DE534341C

DE534341C - Process for converting energy swinging in circles into rotational energy

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Publication number: DE534341C
Application number: DESCH85096D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1928-01-15
Filing date: 1928-01-15
Publication date: 1931-09-25

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß schwingungsfähige Gebilde, die bei wechselnder Belastung ihren Schwingungsausschlag (die Schwingungsamplitude) ändern und ihre Schwingungszahl dabei vollkommen oder nahezu beibehalten, in Kombination mit rotierenden Systemen, z. B. wenn ein solch schwingendes System zwischen zwei rotierende Systeme geschaltet wird, ganz all-The present invention is based on the knowledge that vibratory structures, which with changing loads their oscillation amplitude (the oscillation amplitude) change and maintain their number of vibrations completely or almost completely, in combination with rotating systems, e.g. B. if such a vibrating system between two rotating systems is switched, all-

gemein als automatische Übersetzungsgetriebe wirken:act in common as an automatic transmission gear:

Bei der -praktischen Durcharbeitung einer solchen Kombination erkennt man aber weiterhin, daß, wenn man die schwingende Energie samt ihren charakteristischen Wegänderungen (Ausschlagänderungen) auf ein rotierendes System zu übertragen versucht, dies nach dem seitherigen Stande der Technik entweder ein Organ sein muß, das nach Art des Freilaufes mit größerem oder kleinerem Schritt an den Rotationsbewegungen teünimmt, oder ein solches Organ erfordert, welches je nach dem Widerstand zu schlüpfen vermag.
Die erste Lösung bedeutet eine gewisse Komplikation und erfordert die Anwendung von Präzisionsfreilauf Organen; die zweite dagegen verbraucht beim Schlüpfen nicht unbedeutende Leistungen, erzeugt daher Wärme und ergibt schlechte Wirkungsgradverhältnisse.When working through such a combination in practice, one also recognizes that if one tries to transfer the oscillating energy and its characteristic changes in path (changes in deflection) to a rotating system, according to the state of the art since then, this must either be an organ that Type of freewheeling with a larger or smaller step participates in the rotational movements, or requires such an organ which is able to slip depending on the resistance.
The first solution involves a certain complication and requires the use of precision freewheel organs; the second, on the other hand, consumes not insignificant power when hatching, therefore generates heat and results in poor efficiency ratios.

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Methode zur Leistungsübertragung zwischen schwingenden und rotierenden Systemen bzw. Vorrichtungen zur Ausübung dieser Methode, die nach obigem als Kombination schwingender und rotierender Systeme Getriebe zur automatischen Übersetzungsänderung darstellen.The invention is a new method for power transmission between vibrating and rotating systems or devices for practicing this method, the above as a combination of oscillating and rotating systems gearbox for automatic Show translation change.

Erreicht wird die gewünschte Wirkung dadurch, daß ein eine Kreisschwingung aus^ führender Massenkörper ein ringförmiges, elasti- ·, sches Mittel mittels des ihn umgebenden Wälzkörpers periodisch an seinem Umfange zusammendrückt, so daß der Wälzkörper zum Planeten eines Umlaufgetriebes wird, der bei selbsttätig veränderlicher Exzentrizität sich am .Sonnenrade abwälzt und bei Drehbehinderung eines Gliedes des Umlaufgetriebes am Dritten eine Drehkraft erzeugt. Die Drehkraft rührt von einer Komponente der exzentrischen Schwingungsmasse her. Ihre Größe ist abhängig von dem" Grade der Zusammendrückung, d. h. der Schwingungsamplitude, und diese wieder abhängig von der Schwingungsdämpfung, d. h. der Belastung.The desired effect is achieved in that a circular oscillation from ^ guiding mass body an annular, elastic means by means of the rolling element surrounding it periodically compresses at its circumference, so that the rolling elements for Planet of an epicyclic gear, which with automatically changing eccentricity is on .Sun wheel rolls off and in the event of a turning disability a member of the epicyclic gear generates a rotating force on the third. The torque stirs from a component of the eccentric vibration mass. Their size depends on the "degree of compression, i.e. the vibration amplitude, and this again depends the vibration damping, d. H. the burden.

Fig. ι zeigt im Längsschnitt und von der Seite ein -Ausführungsbeispiel. 1 ist die erregende biegsame Welle, deren Endstück in dem als= Hohlkörper ausgebildeten schwingenden Massenkörper 2gelagert ist. Auf diesem Ende der Welle 1 ist die Gewindespindel 3 mit der exzentrischen Masse 4 befestigt, deren Tragheitsmoment und Wuchtwirkung einstellbar ist, 5 ist ein am Hohlkörper 6 befestigter elastischer Ringkörper aus Gummi, der etwa einem Vollgummireifen ähnelt und der den Hohlkörper 2 umschließt. Der Hohlkörper 2 ist vermittels zweier Kuppelflansche 7 und 9 und eines dazwischenliegenden Kuppelringes 8 mit der Welle 10 so verbunden, daß er in radialer, aber nichtFig. Ι shows in longitudinal section and from the Page an embodiment. 1 is the exciting flexible shaft, the end of which is in the is mounted as a = hollow body designed vibrating mass body 2. On this end the shaft 1, the threaded spindle 3 is attached to the eccentric mass 4, the moment of inertia and the balancing effect is adjustable, 5 is an elastic one attached to the hollow body 6 Ring body made of rubber, which resembles a solid rubber tire and which the hollow body 2 encloses. The hollow body 2 is by means of two coupling flanges 7 and 9 and one in between Coupling ring 8 connected to the shaft 10 so that it is in a radial, but not

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in tangentialer Riclitung ausweichen kann und somit bei Rotationsbewegungen die Welle io zwangsläufig mitnimmt. Wenn auch Kupplungen, die diesen Bedingungen entsprechen, bekannt sind, ist noch der Vollständigkeit halber eine Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt. Das in .Fig. ι dargestellte Getriebe arbeitet, wenn der Hohlkörper 6 auf irgendeine Weise am Umlaufen verhindert wird, wie folgt:can evade in tangential direction and thus the shaft inevitably carries along with it in the event of rotational movements. Even if clutches, which meet these conditions are known, is still the completeness sake of an embodiment shown in Fig. 2. That in .Fig. ι illustrated gear works, if the hollow body 6 is prevented from rotating in any way, as follows:

Die exzentrische Masse 4- bewirkt beim Umlauf eine Schwerpunktsverlagerung des gesamten Hohlkörpers 2 im Tempo ihrer Tourenzahl, d. h. das elastische Mittel 5 wird an· seinem Umfange durch die Wirkung der Masse 4 vom Hohlkörper zusammengepreßt. Da diese Zusammenpressung des elastischen Mittels 5 mit konstanter-Phasenverschiebung hinter der umlaufenden Masse her erfolgt, so wälzt sich der Ringkörper 2 im Bewegungszustande auf demThe eccentric mass 4- causes when rotating a shift in the center of gravity of the entire hollow body 2 at the speed of your number of tours, d. H. the elastic means 5 is at · its circumference by the action of the mass 4 from Hollow body pressed together. Since this compression of the elastic means 5 with constant phase shift behind the revolving Mass takes place, so the ring body 2 rolls in the state of motion on the

ao Ringkörper 5 ab, und zwar auf einem größeren Radius, als der Radius des Hohlkörpers 2 und derjenige des elastischen Ringkörpers im Ruhezustande ist. Bei einer Durchbiegung f muß, wenn der Abwälzradius des Gummihohlkörpers praktisch R und derjenige des schwingenden Hohlkörpers r ist, pro Umlauf der exzentrischen Masse jedesmal eine Differenz in den Wegstrecken von *■-.:■ ' ao ring body 5 from, on a larger radius than the radius of the hollow body 2 and that of the elastic ring body is in the state of rest. In the case of a deflection f , if the rolling radius of the hollow rubber body is practically R and that of the vibrating hollow body is r, there must be a difference in the distances of * ■ - .: ■ 'per revolution of the eccentric mass.

χ = (2R · π — 2r ' π) = (222 —.2τ)-· π = zf · π χ = (2R π - 2r ' π) = (222-2τ) - π = zf π

eintreten. Um diese Wegstrecke muß der Radius des Hohlkörpers 2 gegenüber demjenigen des Ringkörpers 6 je einmaligen Umlauf der Masse zurückbleiben.enter. To this distance, the radius of the hollow body 2 must be compared to that of the Annular body 6 remain behind each one-time revolution of the mass.

Das jeweilige Übersetzungsverhältnis errechnet sich somit ausThe respective transmission ratio is thus calculated from

R- πR- π

.zf-.π- ..zf-.π-.

d.h. der Umlauf des Gummiringes zur Welle 1 verhält sich somit wie -L· . Da aber f ein veränderlicher Ausschlag ist, der sich je nach dem Widerstände ändert, so ändert sich auch imie the rotation of the rubber ring to shaft 1 behaves like -L · . But since f is a variable deflection which changes depending on the resistance, im also changes

4-5 selben Maße das Übersetzungsverhältnis, mit anderen Worten, die Masse 2 führt im Innern des elastischen " Ringkörpers 5 Schwingungen aus, die praktisch" den Innenradius des Ringkörpers 5 vergrößern und dementsprechend einen Abwälzungsvorgang hervorrufen. Die Größe der Durchbiegung des Ringkörpers 5 bzw. der Amplitude f ist abhängig von der Dämpfung,4-5 the same extent the transmission ratio, in other words, the mass 2 leads inside the elastic "ring body 5 vibrations that practically" increase the inner radius of the ring body 5 and accordingly cause a rolling process. The size of the deflection of the ring body 5 or the amplitude f depends on the damping,

. die die Gesamtanordnung erfährt, d. h. also von dem Widerstand, den die gesamte Anordnung zu überwinden hat. - Ändert sich dieser Widerstandkontinuierlich, so ändert sich entsprechend mit ihm die Schwingungsamph'tüde und Durchbiegung f und im selben Verhältnis die Übersetzung. Das beschriebene Getriebe wirkt somit als ein "sich .automatisch einstelltendes kontinuierliches Übersetzungsgetriebe.. which the overall arrangement experiences, ie from the resistance that the entire arrangement has to overcome. - If this resistance changes continuously, the oscillation amphetus and deflection f change with it, and the translation changes in the same ratio. The transmission described thus acts as a "self-adjusting, continuous transmission transmission.

Hält man den Ringkörper 6 und das an ihm befestigte elastische Mittels fest, so führt der Hohlkörper 2 eine Drehung aus, die zu derjenigen der exzentrischen Masse entgegengesetzt gerichtet ist.' Spannt man dagegen die Welle 10 etwa an der Riemenscheibe 11 fest und hindert somit den Hohlkörper 2 Drehbewegungen auszuführen, während man ihm gleichzeitig gestattet, in radialer Richtung zu schwingen, so bewirkt der Abwälzvorgang einen Umlauf der Ringkörper 5 und 6 im Sinne der erregenden exzentrischen Masse.If you hold the ring body 6 and that on him fixed elastic means, the hollow body 2 performs a rotation that corresponds to that is opposite to the eccentric mass. ' On the other hand, if you tighten the shaft 10 stuck to the pulley 11 and thus prevents the hollow body from performing 2 rotary movements, while at the same time allowing it to vibrate in a radial direction, so causes the rolling process a rotation of the ring bodies 5 and 6 in the sense of the exciting eccentric mass.

Man kann also beispielsweise als praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung zwei Räder eines Fahrzeuges etwa nach dem in Fig. 3 dargestellten Schema ausführen. Beim Umlauf der beiden Massen 4,.. die um 180 °. gegeneinander versetzt sind,"führen die beiden Hohlkörpern, die durch entsprechende Kupplungen gehindert werden, sich zu drehen, Kreisschwingungen aus, durch die ein" Abwälzvorgang entsteht, der die beiden Radkränze 6 antreibt. Da jeder Radkranz seine Umlaufgeschwindigkeit nach dem jeweils vorhandenen Widerstand einstellt, arbeitet die Vorrichtung beim Kurvenfahren, bei dem bekanntlich die beiden Räder verschiedenen Widerstand finden, auch gleichzeitig nach Art eines Differentials. / ■ ;For example, one can use two wheels as a practical application of the present invention run a vehicle according to the scheme shown in Fig. 3. When circulating of the two masses 4, .. the 180 °. against each other are offset, "lead the two hollow bodies, which are prevented from rotating by appropriate couplings, cause circular vibrations, through which a "rolling process occurs that drives the two wheel rims 6. Since each wheel rim adjusts its rotational speed according to the resistance present in each case, works the device when cornering, in which, as is well known, the two wheels are different Finding resistance, also at the same time in the manner of a differential. / ■;

„ Es ist gleichgültig, ob der elastische Ringkörper 5 an dem starren Ringkörper 6 befestigt wird, so daß der Körper 2 eine kombinierte Schwing- und Wälzbewegung ausführt, oder ob der Ringkörper 5 an dem Hohlkörper 2 befestigt ist und der Wälzvorgang zwischen ,dem Körper 5 "und dem starren Körper 6 vor sich geht. Nur .die Beanspruchung des elastischen Mittels ist im letzterwähnten Falle nicht so günstig wie im ersten. Der elastische Ringkörper 3 kann auch als Hohlkörper, z. B. nach Art ' eines Pneumatikreifens, ausgebildet Werden. " In Fig. 4 sind vier der in Fig. 1 dargestellten Getriebe so miteinander verkuppelt, daß sich der Einfluß der schwingenden Systeme sowohl als auch der Einfluß der exzentrischen Massen gegeneinander aufhebt.· Diese Massen, von denen zwei gleichgerichtet und zwei den ersten gegenüber um 180° versetzt sind, erzeugen innerhalb der schwingungsfähigen Gebilde mit derselben Phasenverschiebung" Schwingungen, die sich ebenfalls nach außen hin in bezug auf Kraft- und Massenwirkung ausgleichen, ohne daß im einzelnen der Schwingungsvorgang oder der Wälz- bzw. Rotationsvorgang gestört würde. Getriebe nach Fig. 4 eignen sich besonders für Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen, die nicht erschüttert werden dürfen, deren Übersetzung sich jedoch je nach dem Widerstand selbsttätig einstellen soll, z. B. bei Lastautos, Grubenlokomotiven, Hebezeugen, Hobelmaschinen, Drehbänken usw.
Wenn in Fig. 3 -ein Schlepper mit zwei in bezug"It does not matter whether the elastic ring body 5 is attached to the rigid ring body 6 so that the body 2 performs a combined oscillating and rolling motion, or whether the ring body 5 is attached to the hollow body 2 and the rolling process between the body 5 "and the rigid body 6. Only. the stress on the elastic means is not as favorable in the last-mentioned case as in the first. The elastic ring body 3 can also be designed as a hollow body, for example in the manner of a pneumatic tire. "In Fig. 4 four of the gears shown in Fig. 1 are coupled with one another in such a way that the influence of the oscillating systems as well as the influence of the eccentric masses cancel each other out 180 °, generate within the vibratory structures with the same phase shift "vibrations, which are also outward with respect to force and M Compensate for the effect of the elements without disturbing the oscillation process or the rolling or rotating process in detail. Transmission according to Fig. 4 are particularly suitable for vehicles and machines that must not be shaken, but whose translation should adjust automatically depending on the resistance, z. B. for trucks, mine locomotives, hoists, planing machines, lathes, etc.
If in Fig. 3 -a tractor with two in relation

auf Kraft- und Massenwirkung unausgeglichenen Getrieben ausgerüstet ist, so wird hier, im Gegensatz zu den vorgenannten Beispielen, die periodische Kraft- bzw. Massenwirkung dazu ausgenutzt, um den Druck des Schleppers auf den Boden periodisch zu vergrößern; die Zugkraft eines Schleppers mit Gleichkraftantrieb beruht lediglich auf der durch das Schleppergewicht hervorgerufenen Haftkraft der ίο Triebräder an der Fahrbahn. Erhöht man diese Adhäsion wie im vorliegenden Falle durch periodische Kraftwirkung, so erhöht sich die Zugkraft des Schleppers.gearbox that is unbalanced for force and mass action is used here, in In contrast to the above examples, the periodic force or mass effect used to periodically increase the pressure of the tractor on the ground; the pulling force of a tractor with constant force drive is based solely on that generated by the Tractor weight caused adhesive force of the ίο driving wheels on the road. One increases this adhesion, as in the present case through periodic force effects, increases the tractive effort of the tractor.

In Abb. 5 ist dieser Vorgang durch eine i5' Kurve veranschaulicht. Die Zugkraft eines Gleichkraftschleppers soll der Ordinate y entsprechen; da bei Anwendung des Gleichkraftprinzips diese Zugkraft stetig und dauernd ausgeübt wird, so beträgt die in der Zßit χ ge-In Fig. 5 this process is illustrated by an i5 'curve. The pulling force of a constant force tractor should correspond to the ordinate y; Since application of the DC motor principle this tensile force is continuously and constantly applied, so is the χ in the overall Zßit

«o leistete Arbeit A = χ · y. Wird bei Anwendung des Wechselkraftprinzips im Sinne der vorliegenden Erfindung durch periodische, etwa nach dem Sinusgesetz verlaufende Kraftwirkung die maximale Reaktionskraft auf y_x = o,y erhöht, so entsteht eine Arbeitskurve, die etwa dem Verlaufe der Kurve O, A, B, C₁D₁E .... usw. folgt. Das durch diese Kurve umschlossene Arbeitsdiagramm entspricht seinem Inhalt nach dem Arbeitsdiagramm χ · y, da man den Abschnitt ABC durch i8o°ige Drehung in die Lage ODE bringen kann. Die abgegebene Arbeit ist also die gleiche geblieben, während der Druck und dementsprechend die Adhäsion zwischen Rad und Fahrbahn für eine Zeit auf das Doppelte gestiegen ist. Da die Zugkraft eines Schleppers lediglich von der maximalen Kraft und nicht von der Arbeit abhängig ist und die Maximalkraft bei schwingüngsfähigen Gebilden auf ein Vielfaches ansteigen kann, so erhöht sich die Zugkraft entsprechend.«O did work A = χ · y. If, when applying the alternating force principle within the meaning of the present invention, the maximum reaction force is increased to y _x = o, y by periodic force action, for example according to the sine law, a working curve is created which roughly corresponds to the course of curve O, A, B, C ₁ D ₁ E. ... etc. follows. The content of the working diagram enclosed by this curve corresponds to the working diagram χ · y, since section ABC can be brought into position ODE by rotating it 180 °. The work done has remained the same, while the pressure and, accordingly, the adhesion between the wheel and the road surface has doubled for a while. Since the pulling force of a tractor is only dependent on the maximum force and not on the work, and the maximum force can increase many times over in the case of vibratory structures, the pulling force increases accordingly.

Die in Fig. 2 dargestellte Kupplung besteht aus den beiden Kuppelscheiben 7 und 9 und einer strichpunktierten Zwischenscheibe 8 von quadratischer Form.The clutch shown in Fig. 2 consists of the two clutch disks 7 and 9 and a dot-dash washer 8 of square shape.

Auf der Kuppelscheibe 7 sitzen vier Rollen 14, die die Zwischenscheibe 8 so umschließen, daß sie nur in einer Richtung Bewegungen zur Kuppelscheibe 7 auszuführen vermag. Auf der Kuppelscheibe 9 sitzen vier Rollen 15, die die Zwischenscheibe 8 so umschließen, daß eine Verschiebung zwischen 8 und 9 in einer Richtung möglich ist, die mit der ersterwähnten einen rechten Winkel einschließt. Die Kupplung gestattet somit Verschiebungen zwischen 7 und 9 in jeder beliebigen radialen Richtung, dagegen verhindert sie jede Drehbewegung zwischen 7 und 9.On the coupling disk 7 sit four rollers 14 which enclose the intermediate disk 8 so that it is only able to carry out movements to the coupling disk 7 in one direction. On the Coupling disk 9 sit four rollers 15 which enclose the intermediate disk 8 so that one Shifting between 8 and 9 is possible in the same direction as the first mentioned includes a right angle. The coupling thus allows shifts between 7 and 9 in any radial direction, on the other hand it prevents any rotational movement between 7 and 9.

Will man schwingende Bewegungen in rotierende Bewegungen umwandeln, ohne hierbei eine selbsttätige Ubersetzungsänderung zu erzielen, so kann man gemäß der Erfindung nach Fig. 6 den Schwingungskörper zwei Kreisschwingungen von gleichbleibender Amplitude dadurch ausführen lassen, daß man ihn beispielsweise auf einer Kurbel 17 umlaufen läßt.If you want to convert swinging movements into rotating movements without doing this to achieve an automatic translation change, so you can according to the invention 6 shows the vibrating body, two circular vibrations of constant amplitude can be carried out by letting it rotate on a crank 17, for example.

Claims

Patent claims:

1. Process for converting energy oscillating in circles into rotational energy, characterized in that in the vibratory structure between the mass and the elastic means a rolling process takes place, which occurs when the rotation is impeded the one vibrating member generates a rotational force on the other.

2. Device for performing the method according to claim i, "characterized in that that the mass inside a ring-shaped elastic means is mounted and expanded the radius of the elastic means in the vibration state and accordingly performs a rolling movement on the elastic means.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the mass as an annular Body is mounted outside and the annular elastic means inside, so that in the state of oscillation, the radius of the elastic means is reduced and accordingly a rolling motion is caused.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the vibrating mass as Hollow body is formed, within which an imbalance rotates as a loose coupling.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the loose coupling with external power sources is connected by coupling plates or a flexible shaft.

6. Apparatus according to claim 2 and following, characterized in that several Gearbox with 180 ° phase shift are so coupled with each other that the force and mass effects of each other cancel rotating and vibrating parts.

7. A method for increasing the tractive force of vehicles, characterized in that that a device according to claim 2 to 5 no is used for the drive, the unbalanced Masses periodically increase the adhesive forces on the roadway with the vibrations.

1 sheet of drawings