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Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsübertragung mittels unsymmetrisch
schwingender Gebilde Es ist bekannt, daß gewisse mechanische Arbeiten nur durch
unsymmetrisch wirkende hin und her gehende Systeme geleistet werden können. So z.
B. kann man Massengüter dadurch fördern und auch heben, daß man sie zunächst in
der Förderrichtung beschleunigt und dann, wenn sie eine gewisse Geschwindigkeit
angenommen haben, unter Ausnützung ihrer lebendigen Kraft und Trägheit den Fördermechanismus
so rasch zurückzieht, daß er, noch vordem das Fördergut zur Ruhe gekommen ist, aufs
neue beschleunigend in der Förderrichtung zu wirken vermag.
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Solche Mechanismen sind mit zwangläufigem Antriebe versehen gebaut
worden, arbeiten an sich gut, verbrauchen aber namentlich bei größeren Geschwindigkeiten
so große Leistungen, daß sie nur in beschränktem Maße Anwendung fanden.
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In letzter Zeit sind mechanisch schwingende abgestimmte und lose gekoppelte
Mechanismen bekannt geworden, die mit einem ganz vorzüglichen Wirkungsgrad. bei
symmetrisch-verlaufenden Schwingungen arbeiten.
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Man hat; auch solche Vorrichtungen zu Förderzwecken geeignet gemacht,
war aber genötigt, zu diesem Zwecke konstruktive Organe, z. B. schräg stehende Federn
oder Pendel usw., einzuführen, die mit dem an sich symmetrischen Schwingungsvorgang
einen Schaufelwurfvorgang vereinigten. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung
betrifft ein Verfahren bzw. ein schwingungsfähiges lose gekoppeltes Gebilde, durch
welches bei gleichbleibender Schwingungsenergie beim Hingang eine Halbschwingung
erzeugt wird, die von der beim Hergang erzeugten Halbschwingung in bezug auf ihre
Frequenz bis zu einem Vielfachen abweicht. Der Schwingungsvorgang verläuft nach
den Kurven Fig. z und Fig. 2.
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Die schwingende Masse wird aus ihrer Mittellage 0 mit der maximalen
Geschwindigkeit I' nach außen bewegt und erzeugt nach 1/4 Periode im elastischen
Mittel die maximale Spannung P. Nach Umkehr der Bewegungsrichtung beschleunigt die
Kraft P wiederum die sch:;#ingende Masse, die nach einer weiteren 13-Periode wieder
die Geschwindigkeit L' aufweist. In der nächsten 1/4 Periode, die in 1,/3 der Zeit
verläuft wie je eine der beiden vorhergehenden Viertel, steigt jedoch die Spannung
auf P,_= 3 P, um nach Verlauf eines weiteren Viertels wieder auf Null abzufallen
und dabei der schwingenden Masse aufs neue die Geschwindigkeit V zu erteilen usf.
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Fig. 2 zeigt die Arbeitskurve des beschriebenen Vorganges, woraus
sich ergibt, daß die kinetische Energie in periodischer Folge in potentielle umgewandelt
wird und umgekehrt. Ferner, daß die potentielle Aufladung nach der einen Richtung
hin in kürzerer Zeit erfolgt
als nach der anderen und schließlich,
daß die kinetische einmal rasch ansteigt, um langsam abzufallen und einmal langsam
ansteigt, um rasch abzufallen. In allen Fällen bleibt nach dem Gesetz von der Erhaltung
der Energie während des Schwingungsvorganges unter Voraussetzung kontinuierlicher
Entnahme die Schwingungsenergie gleich. D. h. die in irgendeinem Zeitpunkt vorhandene
potentielle Energie plus der in demselben Zeitpunkt vorhandenen kinetischen Energie
entspricht trotz der Unsymmetrie des Schwingungsvorganges der gesamten Schwingungsenergie,
gleichgültig, ob dieselbe kinetisch als
oder potentiell als (p-f) - ausgedrückt wird, so daß ein vollkommen
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geschlossener Arbeitsprozeß entsteht und das vorliegende System in bezug
auf Energieakku mulierung usw. genau so arbeitet wie ein symmetrisch schwingendes
Sieb.
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Der beschriebene Schwingungsvorgang wird in dem nachfolgend beschriebenen
und dargestellten Fördermechanismus verwirklicht.
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In Fig. 3 bedeutet a den aus Einzelelementen zusammengesetzten eigentlichen
Rinnenkörper und c den in ähnlicher Weise zusammengesetzten Fundamentkörper. Beide
sind durch Federn b miteinander verbunden. Die Binnenkörper können irgendwelche
beliebigen Formen haben und durch Verschraubung s oder durch Anwendung beliebig
anderer Verschlüsse zusammengesetzt werden. Dasselbe gilt von den Fundamentkörpern,
die außerdem wegen der einseitigen Wirkung der Rinne in gewissen Abständen mit Sporen
i versehen sein können. Im übrigen kann der Fundamentkörper nach Art der Binnenkörper
sowohl als Blechprofil als auch als Gitterträger ausgebildet sein.
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In Fig. q. ist ein Querschnitt durch Rinnen und Fundamentkörper dargestellt.
a bedeutet wieder den Binnenkörper, c den Fundamentkörper, und zwar ist die linke
Hälfte in Nähe einer Verschraubungsstelle s, die rechte Hälfte in Nähe einer Stützfeder
b geschnitten.
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Fig. 5 zeigt eines der von der Seite, gesehenen elastischen Mittel.
Die Feder b ist beiderseits mit Anlageflächen ausgestattet, die von den zur Befestigung
der Federn an den Fundamentkörpern und den Rinnenkörpern a dienenden Winkeln d gebildet
werden. Diese Winkel sind nun so gestaltet, daß sie nach der Förderrichtung eine
größere Federkraft P wirksam werden lassen als in umgekehrter Richtung. Hierbei
wälzt sich die Feder, die ihrer ganzen Länge nach gleichen Querschnitt aufweist,
so auf der Kurve ab, daß sich ihre Hebellänge und dementsprechend ihre Eigenperiode
mit fortschreitender Durchbiegung verkürzt. Da der anliegende Teil der Feder keine
weitere Durchbiegung erfährt, so kann sie auch keine über die vorbestimmte Krümmung
hinausgehende Beanspruchung erfahren. Die Feder ist somit in weitgehendem Maße gegenüber
Beanspruchung und Bruch gesichert. An ihren freien Enden können die Wälzbahnen durch
besondere Laschen f verbunden und mit dem Fundamentkörper bei i mit dem Rinnenkörper
verschraubt werden. Die Feder b bildet dann mit dem Winkel d ein auswechselbares
Ersatzstück, welches durch Lösen von 8 Schraubverbindungen rasch und leicht ersetzt
werden kann. Die einzelnen Winkel d können im Querschnitt so ausgebildet sein, daß
sie nach außen hin abfallen und in den Zwischenraum eindringende Fremdkörper, Kohlengrumen
o. dgl. von der schwingenden Feder selbsttätig herausgearbeitet werden.
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Fig. 6 und 7 stellt eine Umkehrkoppelung dar, wie sie bei großer Länge
der Förderrinne etwa in der Mitte ihrer Gesamtlänge eingeschaltet werden kann, um
einen Ausgleich evtl. einseitig wirkender Kräfte zu bewirken. a1 ist ein Stück Förderrinne,
an welches die eine Hälfte der Gesamtrinne angeschraubt werden kann und welche daher
deren Bewegung mitmacht. a2 ist ein gleiches, an die andere Hälfte der Rinne anzuschraubendes
Rinnenstück, welches mit dem Stück ai durch einen Umkehrhebel u mittels zweier Lenker
v verbunden ist und daher dem angeschlossenen Binnenteil eine' jeweils entgegengesetzte
Bewegungsrichtung erteilt. Die Fundamentkörper der beiden Binnenhälften sind durch
das Fundamentstück cl, welches beiderseits Verschraubungen besitzt, fest verbunden.
Der Drehpunkt des Umkehrhebels ie ist indessen nicht fest gelagert, sondern an einen
Hebel k, welcher einerseits einen Drehpunkt bei va, andererseits ein Koppelgewicht
w aufweist. Diese Anordnungbewirkt, daß die Amplitude der antreibenden Binnenhälfte
eine andere Größe besitzen kann als diejenige der durch diese Vorrichtung angetriebenen
Hälfte, wobei diese letztere durch Verstellen des Koppelgewichtes w geändert werden
kann. An Stelle der hier beispielsweise dargestellten Trägheitskoppelung kann auch
eine elastische oder beliebig andere Koppelart treten.
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Fig. 8 zeigt den Antrieb der Gesamtrinne. Ein Elektromotor M ist auf
einem Stück Fundamentkörper c'2 durch Pendelstützen P, p getragen, beiderseits mit
Wellenstumpf und einer vorteilhafterweise in der Länge verstellbaren Kurbel g versehen.
Die Kurbeln sind durch Pleuelstangen h mit einem Verbindungsstück s1 gelenkig verbunden,
welches an das eine oder andere Ende der Gesamtrinne angeschraubt werden kann. Auch
das Fundamentstück cl wird durch Verschrauben mit dem Fundamentkörper der Gesamtrinne
verbunden. Die Wirkungsweise dieser Antriebsvorrichtung ist folgende: Zunächst wird
im Ruhezustand der
Motor M infolge der Pleuelstangen 7a etwa in
Mittelstellung gehalten, da die Kraft der Stützfedern b der Gesamtrinne nach Verschraubung
des Antriebsaggregats mit der Rinne auch auf die Masse des Motors wirkt. Nach Inbetriebsetzung
des Motors muß er auf seinen Stützen hin und her pendeln, wobei er eine periodische
Rückwirkung auf den Rinnenkörper ausübt. Diese Wirkung des Motors 1V1 kann zum Zwecke
der Einstellung einer losen Koppelung durch ein verstellbar angebrachtes zusätzliches
Gewicht G entsprechend geändert werden.
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Die einzelnen konstruktiven Anordnungen können nur als beispielsweise
Anordnungen angesehen werden, z. B. können die Rinnenkörper sowohl als auch die
Fundamentkörper von ganz verschiedener Form und Bauart sein und mittels beliebiger
V erschlußstücke aneinander befestigt werden. Ebenso kann die elastische Wirkung
durch Federn verschiedener Form oder Materials und auch durch Gummipolster, Luftkissen,
Wirkung des Erdfeldes u. dgl. erzielt werden.
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Bei den Koppelvorrichtungen, die zur Erregung oder zur Bewegungsumkehr
dienen, können Massenkopplungen, elastische Kopplungen, Widerstandskopplungen und
Zeitkopplungen auf potentiellem oder kinetischem Wege energieübertragend wirken.
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Ebenso kann der Antriebsmotor durch Elektrizität, Benzin, Preßluft
oder andere Betriebsmittel gespeist werden, oder die erforderliche Antriebsenergie
kann der Kurbel durch Riemen, Kette oder beliebige andere Bewegungsvorgänge zugeführt
werden.
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Der Erfindungsgegenstand wirkt im einzelnen und in seiner Gesamtheit
wie folgt Die Feder b (Fig. 5), die sich zwischen unsymmetrisch angeordnete Kurvenflächen
abwälzt, kann nach der einen Richtung hin um etwa 5, nach der anderen um etwa 15
mm durchgebogen werden, und zwar muß, wenn dieselbe lebendige Kraft
auf etwa 5 mm Weg aufgenommen werden soll, die in der anderen Richtung auf einer
15 mm langen Wegstrecke in potentielle Form gebracht wird, die Kraft P1 = 3 P sein
(Fig. i und 2). Ist diese Bedingung erfüllt, dann kann jeder einzelne Rutschenkörper,
d. h. jedes durch Federn an seiner Unterlage befestigte Rinnenblech, als ein relativ
ungedämpftes, schwingungsfähiges, unsymmetrisch wirkendes Gebilde angesehen werden,
welches entsprechend seiner Eigenfrequenz unsymmetrisch verlaufende Schwingungen
ausführt.
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:Ulan kann somit, wie für symmetrisch wirkende schwingungsfähige Gebilde
bereits in Patent 424 921 gezeigt ist, aus solchen einzelnen Rinnenblechen eine
Gesamtrinne von beliebiger Länge zusammensetzen, die dann in bezug auf Eigenfrequenz,
unsymmetrische Wirkung, Dämpfung und Schwingungsweite usw. dieselben Eigenschaften
aufweist wie jedes einzelne Rinnenblech und durch jede lose Kopplung, z. B. durch
den nach Fig. 8 angelenkten Motor, erregt werden kann.
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Da sich die schwingende Energie je nach dem Dämpfungsdekrement auf
den io- bis 2ofachen Betrag des Arbeitsverbrauches hinaufschaukelt, so muß in allen
Fällen, in denen die Schwingungsenergie in einzelnen elastischen Mitteln konzentriert
wird, dieses vervielfältigte Energiequantum von Rinnenblech zu Rinnenblech übertragen
werden, während bei der im vorliegenden Fall angewandten Dezentralisation der elastischen
Mittel nur die durch Dämpfung verbrauchte Energie von Rinnenblech zu Rinnenblech
übertragen wird. Außerdem können sich bei Übertragung dieser kleinen Energiequantitäten
keine Schwingungsknoten innerhalb des Gesamtkörpers ausbilden, und vor allem können
die gefürchteten Materialzerstörungen bei den Einzelblechen nicht auftreten. Die
Ausbildung von Querschwingungen, die durch Federn mit großer Schräglage hervorgerufen
und durch Kopplungen, die nach Art der Unbalance alle Freiheitsgrade aufweisen,
gefördert wird, ist im vorliegenden Falle verhindert. Die Querschwingungen beanspruchen
das Fundament, bzw. sie bewirken ein Hüpfen der nicht fundierten Rinne. Die Schräglage
der Federn ist im vorliegenden Falle so gewählt, daß durch die Querkomponente lediglich
die Reibung des zu fördernden Materials an der Rinne vermindert wird, somit ein
Hüpfen auch bei der nicht fundierten Rinne nicht zu befürchten ist.
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Es ergibt sich also aus obigem, daß die in Fig. 5 abgebildete Feder
als energieakkumulierende Feder im schwingungsfähigen Gebilde, als Stützfeder der
Rinnenkörper, als Lenkerfeder für die zu erzielende Wegkurve und als unsymmetrisch
und unharmonisch wirkendes elastisches Mittel arbeitet.
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Die beschriebene Vorrichtung stellt somit ein mechanisches schwingungsfähiges
Gebilde dar, welches, wie in Fig. i und 2 veranschaulicht, unsymmetrische und unharmonische
Schwingungen ausführt. . Da sich die Eigenperiode unharmonisch schwingender Systeme
mit dem Ausschlag ändert - im vorliegenden Falle mit ihm steigt -, so kann durch
geeignete Gestaltung des elastischen Mittels (z. B. der Kurvenwahl) erzielt werden,
daß in weiten Grenzen die Eigenperiode der Erregerfrequenz voraneilt, die Resonanzlage
also in diesem Bereich nicht erreicht und auch nicht überschritten werden kann.
Bei solchen Systemen, die also immer kurz vor der Resonanzlage arbeiten, wird somit
der vorzügliche Wirkungsgrad abgestimmter Systeme erreicht und bleibt in weiten
Grenzen erhalten, ohne daß die Erregerfrequenz gleichgehalten, d. h. in der Tat
abgestimmt wird.
Mittel an den beanspruchten Stellen konstanten
Querschnitt aufweist.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere schwingende Körper zur Herstellung einer Förderrinne miteinander zu einem
schwingungsfähigen Gebilde vereinigt sind, das dann dieselbe oder annähernd dieselbe
Charakteristik aufweist wie die Einzelkörper.
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B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fördermechanismus
durch eine beliebige lose Kopplung in der Nähe der Förderebene erregt wird, wobei
die der Energiequelle benachbarten Binnenbleche nicht die im schwingenden System
akkumulierte Energie, sondern nur die Koppelenergie bzw. Koppelleistung auf die
nachfolgenden Rinnenkörper zuübertragenhaben.
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g. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erregerleistung durch Änderung eines Kopplungsgliedes wie der Trägheit, des
Kurbelweges oder der elastischen Eigenschaften änderbar ist.
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=o. Vorrichtung nach Anspruch 3 und folgende, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei schwingende Gebilde durch einen Umkehrhebel verbunden werden und der Drehpunkt
des Hebels auf einem losen Koppelorgan liegt, so daß das gekoppelte System mit einer
vom Widerstande abhängigen und vom treibenden System verschiedenen Amplitude schwingen
kann.