Bewegungsvorgänge und
andererseits wegen der schweren Vorbestimmung der Dämpfung, so daß in der Praxis
vielfach die Notwendigkeit entsteht, den Koppelgrad in weiten Grenzen zu ändern.
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Bei einer ganzen Reihe von Koppelvorrichtungen ist aber eine Verstärkung
der koppelnden Mittel in weiten Grenzen zum Zwecke einer Vergrößerung der Koppelleistung
undurchführbar, so daß das Bedürfnis nach Koppelvorrichtungen, die ihre Leistung
auf möglichst großem Wege abgeben und sich bezüglich ihrer Leistungsabgabe in weiten
Grenzen variieren lassen, vorliegt.
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Schließlich gibt es aber in der Praxis der Schwingungstechnik eine
Reihe von schwingungsfähigen Gebilden, die eine ganz außerordentlich niedrige Dämpfung
aufweisen, so daß namentlich beim Anlauf und beim Abklingen die Einführung einer
zusätzlichen Dämpfung geradezu erwünscht ist. Hierzu gehören alle jene Vorrichtungen,
bei denen große Massen in schwingende Bewegung gesetzt werden sollen.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine mechanische Widerstandskopplung
dar, und zwar kann der mechanische Widerstand z. B. durch Drosselung eines gasförmigen
oder flüssigen Stoffes erzeugt und durch Änderung der Drosselung (Vergrößerung oder
Verkleinerung) in weitesten Grenzen variiert werden. Da auch der Drosselweg bei
dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung in weiten Grenzen geändert werden kann,
so erhält man auf diese Weise eine Kopplung, die an vielen Stellen anwendbar ist,
wo andere Federkopplungen, Massenkopplungen usw. versagen.
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Die Fig. i bis 3 beziehen sich auf Koppelvorrichtungen dieser Art,
bei welchen Luft als koppelndes Medium dient, während die Fig. q. bis 3 Koppelvorrichtungen
zeigen, bei welchen als koppelndes Medium eine Flüssigkeit Verwendung findet.
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Fig. i zeigt beispielsweise eine Ausführungsform einer Koppelvorrichtung,
bei welcher ein Rohr k" welches am Ende mit einem Auge am leistungzuführenden Zapfen
z1 angelenkt
ist, in ein zweites Rohr k2, welches am anderen Ende
mit einem Auge am Zapfen z. angreift, dem die Leistung in mechanisch- schwingender
Form zugeführt werden soll, verschiebbar angeordnet ist. Das Rohr k1 ist an dem
dem Auge gegenüberliegenden Ende durch einen Nippel n verschlossen und enthält im
Inneren zwei durch eine Kolbenstange k verbundene Kolben q1 und q2. Die Kolbenstange
k ist ihrerseits durch einen Bolzen w mit dem Außenrohr k2 fest verbunden, und zu
diesem Zwecke ist das Innenrohr k1 mit Schlitzen s1 und s2 versehen, die eine Bewegung
der Rohre gegeneinander in ihrer Längsrichtung zulassen, wobei die Kolben in den
Luftkammern I und II eine Kompression der eingeschlossenen Luft hervorrufen. Diese
Luftkammern stehen nun an ihrem .äußersten Ende durch einstellbare Drosselventile
v1 und v2 mit der Außenluft in Verbindung, und zwar ist das innerhalb des Rohres
k2 liegende Drosselventil v2 in dem Nippel n befestigt, und das Außenrohr k2 kann
an dieser Stelle mit einer Öffnung o versehen sein, durch welche das Drosselventil
v2 zwecks Einstellung zugänglich ist. Das Drosselventil v1 ist an dem mit dem Auge
versehenen Ende des Rohres k1 ohne weiteres zwecks Einstellung zugänglich. Beide
Drosselventile können ferner mit kleinen, nicht dargestellten Stellungszeigern versehen
sein. Wird diese Koppelvorrichtung während der ersten Halbperiode auf Druck beansprucht,
so wird das im Zylinderraum I eingeschlossene Luftquantum komprimiert. Während der
Kompression entweicht ein Teil der Luft durch das Ventil v" und zwar um so mehr,
j e weiter die Kompression fortschreitet. Bei einer Bewegung in umgekehrter Richtung
entsteht im Raum 1 eine Luftverdünnung, durch die wieder Frischluft, teils durch
das Drosselventil, teils durch den Schlitz s an der Kolbenmanschette vorbei, zugeführt
wird, während gleichzeitig im Raum II Luft komprimiert und wie vorher ein Teil durch
das Ventil v2 zum Entweichen gebracht wird. Dieser Vorgang wiederholt sich dann
bei jedem Richtungswechsel auf beiden Seiten der Koppelvorrichtung. Die Wirkung
der beschriebenen Koppelvorrichtung beruht also auf dem Widerstand, den das koppelnde
Mittel dem Kolben beiderseitig entgegensetzt. Je stärker dieses Mittel abgedrosselt
wird, desto größer wird der Widerstand der Vorrichtung und desto mehr Leistung wird
übertragen. Umgekehrt kann die Kopplung loser und loser eingestellt werden durch
Öffnen der Drosselventile.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. a ist in einem Zylinder k eine Kolbenstange
k1 geführt, die mit einem Auge an den Zapfen z, angreift. Durch ein Rohrstück k2
ist der Zylinder k mit dem anderen Zapfen z2 durch ein Auge verbunden. Der auf der
Kolbenstange k1 sitzende, nach beiden Richtungen dichtende Kolben q erzeugt bei
Verschiebung der Kolbenstange kl gegenüber dem Zylinder k abwechselnd Kompression
in den Kammern I und II. Auch hier ist die Kompression durch einstellbare Drosselventile
v1 und v2, die an beiden Enden des Zylinders k angebracht sind, in sehr weiten Grenzen
änderbar. Da der Kolben q in diesem Falle nach beiden Bewegungsrichtungen dicht
schließt, können außer den Drosselventilen v1 und v2 noch Saugventile v3 und v4
vorgesehen werden, die ausschließlich leichten Eintritt von Außenluft in die Zylinderkammern
I und II zulassen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird die Frischluft durch die
hohle Stange k2, die eine Öffnung o2 besitzt, zwischen die Kolbenmanschetten geleitet
und von hier aus dem Zylinderraum nachgeliefert.
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Es ist klar, daß in allen diesen beispielsweise angeführten Fällen
bei Bewegung der Kolben gegenüber den Zylindern eine stete Lufterneuerung stattfindet
und hierdurch sowohl eine unzulässige Erwärmung als auch insbesondere eine Veränderung
der elastischen Konstante des eingeschlossenen Luftquantums vermieden ist.
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Fig. 4 zeigt eine Koppelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
im Schnitt, bei welcher nicht Luft, sondern eine Flüssigkeit, wie Wasser, Öl, Glycerin
o. dgl., als koppelnder Stoff dient. Der am leistungzuführenden Zapfen z1 angelenkte
Zylinder k1 ist durch den Kolben k in die Zylinderräume I und II geteilt. Der Kolben
k, der seinerseits wie die Kolbenstange k2 am leistungabgcbenden Zapfen z2 angelenkt
ist, besitzt eine Anzahl Öffnungen i, durch welche die Zylinderräume I und
11 miteinander in Verbindung stehen. Bei einer Bewegung des Zylinders gegenüber
dem Kolben kann also koppelnde Flüssigkeit durch die Öffnungen i in den anderen
Zylinderraum übertreten. Auch hier ist der beim Übertritt von Flüssigkeit von einem
Zylinderraum in den anderen auftretende Widerstand für die Leistungsübertragung
maßgebend. Um die bei der Leistungsübertragung wirksamen Kräfte oder den hierbei
auftretenden wirksamen Weg ändern zu können, sind die Drosselöffnungen i einstellbar
ausgeführt. Hierzu liegt auf der Kolbenscheibe k eine gegenüber dieser Kolbenscheibe
verschiebbare zweite Scheibe k', welche auf einem Rohr k=' sitzt und ein Verdrehen
der Scheibe k' gegenüber der Kolbenscheibe k, also ein Öffnen und Schließen der
Drosselöffnungen i, von außen her gestattet. Die jeweilige Stellung der
Kolbenscheiben
gegeneinander kann an einer Skala j abgelesen werden. Auf dem Zylinder k1 ist ein
Behälter k1' angebracht, welcher einen überschuß von Koppelflüssigkeit enthält und
eine Abdichtung ohne Stoffbuchse gestattet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 stehen die durch den Kolben k2
im Zylinder k1 geteilten Zylinderräume I und II durch ein weites Rohr r miteinander
in Verbindung. In diesem Rohr r ist ein einstellbarer Drosselhahn v vorgesehen.
Wird der Zylinder k1 verschoben, so kann koppelnde Flüssigkeit aus den Zylinderräumen
I und II durch das Rohr r in die jeweils gegenüberliegenden Zylinderräume gelangen,
wobei der auftretende, am Drosselhahn v einstellbare Widerstand maßgebend für die
wirksame Kraft und den wirksamen Weg der Koppelvorrichtung ist. Während die eigentliche
Wirkung der Kopplung auf der Ausnutzung des in Drosselventilen oder -öffnungen erzeugten
Widerstandes beruht, trägt bei der Verwendung gasförmiger Stoffe, z. B. der Luft,
auch die Elastizität der Luft, durch die eine vorübergehende potentielle Energieaufspeicherung
ermöglicht wird, zur Koppelwirkung bei. Man könnte in diesem Falle somit von einer
»kombinierten Widerstands- und Elastizitätskopplung« sprechen.
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Soll ein extrem großer Koppelweg bei kleiner Kraftleistung zur Anwendung
kommen, so kann dies durch Verminderung des Zylinderquerschnitts bei relativ geringer
Drosselung ohne Schwierigkeit erzielt werden, während umgekehrt bei einer Ouerschnittsvergrößerung
unter gleichbleibender Leistung eine Verkürzung des Koppelweges herbeigeführt wird.
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Des weiteren ist klar, daß durch Einstellung der an den Zylinderenden
angebrachten Drosselventile der Grad der in den Zylindern auftretenden Kompression
und dadurch die zu erzielende Kopplung, also die zu übertragende Leistung, in weiten
Grenzen geändert werden kann.
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Eine besondere Eigentümlichkeit der beschriebenen Koppelvorrichtungen
besteht darin, daß die pro Halbschwingung übertragene Leistung bei niederer Frequenz
kleiner und bei hoher Frequenz größer ausfällt, was auf den Einfluß des Zeitfaktors
in bezug auf den Drosselvorgang zurückzuführen ist. Diese Eigenschaft bewirkt, daß
auch Koppelvorrichtungen, die bei normaler Betriebstourenzahl relativ große Energiequantitäten
übertragen, dennoch besonders leicht anlaufen. An der Erfindung wird nichts geändert,
wenn beispielsweise die Zylinder nicht hintereinander, sondern nebeneinander oder
mehrere Zylinder angeordnet werden oder Ventile an Stelle von Hähnen Verwendung
finden o. dgl.