Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung von drehender in pendelnd fortschreitende Bewegung. Gegenstand der Erfindung sind ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung von drehender in pendelnd fortschreitende Bewegung.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass bei einem durch mindestens ein an ihm gelagertes, umlaufendes Schwung gewicht, in Hin- und Herbewegung versetz ten Körper die Amplitude dieser Bewegung derart beeinflusst wird, dass Kraftimpulse auftreten, durch welche der pendelnde Kör per zugleich fortschreitend bewegt wird.
Im Nachfolgenden werden als Beispiele verschiedene Ausführungsarten des Verfah rens, sowie Vorrichtungen zur Ausübung des selben beschrieben.
Zur Erläuterung des Wesens der Erfin dung sei zunächst die in Fig. 1 der Zeich nung dargestellte beispielsweise Ausführungs form der Vorrichtung betrachtet.
In Fig. 1 soll eine Masse a zwischen den Führungsbacken<I>f, f</I> in horizontaler Richtung gleiten können. Um die in a ge- lagerte Achse c ist der Arm s drehbar, an dem ein Gewicht o angebracht ist. Treibt man o um, so wirkt die entstehende Zentri fugalkraft R beschleunigend oder verzögernd auf a.. <I>a</I> wird unter dem Einfluss der Kräfte <I>H</I> - R . cos <I>a</I> in oszillierende Bewegung versetzt.
Der gesamte, von a bei einem Hin- und Hergang zurückgelegte Weg z (in der Zeich nung nicht an(y-egeben) ist bei Absehen von Bewegungswiderständen ganz unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Welle c gedreht wird, vorausgesetzt, dass die Touren zahl konstant und nicht zu gering ist. Der Körper a bewegt sich auf einem Wege von gegebener Länge hin- und her, gerade 'so, als 6b er von einer Kurbel mit unendlich langer Schubstange getrieben würde.
Mass gebend für die Bewegung ist das Gesetz von der Erhaltung des Schwerpunktes, das heisst, gleichgültig, in welcher Lage sich das Schwunggewicht befindet, stellt sich der Ge samtkörper so ein, dass bei der gezeigten An- ordnung der Schwerpunkt des gesamten be wegten Systems keine Bewegung in Rich tung der Hin- und Herbewegung des Kör pers a ausführt.
Die Lage des Pendelweges im Raume ist nicht an und für sich bestimmt. Beim vor liegenden Ausführungsbeispiel wird sie durch die Führungen f und durch Hubbegrenzer oder Prellstücke d und e festgelegt. Der Ab stand d-e ist etwas kleiner als z zu be messen. Die Differenz wird durch Federei, entweder an<I>d</I> und e oder an<I>a,</I> elastisch aufgenommen.
Praktisch kann man ohne Kraftaufwand durch Verschiebung der Be grenzer d-e die Lage des Weges z inner halb der Führungen f nach Belieben ein stellen. "Werden zum Beispiel beide Begren zer nach rechts verschoben, so wird die Am plitude bei der Bewegung des Körpers nach links verkürzt, der Körper schlägt gegen den linken Begrenzer stärker auf als vor der Ver stellung, und es wird ihm von diesem Be grenzer eine Impulskraft erteilt, unter deren Wirkung der Gesamtschwerpunkt von Kör per und Schwunggewicht nach rechts ver schoben wird; es entsteht somit eine fort schreitende Bewegung des Körpers a im Sinne der Verstellung der Begrenzer.
Würde man die Begrenzer d, e in ihrer einmal eingestell ten Lage belassen, so ergäbe sich zu Beginn der Umlaufbewegung des Schwungewichtes in der Regel zunächst eine fortschreitende Bewegung des Körpers a, die nachher in eine Pendelbewegung an Ort übergehen würde.
Diese Erkenntnis, nämlich, dass man durch Beeinflussung der Amplitude der Pendelbewegung, zum Beispiel durch Ver stellen von Begrenzern, eine pendelnd fort schreitende Bewegung erzeugen kann, bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung nach Fig. 1 tritt eine unbequeme Seiten kraft V - P . sin a auf. Diese kann ver mieden und dadurch eine Führung des Kör pers erübrigt werden, wenn man zwei Schwunggewichte o' und o2 (Fig. 2) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit in einander entgegengesetztem Drehsinne umlaufen lässt. Aus P' <B>und</B> R\ resultiert eine Nutzkraft H. In diesem Falle heben sich auch die Kreisel wirkungen der Schtvunggewichte auf das System gegenseitig auf.
Durch gegenseitiges Verschieben der Schwingungsphasen von gegenläufigen Schwunggewichten kann die Schwingungs richtung des pendelnden Körpers geändert werden. Die Begrenzer müssen dann der neuen Schwingungsrichtung des Körpers a.n- gepasst werden.
Der Antrieb der Welle c kann auf be liebige Weise erfolgen, beispielsweise durch Riemen- und Seilantrieb, eine nachgiebige Welle, sei es, dass die ganze Welle flexibel ist, sei es, dass an ihren Enden Kardan- kupplungen sich befinden und ausserdem Nachgiebigkeit durch gegenseitige Verschie bung von Teilen in der Längsrichtung vor gesehen ist. Auch Vierkantwellen und ähn liche Mittel zur Kraftübertragung, unter Um ständen auch elektrischer Antrieb, kommen in Betracht.
Nun kann es vorkommen, da,ss die Schwungarme S unerwünscht lang oder die Gewichte 0 zu schwer werden. Dann kann man sich durch die in den Fig. 3 und -4 ge zeigte Anordnung von Schwungarm und Schwunggewicht helfen.
In Fig. 3 ist 1V1 die Antriebswelle, wel che auf dem nicht gezeigten geführten Kör per gelagert ist, dem durch das rotierende Schwunggewicht 0 eine hin- und hergehende Bewegung erteilt werden soll, die durch Verstellen von die Amplitude dieser hin- und hergehenden Bewegung beeinflussenden Be grenzern in eine pendelnd fortschreitende Bewegung -umgesetzt werden soll.
Der Schwunggewiehtsarm besteht aus zwei Tei len S' und 82. 82 trägt das Schwunggewicht 0. S1 dreht sich um die Welle W1 und trägt am andern Ende die Achse W2, um die der Arm S= drehbar angeordnet ist. Je nach der Art der von SZ ausgeführten Eigenbewegungen kann unter Umständen ein besonderer Charakter des Kräftediagrammes oder eine Schwunggewichtsersparnis erzielt werden.
In den Fig: 3 und 4 ist die Teilung des Schwungarmes bei zwangsweisem An trieb von SZ relativ zu S' dargestellt. Das Kettenrad R1 drehe sieh nicht, R2 sei mit SZ durch Zahnrädergetriebe (nicht gezeich net) mit der Übersetzung 1:2 über WZ ver bunden. Um R' und R2 sei die Kette K ge legt. Treibt man W1 und S' im Sinne des eingezeichneten Pfeils an, so dreht sich S2 und damit O im Sinne des eingezeichneten Pfeils.
Ist zum Beispiel der Durchmesser von R\ gleich dem von R', so wird die Winkelgeschwindigkeit von SZ relativ zu S' doppelt so gross wie die absolute Winkel geschwindigkeit von S' selbst. Nach<B>90'</B> Drehung von S' in die Lage Fig. 4 haben die Arme die dort bezeichnete Stellung ein genommen.
Hier ist die Zentrifugalkraft kleiner als in der Stellung Fig. 3, in wel cher infolge der doppelten relativen Winkel geschwindigkeit von SZ gegenüber S' die Zentrifugalwirkung von einer bestimmten Grösse von S2 gegenüber S' an grösser ist, als wenn 0 an einem ungeteilten Arm von der Länge S1 -i- S2 befestigt wäre. Natür lich kann der Kettentrieb durch Zahnrad getriebe oder irgend ein anderes Übertragungs mittel ersetzt werden.
Durch Drehen des Ra des R' kann mit Leichtigkeit die Schwin gungsrichtung des Körpers, falls derselbe nicht geführt ist, geändert werden, was zum Beispiel bei der Anwendung von Schwung- gewichten zur Bewegung von. Schlagflügeln bei Flugzeugen von Bedeutung ist. Die ver stellbaren, zur Verursachung der fortschrei tenden Bewegung dienenden Begrenzer müs sen selbstverständlich dieser Änderung der Schwingungsrichtung des Körpers angepasst werden können.
Der geometrische Ort des Massenschwerpunktes des Schwunggewichtes 0 ist eine Art Hypozykloide gegenüber dem als relative Bahn zum Schwingungskörper be schriebenen Kreis beim steifen Schwungarm (s@ + s2).
Ohne das Verfahren grundsätzlich zu än dern, können die Oszillationsbahnen des Kör pers die verschiedensten Formen annehmen. Sie können gerade Linien oder beliebige ebene räumliche Kurven sein. Die Erzeugung sol cher Bahnen ist für die verschiedensten Zwecke von Bedeutung.
In den Fig. 1 und 2 sind die Begrenzer d und e mit Federn versehen. Durch die Fe dern wird Arbeit während des einen Schwin gungsteils aufgespeichert und während des folgenden Schwingungsteils wieder an den Körper abgegeben. Diese Rolle der Federn kann zu einer sehr erheblichen werden. Man kann zur Verminderung der Vibration und zur Erzielung einer stets annähernd gleichgrossen Impulskraft den Federn auch eine möglichst grosse Vorspannung geben, das heisst sie von vorneherein so stark zu sammendrücken, dass eine weitere Kompres sion oder eine Expansion während des Ar beitsvorganges die Federkraft fast gar nicht ändert.
Die Begrenzerfedern können auch so aus gebildet sein, dass sie ihre Kraft längere Zeit ausüben.
In den Fig. 5 bis 9 sind Ausführungs- beispiele der Umsetzung von drehender in pendelnd fortschreitende Bewegung auf einen Hammer mit - Schwunggewicht angewendet dargestellt. In Fig. 5 bezeichnet H den Ham merkörper, zum Beispiel einen Meissel oder ein Nietwerkzeug, an. welchem der Arm r mit dem umlaufenden Schwunggewicht 0 ge lagert ist.
A ist der Amböss' bezw. das Werk stück ünd F ist eine 'obere Begrenzerfeder. Der untere Begienzer wird vom Werkstück auf dem Amboss gebildet: B ist das Hammer gehäuse und G stellt einen Handgriff vor.
Die Begrenzerfeder F wirkt als Energie speicher während des Hochganges des Ham mers und als Beschleunigungsmittel während des Schlagweges und lässt einen Kraftimpuls, einen Impulsdruck auf den Hammerkörper entstehen-, welchen Druck die Feder ander seits an das Gehäuse B, den Griff G und damit an die Hand weitergibt.
Die fort schreitende Bewegung "des liin- und her geh-enden Hammerbärs H wird durch Ver stellen des durch die Feder F gebildeten Be grenzers bewirkt, dadurch, däss 'der Hand- griff immer mehr nach dctii Werkstrick liiii 1mwegt wird.
Diese pendelnd fortschreitende Bewegung des Hammerbärs öder Werkzeuges wird, und zwar auch bei gleichbleibender =iinplitude der Pendelbewegung, ermöglicht durch das Ausweichen des Werkstückes, zum Beispiel Stauchen desselben oder Eindringen des lifeissels in das Werkstück. Je nachdem das Werkzeug stärker oder schwächer gegen das Werkstück hin gepresst wird, das heisst die Amplitude mehr oder weniger begrenzt wird, wird sich das Verhältnis
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gleich:
Weg ohne Feclerdrucli:, dividiert durch 'Weg mit Federdruck, ändern und damit die Zahl der Schläge in der Sekunde. Infolge des Rücl@stosses des Meissels H wird zwischen ZZ'erkzeug und Werkstück immer freies Spiel für die Werkzeugbewegung bleiben.
Sobald der Anpressungsdrurk (mittlerer Federdruck) einen kritischen Wert unterschreitet, erfolgt z um ächst in den aufeinanderfolgenden Um- drehungen der Schlag mit verschiedener Stärke. Sinkt der mittlere AnpressungsdruclL noch weiter. so tritt nur für jede zweite, dritte etc. Umdrehung ein Aufschlag ein.
Die Schwunggewichte überschlagen sich Gle- ivissermassen einmal oder öfter, während der Bär noch unterct,egs ist. Bei höheren Drücken als dem kritischen ergibt sich für jede Pe riode ein Schlag; es stellt sich aber toter Gang der Schwunggewichte ein, das heisst der Auf schlag des Bärs H auf das Werkstuck A er folgt schon, wenn die Zentrifugalkraft noch nach unten wirkt.
Die Schwunggewichte müs sen also einen toten Winkel (in Fig. 6 mit a angedeutet) durchlaufen, während welcher Zeit der Bär am Werkstück bleibt, bis ihre Zentrifugalli:raft eine Vertikalkomponente nach oben erhalten hat, die gross genug ist, das Bargewicht und eventuell die Federkraft zu überwinden und die Hubperiode einzu leiten.
Bei v ertihalen, sehr schweren Hämmern (Rammen) wird die die Auf- und Ab bewegung des Bärs behufs Erzielung einer nach unten fortschreitenden Bewegung des selben beeinflussende Kraft der obern Be- grenzerfeder durch die Schwerkraft ersetzt, so dass man gar keine Feder brauchte, es sei denn, däss es zweckmässig erscheint, die St-hwerlzraft zu unterstützen, den Hub zu verringern oder die Schlagkraft zu regulie ren:
Diese Regulierung kann durch Änderung der Federhaft selbst (verschiedene Kom pression, Einschaltung von einer oder meh reren Federn, Festhalten von Windungen und dergleichen) oder aber auch durch Än derung der Zeit bewirkt werden, während welcher der Hammerbär unter der Federkraft steht.
Bei Handhämmern mit Sehwunggewich- ten spielt das Gewicht des Bärs gegenüber der Federluaft der Begrenzerfedern meist nur eine geringe Rolle in bezug auf die Schlagwirkung, besonders wenn diese Werk zeuge mit der Schlagrichtung nach oben oder in horizontaler und schräger Schlagrichtung benutzt werden.
Um die Lager der Schwunggewichte und das Getriebe derselben gegen den Stoss beim Aufschlag des Hammers zu schützen, kön nen diese durch eine Feder I' gegen den eigentlichen Bär II abgefedert werden. Diese Ausführung ist in Fig. 7 gezeigt.
Es sei erwähnt, dass oft auch bei Hand hämmern die dynamische Aufhebung der Seitenkräfte, zum Beispiel durch Verwendung zweier gegenläufiger Schwunggewichte, er forderlich ist, da nicht immer eine feste Füh rung des Bärs vorgesehen werden kann.
Unter Umständen ist es nützlich, eine un tere Begrenzerfeder bei Hämmern mit Schwunggewichten vorzusehen; wenn sie frei lich auch nicht so stark sein darf, d.ass sie die ganze Arbeit des Hammerbärs aufnimmt. Diese Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt.
Der nachfolgenden Erklärung der Wir kung der untern Begrenzerfedern beim Ham mer möge der Einfachheit halber eine Ramme zugrunde gelegt werden, bei der der Bär so schwer sei, dass eine obere Feder entbehrlich wird. Das Gewicht der Ramme spielt, wie oben erläutert, die Rolle einer Feder mit kon stanter Druckkraft nach unten.
Beim Amboss (Rammpfahl) A oder am Hammerbär H (Fig. 8) seien Federn I' vorgesehen, die eine gewisse Strecke vor dem Aufschlage zusam mengepresst werden, so dass die Arbeit des Bärs H, % <I>M .</I> v2, sich nicht vollständig im Schlage des Bärs auf den Amboss entlädt, sondern zu einem grösseren oder geringeren Teil in diesen Federn aufgespeichert wird.
Fig. 7 und 9 (wo die Feder 1' zugleich einen Schutz für Lager und Getriebe vom Schwung- gewicht bildet) stellen eine etwas andere Anordnung dar, wobei aber die gleiche Er scheinung eintritt. Geht man (Fig. 8) von dem Zustande aus, wo noch kein Schlag er folgt ist, und der Bär H auf dem Amboss ruht, so wird durch die Zentrifugalkraft der Schwunggewichte der Bär von der Geschwin digkeit Null aus nach oben beschleunigt. Er erreicht eine gewisse Höhe und fällt dann unter der Wirkung der Schwerkraft und des Zentrifugalzuges herunter.
Nach dem ersten Schlag hat der Bär aber beim Wiedererreichen der oben betrachteten Ausgangslage durch das Freiwerden der in den Federn F auf gespeicherten Arbeit nicht die Geschwindig keit Null, von der vor dem ersten Schlag ausgegangen wurde, sondern bereits eine ge wisse, nach oben gerichtete Anfangsgeschwin digkeit, die als Rückprall- oder als Reflex- geschwindigkeit bezeichnet werden möge. Zu dieser tritt, wie beim ersten Hub, die Be schleunigung durch die Schwunggewichte, so dass der Hammer eine grössere Höhe er reicht als vorher. Infolgedessen ist auch die Aufschlaggeschwindigkeit grösser und mit ihr die Reflexgeschwindigkeit des dritten Hu bes.
Die Steigerung von Spiel zu Spiel geht so weiter bis zu einem Maximum, ,das von dem Verhältnis derReflexgeschwindigkeit zur Aufschlaggeschwindigkeit abhängt. Die Fe der b' muss sehr steif sein und kann unter Umständen die Form eines massiven Stahl stückes (Hammerbär selbst, Meisselkörper und dergleichen) annehmen.
Bei der Ramme ohne obere Begrenzer feder, das heisst bei welcher das Gewicht eine konstant wirkende obere Begrenzerfeder er setzt, ergibt sich infolge Eindringens des Rammpfahls ins Erdreich eine Verstellung des untern Begrenzers, das heisst des Ramm pfahls, und damit eine fortschreitende Be wegung des Rammbärs im Sinne des durch die Schwerkraft ausgeübten Kraftimpulses nach unten. Man kann sich dabei auch eine Verstellung der gedachten, durch das Gewicht dargestellten, obern, konstanten Begrenzer feder denken, denn der Rammbär wird beim eindringenden Rammpfahl jeweils eine tie fere, oberste Lage einnehmen.
Die Wirkungs weise ist analog, wenn statt des eindringen den Rammpfahls ein Werkstück bearbeitet wird.
Die Schwunggewichte können auch bei Flugzeugen mit Schlagflügel angewendet wer den, wobei durch die Rotation der Schwung- gewichte Schwingbewegungen der Flügel er zeugt werden. Auch in diesem Falle werden zum Beispiel, wie vorstehend für den Hammer beschrieben, Federn als Hubbegrenzer ver wendet, und es findet eine pendelnd fort schreitende Bewegung in Richtung des klei neren Widerstandes, das heisst im Sinne eines Auftriebes, statt, da die Flügelflächen so ge formt sind, dass der Luftwiderstand beim Aufschlag kleiner ist als der beim Nieder schlag.
Bei dieser Anwendung kann das Schwunggewicht zum Beispiel durch einen federnd biegsamen Arm nachgiebig mit der Welle verbunden sein, so dass es seine Rota tionsebene auch bei geringen Verschwenkun- gen der Welle beibehalten kann.