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Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von drehender in pendelnd fortschreitende
Bewegung.
Die am häufigsten gebrauchten Mittel zur Umwandlung von drehender in hin-und hergehende bzw. schwingende Bewegung sind die Kurbel und das Exzenter, das nach der Bewegungslehre ebenfalls eine Kurbel ist. Auch bei Umwandlungen im umgekehrter Richtung kommt dasselbe Übertragung-.- mittel hauptsächlich in Betracht. Es seien erwähnt Kolbenkraftmaschinen, Kolbenpumpen. Sägegatter, Hammerwerke, Stossmaschinen und Stanzen, ferner Flugzeuge mit schwingenden Flügeln. Bei Hol)cl- masehinen werden meistens Wendegetriebe mit Zahnrädern oder Riemen für die Bewegungsumwandlug benutzt.
Hiezu tritt ein weiteres Umwandlungsmittel, das auf der Ausnutzung der Zentrifugalkraft beruht.
In Fig. 1 soll eine Masse f einen Hobeltisch Sägegatter, Pumpenkolben u. dg !, vertreten und zwischen den Führungsbacken ff in horizontaler Richtung gleiten können. Mit a verbunden und um
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Treibt man o um, so wirkt die entstehende Zentrifugalkraft R besehleunigend oder verzögernd auf 11. a wird unter den Kräften 7 ?-. R cos x in hin-und hergehende Bewegung versetzt. Ist l die Länge des Armes s, B das Gewicht von o, A das Gewicht von a und z der gesamte von a zurückgelegte Weg, so wird
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schwindigkeit, mit der die Welle e gedreht wird. vorausgesetzt, dass die Tourenzahl nicht zu gering ist.
Der Körper a bewegt sich auf einem Wege von gegebener Länge hin und her. gerade so. als ob er von einer Kurbel mit unendlich langer Schubstange getrieben würde. Massgebend für die Bewegungsgesetze ist die Erhaltung des Schwerpunktes, d. h. gleichgültig, in welcher Lage sich das Schwunggewicht befindet. der Gesamtkörper stellt sich so ein, dass die Lage des Schwerpunktes konstant bleibt.
Die Lage des Pendelweges im Raume ist nicht an und für sich bestimmt. Er wird durch Hub- begrenzer d und e bestimmt. Der Abstand d-e ist etwas kleiner als z zu bemessen. Die Differenz wird durch Federn, entweder an < ? und e oder an a elastisch aufgenommen. Praktisch ohne Kraftaufwand
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Verstellbarkeit könnte z. B. bei Hammerwerken eine wichtige Anwendung finden, indem man mit ihrer Hilfe den bewegten Hammerbär dem Werkstück näher bringt. In diesem Fall wird im allgemeinen die Bahn z nicht horizontal sondern vertikal sein.
Diese Erkenntnis, nämlich dass man auf diese Weise wandernde Schwingungen erzeugen kann. bildet die Grundlage dieser Erfindung.
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umlaufen lässt. Aus Rl und R2 resultiert eine Nutzkraft H. In diesem Falle heben sich auch die Kreiselwirkungen der Schwunggewichte auf das System gegenseitig auf.
Der Antrieb der Welle c kann auf beliebige Weise erfolgen, Riemen-und Seilbetrieb, eine nachgiebig Welle, sei es, dass die ganze Welle biegsam ist, sei es. dass an ihren Enden Kardankupplungen sich befinden
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vorgesehen ist. Auch Vierkantwellen und ähnliche Mittel zur Kraftübertragung - unter Umständen auch elektrischer Antrieb-kommen in Betracht.
Die eingangs erwähnte Anwendung des Verfahrens, z. B. auf Flugzeuge mit schwingenden Trag- flächen oder Vortriebsflächen bedingt wie beim Hammer nicht nur Schwingungen, sondern auch ein Fortschreiten unter der Wirkung der erzeugten Auftriebskraft. Das Fortschreiten beruht darauf, dass der Luftwiderstand, den die Schwingen bei der Rüekbewegung finden, grösser ist, als beim Vortrieb.
Das Flugzeug also und der Hammer sind Beispiele, wo die Drehung nicht nur in Schwingung umgesetzt wird, sondern wo durch Ungleichheit der positiven und negativen Amplituden die Schwingbewegung sich zum Teil in fortschreitende Bewegung umformt, und das ist der Gegenstand dieser Erfindung.
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von SI in die Lage Fig. 4 haben die Arme die dort bezeichnete Stellung eingenommen. Hier ist die Zentrifugalkraft kleiner als in der Stellung Fig. 3. wo infolge der erhöhten Winkelgeschwindigkeit von S2 die Zentrifugalwirkung grosser ist. als wenn 0 an einem ungeteiten Arm von der Läge S1 S2 befestigt werde. Natürlich kann der Kettentrieb durch Zahnradgetriebe oder irgendein anderes Übertragungsmittel ersetzt werden.
Durch Drehen des Rades R1 ist mit Leichtigkeit die Schwingungsrichtung zu ändern. was bei Flugzeugen von Bedeutung ist.
Der geometrische Ort des Massenschwerpun ktcs von dem Schwunggewicht O ist eine Art Epioyeloide gegenüber dem Kreis beim steifen Schwungarm.
Ohne das Verfahren grundsätzlich zu ändern. können die Oszilationen die verschiedensten Formen
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gewiehteanArmen, dieinFig. 5 durch 0 und dargestellt werden sollen. Durch die Welle If angetrieben. rotiert O-S und bewegt durch Zentrifugalkraft den Flügel F auf und ab. Dieser Antrieb des Flügels bei B bedeutet eine geringe Beanspruchung der Konstruktion, da die bewegenden Zentrifugalkräfte an günstiger SteHe angreifen. Dies ist ein Beispiel für einen Fall, w man mittels Zentrifugalgetiebes Kräfte an eine schwer zugängliche Stelle überträgt, und zugleich ein Fa ! L wo der ausweich der Massenbeschleunigung in den Hintergrund tritt gegenüber der Kraftübertragung selbst und dem.
Ausgleich sehr ungleichfiirmiger Kräfte. Hier haben freilich nicht die Antriebskräfte an sich. sondern die Widerstände beim Auf- und Niedergang des Flügels den ungleichförmigen Charakter. Das Gewicht von O braucht nur einen geringen Bruchteil des Gesamtgewichtes zu betragen.
Welle If ist hier so gezeichnet. als ob sie im Innern des Schwingenholmes H gelagert wäre. Sie kann natürlich auch an anderer Stelle im Innern des Flügels oder ausserhalb angebracht werden, wozu eine besondere Tragkonstruktion vorzusehen wäre. Die. Anordnung gäbe Gelegenheit, die Schwunggewichte auch über die Länge des Flügels zu verteilen, wenn eine besondere Kräfte- bzw. Kraftpaarverteilung erzielt werden soll.
Hier ist die Bewegungskurve von B ein Teil der Kugeloberfläche mit dem Mittelpunkt L. In
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in gewissem Grade elastisch), so dass das Schwunggewicht 0 ohne erheblichen Zwang seine Rotationsebene beibehalten kann. Wie weiter oben beschrieben, kann man Querkräfte durch gegenläufige Gewichtspaare O1 und O2
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Richtung stattfindet.
Bei manchen Vögeln ist das Wegdiagramm der Flügelspitzen eine Art Lemniskate (Fig. 7), wo beim Nutzschlag der Richtungsunterschied zwischen Flügelschne und Bewegung gross, beim Rückweg aber gering ist. Eine derartige Kurve erzielt man leicht dadurch, dass man die Querbewegung durch Schwungggewichts doppelter Frequenz beeinflusst.
Wie weiter oben geschildert, ist die Sehlagbahn nach ihrer Lage völlig frei und wird erst durch Hubbegrenzer festgelegt. In Fig. 11 sind diese durch ha, h2 und h3, h4 angedeutet. Ähnliche Begrenzer hat man sich für die Querbewegung unter Umständen in Konstruktionseinheit mit den anderen zu denken.
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Richtung, beeinflusst werden kann, gibt erst dem Sehlagflügel die unerlässliche Beweglichkeit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Beeinflussung der Schlagvorrichtung, z. B. durch Drehung des ganzen Systems relativ zum Flugzeugkörper oder durch Beeinflussung der Phasen der beiden gegenläufigen Schwunggewiehte erfolgt. Die Phasenverschiebung wird beispielsweise durch Drehung eines der Schwunggewichte relativ zu seiner Achse oder bei Planetengetriebe sehr bequem durch Drehung des stillstehenden Zahn-oder Kettenrades bewirkt.
Durch den Einfluss der verschiedenen Bewegungswiderstände wird der Aufschlag des Flügels
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Seil u. dgl. sind leicht Verschiedenheiten in der Geschwindigkeit zu erreichen in ökonomischerer Weise als beispielsweise bei Ellipsenzahnrädern.
Für den Antrieb von Schwungarmen im Gegenlauf und von verschiedener rmlaufzahl kann nan stets mit einer Welle W auskommen und die Kräfte auf die verschiedenen Arme mit Hilfe irgendeines Übertragungsmittels, Kegelplanetengetriebe, Kette u. dgl. übertragen. Besonders wichtig'sind hier Planetengetriebe.
Es sei noch betont, dass alles, was hier für den Drehschlagflügel (mit Drehpunkt L) entwickelt worden ist, auch für den Sehlagflügel gilt, der sich in anderer Art bewegt, z. B. den Parallelschlaflügel. wo die Bewegung in einer Parallelverschiebung besteht.
Bei der obigen Beschreibung des Schleudergetriebes wurde von der Betrachtung des einfachen Falles ausgegangen, wo eine exzentrisch rotierende Masse c auf eine zweite a durch Sehleuderkräfte einwirkt und sie in Oszillationen versetzt.
In den meisten Fällen liegen die Verhältnisse so. dass sich die physikalischen Vorgänge nicht mehr überwiegend als ein Hin-und Herspielen der Energie zwischen den beiden Massen auffassen lassen. Im folgenden sollen nun Anordnungen behandelt werden. wo durch die Natur des Apparates oder durch besonders geschaffene konstruktive Einrichtungen weitere Energiespeieher vorliegen, die untf'r Froständen von Nutzen sind.
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zunächst in den aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Schlag mit verschiedener Stärke. Sinkt der mittlere Anpressungskdruck noch weiter. so tritt nur für jede zweite, dritte usw. Umdrehung ein Aufschlag' ein.
Die Schwunggewichte überschlagen sich gewissermassen einmal oder öfter, während der Bär noch
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(Fig. 16) erfolgt schon, wenn die Zentrifugalkraft noch nach unten wirkt. Die Schwunggewichte müssen also einen toten Winkel (J. durchlaufen. bis ihre Zentrifugalkraft eine Vertikalkomponente nach oben erhalten hat. die gross genug ist. das Bärgewieht und eventuell die Federkraft zu überwinden und die
Hubperiode einzuleiten.
Wie beim Flugzeug ist auch bei Hämmern, vor allem beim Handhammer eine starke Vorspannung der Feder zur Verminderung von Vibrationen von Wichtigkeit.
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Es sei erwähnt. dass bei Handhämmern die dynamische Aufhebung der Seitenkräfte, wie bei der Verwendung zweier gegenläufiger Sehwunggewiehte. besonders wichtig ist. da nicht immer eine feste Führung des Bärs vorgesehen werden kann.
In der Beschreibung weiter oben ist eine einfache Formel zur Berechnung des Oscillationsweges (beim Hammer, des Hubes) s. gegeben worden, die sich auf den Fall bezieht, dass nur zwei Massen, eine o mit einem Drehradius r rotierend. die zweite a völlig frei oseillierend. in Betracht kommen :
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gilt diese Formel natürlich nicht mehr. Durch Einengung mit Begrenzern kann s kleiner gemacht werden.
Beim Hammer wird der Hub. weil nach jedem Schlage immer wieder ein neues Spiel einsetzt und der Dauerzustand, auf den sich die Formel bezieht, nie erreicht wird. erheblich grösser, es sei denn, dass der Federimpuls sehr gross wird. Uns interessiert hier ein Verfahren. durch das der Hub und die Aufschlagsgeschwindigkeit wesentlich steigt, weil dadurch ein Mittel gegeben ist. um mit kleinen Sehwunggewichten an ganz kurzem Drehradius grosse Wirkungen zu erzielen.
Der Erklärung möge ein Hammer zugrunde gelegt werden, und zw. der Einfachheit halber, eine Ramme, bei der der Bär so schwer sei, dass eine obere Feder entbehrlich wird. Das Gewicht der Ramme spielt aber, wie oben erläutert, nur die Rolle einer Feder mit konstanter Druckkraft nach unten. Beim
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vollständig im Schlage entlädt, sondern zumgiösseren oder geringeren Teil in diesen Federn aufgespeichert wird. Fig. 19 und 17. wo die Feder F zugleich einen Schutz für Lager und Getriebe bildet, stellen eine
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nicht die Geschwindigkeit e, von der beim ersten Schlag ausgegangen wurde, sondern eine gewisse Anfangsgeschwindigkeit. die als Rückprall- oder als Reflexgeschwindigkeit bezeichnet werden möge, Zu dieser
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abhängt.
Die Feder F muss sehr steif sein und kann unter Umständen die Form eines massiven Stahl- stückes (Hammerbär selbst. Meisselkörper u. dgl.) annelimen.
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Ungleichförmigkeiten auf und 82 den Rest.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Umsetzung von drehender in pendelnd fortschreitende Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bewegende Körper durch an ihm gelagerte umlaufende Schwunggewichte in Hin-und Herbewegung versetzt und dabei dutch eine nur in einer dieser Richtungen wirkenden Zusatzkraft oder durch verschiedenen Widerstand in den beiden Sehwingungsiiehtungen weiter bewegt whd.