EP2929947A2 - Drehmaschine - Google Patents

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EP2929947A2
EP2929947A2 EP15162930.0A EP15162930A EP2929947A2 EP 2929947 A2 EP2929947 A2 EP 2929947A2 EP 15162930 A EP15162930 A EP 15162930A EP 2929947 A2 EP2929947 A2 EP 2929947A2
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EP
European Patent Office
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mass
sector
circular arc
radius
lathe according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15162930.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2929947A3 (de
Inventor
Sebastian Adam
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP2929947A2 publication Critical patent/EP2929947A2/de
Publication of EP2929947A3 publication Critical patent/EP2929947A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the present invention relates to a lathe comprising a circular inner race according to the features in the preamble of claim 1.
  • Linear actuators are known from the prior art, which perform a linear movement with appropriate exposure to energy, such as electrical energy.
  • unbalanced lathes are known from the prior art, in which a periodically changing force protruding from the axis of rotation, which is generated due to the imbalance.
  • a periodically changing force protruding from the axis of rotation which is generated due to the imbalance.
  • Object of the present invention is to provide starting from the prior art, a lathe, which converts a torque coming from a drive into a linear constant force.
  • the lathe has a circular inner raceway and a rotating in the inner race, in particular rotating mass, wherein the mass is offset by a drive in rotation.
  • the inner raceway has a circular arc portion with a constant circular arc radius, wherein the circular arc portion extends over an angular range greater than 180 °, and in a sector which extends over an angular range of less than 180 °, with respect to the circular arc radius smaller sector radius , wherein in each case a transition section is formed at the transition from circular arc section to sector.
  • the inner race is circular in circumference formed by 360 °, wherein a part of the circle is formed by the circular arc portion and the other part formed by the sector. Transition sections are then formed between circular arc section and sector.
  • the circular arc portion is formed between 180 ° and 350 °, more preferably between 200 ° and 330 ° and in particular between 260 ° and 280 °, very particularly preferably around 270 ° circumferentially.
  • the remaining angular range of the sector is then formed with adjacent transition sections. This extends very particularly preferably over approximately 90 ° in the angular range, which is not covered by the circular arc section.
  • the centrifugal force of the rotating rotating mass is not evenly distributed. In an ideal circular circle, the centrifugal force of the rotating mass would cancel, so that the mass is ultimately exposed only to the influence of gravity and in negligible friction losses or other negligible forces to be considered. Due to the fact that the sector is offset radially outwards relative to a center of the circular arc section due to the transitional sections, a greater deflection of the mass takes place in this direction, so that a force result is produced in this direction at constant speed, which torque is in the direction of the torque applied by the drive the force-resultant transforms into a directed constant force.
  • the transition section itself is also curved or circular, wherein a transition radius in the transition section is greater than the circular arc radius of the circular arc section.
  • the transition section is formed linear, with a corresponding straight line tangent to the end point of the circular arc section. Consequently, the last point of the arc section is formed constant or rectilinear or extended. Including the transition sections, the sector is then formed with the sector radius, wherein the sector radius is smaller than the circular arc radius.
  • the mass itself is formed as a solid mass, so that it rotates in particular spherical or roller-shaped with respect to the inner race circumferentially.
  • the mass assumes other geometric shapes. It is relevant that these circulate on the inner raceway. Whether the mass itself carries out a relative movement about a center of mass itself is initially negligible in the context of the invention. The ball or roller then performs around its own center of rotation again a rotational movement, which is negligible in the context of the invention relative to the centrifugal force generated on the inner race.
  • a plurality of masses are simultaneously circulating on the inner raceway.
  • the two masses then preferably each rotated by 180 ° rotate.
  • more than two masses used on an inner race A practically meaningful limitation of the masses lies with approximately 1,000 masses, which are attached at the same time in an orbit.
  • such a large number of masses are used radially in circumference that, depending on the geometric dimensions of the mass, they are evenly distributed with a minimum distance or even without spacing, which then rotate and deflect correspondingly in the region of the sector and thus generate the resultant force.
  • an even number of masses is particularly preferably arranged on an inner raceway.
  • it may also be an odd number of masses arranged circumferentially on an inner race.
  • a correspondingly preferred embodiment variant of the invention provides that the number of masses is to be selected as a function of the rotational speed.
  • the number of masses is to be selected as a function of the rotational speed.
  • a plurality of rotating masses can be arranged on or on an inner raceway.
  • the number of masses is denoted by n.
  • the masses themselves have an angular offset of 360 °: n.
  • a deviation of the angular offset when passing through the transition section or the sector is negligible.
  • the mass itself may also be formed as a fluidic body as an elastic body. By an appropriate device this is kept in shape and runs on the inner race.
  • a relative to the inner race relatively movable disk body or an arm is used, over which the mass against the inner race is set in rotation and according to the torque of the drive is transferable to the mass.
  • a corresponding bearing with a linear degree of freedom is formed on the arm or the disk body for a mass.
  • the linear degree of freedom is oriented in the radial direction, so that the corresponding change in length from arc radius to sector radius is compensated by the bearing and thus the mass circulates adjacent to the inner race and exerts on this the centrifugal force.
  • every rotary machine is conceivable.
  • an electric motor can be used or even an internal combustion engine, in particular in the form of a gasoline or diesel engine.
  • a turbine can be used to drive the mass.
  • the mass rotates on the inner race at a speed between 500 and 20,000 revolutions per minute.
  • a transmission gear can be applied by the drive to the mass.
  • the mass generates a force-resultant, which is directed orthogonal to the axis of rotation and extends on a straight line which is spanned by the axis of rotation and the center of the sector. If the resultant force is oriented in the direction of the final attraction force, a resulting force is thereby generated with the lathe, which is composed of the Gravitational force and the proportion of those who gain strength, which is oriented towards gravitational pull. If the force resultant is directed counter to the gravitational force, for example, the force of gravity can be reduced or even eliminated by the respective force-resultant part or the force-gravitating part of the force resultants.
  • a flywheel is further preferably arranged in the lathe or used between the drive, gearbox or between transmission and lathe, so that torque fluctuations are compensated by the flywheel itself.
  • the entire lathe is penetrated in particular by a shaft, wherein the shaft is indirectly or directly coupled to the rotating mass.
  • a brake is arranged indirectly or directly on the shaft.
  • a clutch may be arranged between the drive, gear or flywheel and the shaft to disengage the lathe from the aforementioned components or to couple to this.
  • the lathe is constructed in a disk-like or rib-like manner.
  • each rib body in the prescribed inner circumferential path, wherein in the axial direction of the axis of rotation at least two rib bodies are arranged in parallel spaced from each other.
  • space 2 to 40 and very particularly preferably 2 to 10 rib bodies parallel to one another it is thus possible, for example, to space 2 to 40 and very particularly preferably 2 to 10 rib bodies parallel to one another.
  • a force resultant can be applied by each individual rib body and, for example, to two Unequal force resulting from different rib bodies are generated or even several force resulting along the axis of rotation.
  • the force resulting from two mutually spaced rib bodies for example, be offset by 180 ° and thus completely counteract. If the two force generators are oriented in the same direction, they would overlap in addition and generate twice the force in one direction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the circular inner raceway 1, which has a circular arc section 2, which extends over an angular range ⁇ shown here 270 °.
  • the circular arc section 2 itself has a constant arc radius r and a center M r .
  • the transition section 4 is a straight line extending from the end 2 of tangent.
  • a sector 5 wherein in the sector 5 itself a sector radius r a is formed and the sector radius r a is smaller than the circular arc radius r. Accordingly, the center of the sector 5 is offset from the center M ra of the circular arc section 2 in the radial direction R to the outside.
  • FIG. 2 shows the lathe 6 according to the invention in a basic side view, wherein a mass 7 rotates on the inner race 1 in the direction of movement B.
  • the mass 7 itself is shown here as a circular body with a mass radius r m , the mass radius r m being smaller than that in FIG FIG. 1 illustrated sector radius r a .
  • a rotational movement D is performed around its own center.
  • the occurring forces F are negligible within the scope of the invention.
  • a respective centrifugal force F zx1 , F zx2 generated that cancel due to the constant radius r a of the arc section 2 together, so that the balance of forces is equal to zero.
  • the deflection in the sector 5 causes a resultant force F res to be greater than the centrifugal force F zy .
  • the force resultant is mainly on a straight line G, which is spanned by the center M r of the circular arc section 2 and the center M ra of the sector.
  • FIG. 3 shows a perspective view of three spaced-apart parallel offset rib bodies 8, which form a lathe 6 according to the invention.
  • a corresponding inner race 1 is formed in each rib body 8.
  • FIG. 4 shows a further advantageous embodiment variant of the lathe 6 according to the invention, in which case an advantageous design feature is shown. Therefore, a resulting distance a from the circumferential line 9 of the sector 5 to the center M r of the circular arc section 2 is preferred. This distance a minus the radius r of the circular arc section 2 is smaller than the mass radius r M. By this feature, there is in particular no tilting in execution of the circumferential movement of the mass 7 on the inner raceway 1.
  • each mass 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 has an outwardly acting force F1, F2, F3, F4 due to the centrifugal force.
  • the resultant of the mass 7.4 force F4 is due to the passage of the sector 5 slightly larger than the forces of the other masses F1, F2, F3. Consequently, the force-resultant F res is radially outward from the sector 5 acting.
  • FIG. 5b illustrated force diagram of the free-cut forces F1, F2, F3, F4 and the resulting force F res clarifies. It can be seen that the forces F1 and F3 are opposite and equal in magnitude, with their lines of action being congruent. The forces F1 and F3 cancel each other out.
  • the force F4 is slightly larger than the force F2, so that the resulting force F res arises from this.
  • the force F res is shown shifted by a parallel shift in the image direction to the bottom right.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmaschine (6) aufweisend eine kreisförmige Innenlaufbahn (1) und eine in der Innenlaufbahn (1) umlaufende Masse (7), welche durch einen Antrieb in Rotation versetzt ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Innenlaufbahn (1) einen Kreisbogenabschnitt (2) mit konstantem Kreisbogenradius (r) aufweist, wobei sich der Kreisbogenabschnitt (2) über einen Winkelbereich (É) größer 180 Grad erstreckt und in einem Sektor (5), der sich über einen Winkelbereich (É) kleiner 180 Grad erstreckt, einen gegenüber dem Kreisbogenradius (2) kleineren Sektorradius (r a ) aufweist, wobei an dem Übergang von Kreisbogenabschnitt (2) zu Sektor (5) jeweils ein Übergangsabschnitt (4) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmaschine aufweisend eine kreisförmige Innenlaufbahn gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Maschinen, insbesondere Arbeitsmaschinen, Kräfte zu erzeugen und zu wandeln. So wird beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in mechanische Energie sowie in Wärme gewandelt. Insbesondere erfolgt zumeist eine derartige Wandlung, dass die mechanische Energie in Form von Rotationsenergie erzeugt ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Linearaktoren bekannt, die bei entsprechender Beaufschlagung mit Energie, beispielsweise mit elektrischer Energie eine Linearbewegung ausführen.
  • In einigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Verdichtern oder auch bei Rüttelmaschinen, kann es notwendig sein, dass eine Energie, die in Rotationsform aufgebracht wird, bereit gestellt wird, beispielsweise in Form eines Antriebes für ein erzeugtes Drehmoment, welches dann für den eigentlichen Arbeitsvorgang in eine linear gerichtete Kraft gewandelt werden muss.
  • Aus dem Stand der Technik sind hierzu Unwuchtdrehmaschinen bekannt, bei denen eine periodisch wechselnde Kraft abstehenden von der Rotationsachse, die aufgrund der Unwucht erzeugt wird. Beispielsweise ist aus der DE 1 691 830 U1 eine Unwuchtrüttelvorrichtung zum Erzeugen periodisch variierender Beschleunigungen an technischen Gebilden bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik eine Drehmaschine bereitzustellen, die ein von einem Antrieb kommendes Drehmoment in eine lineare konstante Kraft wandelt.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Drehmaschine aufweisend eine kreisförmige Innenlaufbahn gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Drehmaschine weist eine kreisförmige Innenlaufbahn und eine in der Innenlaufbahn umlaufende, insbesondere rotierende Masse auf, wobei die Masse durch einen Antrieb in Rotation versetzt ist. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn einen Kreisbogenabschnitt mit konstantem Kreisbogenradius aufweist, wobei sich der Kreisbogenabschnitt über einen Winkelbereich größer 180° erstreckt, und in einem Sektor, der sich über einen Winkelbereich kleiner 180° erstreckt, einen gegenüber dem Kreisbogenradius kleineren Sektorradius aufweist, wobei an dem Übergang von Kreisbogenabschnitt zu Sektor jeweils ein Übergangsabschnitt ausgebildet ist.
  • Somit ist die Innenlaufbahn kreisförmig um 360° umlaufend ausgebildet, wobei ein Teil des Kreises durch den Kreisbogenabschnitt gebildet ist und der andere Teil durch den Sektor gebildet ist. Zwischen Kreisbogenabschnitt und Sektor sind dann jeweils Übergangsabschnitte ausgebildet. Bevorzugt ist der Kreisbogenabschnitt zwischen 180° und 350°, besonders bevorzugt zwischen 200° und 330° und insbesondere zwischen 260° und 280°, ganz besonders bevorzugt um 270° umlaufend ausgebildet. In dem restlichen Winkelbereich ist dann der Sektor mit anliegenden Übergangsabschnitten ausgebildet. Dieser erstreckt sich ganz besonders bevorzugt über ca. 90° in dem Winkelbereich, welcher nicht von dem Kreisbogenabschnitt erfasst ist.
  • Dadurch, dass der Sektor einen Sektorradius aufweist, der kleiner ist als der Kreisbogenradius des Kreisbogenabschnittes, wird die Zentrifugalkraft der rotierend umlaufenden Masse nicht gleichmäßig verteilt. Bei einem idealen runden Kreis würde sich die Zentrifugalkraft der umlaufenden Masse aufheben, so dass die Masse letztlich nur den Schwerkrafteinfluss sowie in zu vernachlässigender Weise Reibverlusten oder sonstigen zu vernachlässigender Weise zu berücksichtigenden Kräften ausgesetzt ist. Dadurch, dass der Sektor aufgrund der Übergangsabschnitte bezogen auf einen Mittelpunkt des Kreisbogenabschnittes radial nach außen versetzt ist, erfolgt hier eine größere Auslenkung der Masse, so dass in diese Richtung bei konstanter Drehzahl eine Kraftresultierende erzeugt ist, welche ein durch den Antrieb aufgebrachtes Drehmoment in Richtung der Kraftresultierenden in eine gerichtete konstante Kraft wandelt.
  • In besonders bevorzugter Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Übergangsabschnitt selbst auch gekrümmt bzw. kreisförmig verlaufend ausgebildet, wobei ein Übergangsradius im Übergangsabschnitt größer ist als der Kreisbogenradius des Kreisbogenabschnittes. Alternativ und insbesondere bevorzugt ist der Übergangsabschnitt linear ausgebildet, wobei eine entsprechende Gerade tangential zu dem Endpunkt des Kreisbogenabschnittes verläuft. Mithin ist der letzte Punkt des Kreisbogenabschnittes konstant bzw. geradlinig bzw. verlängert ausgebildet. Von den Übergangsabschnitten eingeschlossen ist dann der Sektor mit dem Sektorradius ausgebildet, wobei der Sektorradius kleiner ist als der Kreisbogenradius.
  • Weiterhin besonders bevorzugt ist die Masse selbst als Festkörpermasse ausgebildet, so dass diese insbesondere kugelförmig oder walzenförmig gegenüber der Innenlaufbahn umlaufend rotiert. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Masse andere geometrische Formen einnimmt. Relevant ist, dass diese an der Innenlaufbahn umlaufen. Ob die Masse nochmals um einen Massemittelpunkt selbst eine Relativbewegung durchführt, ist zunächst im Rahmen der Erfindung zu vernachlässigen. Die Kugel oder Walze führt dann um ihren eigenen Drehmittelpunkt nochmals eine Rotationsbewegung aus, die jedoch im Rahmen der Erfindung bezogen auf die an der Innenlaufbahn erzeugte Zentrifugalkraft zu vernachlässigen ist.
  • Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere mehrere Massen gleichzeitig an der Innenlaufbahn umlaufend. Beispielsweise ist bereits der Betrieb der erfindungsgemäßen Drehmaschine mit zwei Massen gleichzeitig möglich, wobei die zwei Massen dann bevorzugt um 180° versetzt jeweils umlaufen. Weiterhin bevorzugt sind mehr als zwei Massen an einer Innenlaufbahn eingesetzt. Eine praktisch sinnvolle Begrenzung der Massen liegt bei zirka 1.000 Massen, die gleichzeitig an einer Umlaufbahn angesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung werden insbesondere radial umlaufend derart viele Massen eingesetzt, dass in Abhängigkeit der geometrischen Ausmaße der Masse selbst diese verteilt mit einem minimalen Abstand oder gar abstandslos angeordnet sind, die dann umlaufen und im Bereich des Sektors entsprechend auslenken und so die Kraftresultierende erzeugen. Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin besonders bevorzugt eine gerade Anzahl von Massen an einer Innenlaufbahn angeordnet. Es kann jedoch auch eine ungerade Anzahl von Massen umlaufend an einer Innenlaufbahn angeordnet sein. Eine entsprechend bevorzugte Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit der Drehzahl die Anzahl der Massen zu wählen ist. So ist beispielsweise bei einer geringen Drehzahl eine gerade Anzahl von Massen vorteilig, wobei bei höheren Drehzahlen eine ungerade Anzahl von Massen vorteilig ist.
  • Insbesondere kann eine Vielzahl von rotierenden Massen an bzw. auf einer Innenlaufbahn angeordnet sein. Die Anzahl der Massen wird mit n bezeichnet. Die Massen selbst weisen dann einen Winkelversatz auf von 360° : n. Beispielsweise bedeutet dies bei der Anordnung von vier Massen ein jeweiliger Winkelversatz von 90° der einzelnen Massen zueinander. Bei acht Massen bedeutet dies ein Winkelversatz von je 45° der einzelnen Massen zueinander. Bei drei Massen bedeutet dies ein Winkelversatz von 120° der Massen zueinander. Eine Abweichung des Winkelversatzes bei Durchlaufen des Übergangsabschnittes bzw. des Sektors ist dabei zu vernachlässigen.
  • In weiterer alternativer Form kann die Masse selbst auch als fluidischer Körper mithin als elastischer Körper ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Vorrichtung wird diese in Form gehalten und läuft an der Innenlaufbahn um.
  • Insbesondere wird hierzu ein gegenüber der Innenlaufbahn relativ beweglicher Scheibenkörper oder ein Arm verwendet, über den die Masse gegenüber der Innenlaufbahn in Rotation versetzbar ist und entsprechend das Drehmoment des Antriebes auf die Masse übertragbar ist. Weiterhin ist an dem Arm bzw. dem Scheibenkörper für eine Masse ein entsprechendes Lager mit einem linearen Freiheitsgrad ausgebildet. Der lineare Freiheitsgrad ist in Radialrichtung orientiert, so dass die entsprechende Längenänderung von Kreisbogenradius zu Sektorradius durch das Lager kompensiert wird und somit die Masse an der Innenlaufbahn anliegend umläuft und auf diese die Zentrifugalkraft ausübt.
  • Als Antrieb selbst ist jede Rotationsmaschine denkbar. Beispielsweise kann ein Elektromotor eingesetzt werden oder aber auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in Form eines Otto- oder Dieselmotors. Weiterhin kann auch bei sehr hohen Drehzahlen eine Turbine eingesetzt werden, um die Masse anzutreiben.
  • Bevorzugt rotiert die Masse an der Innenlaufbahn mit einer Drehzahl zwischen 500 und 20.000 Umdrehungen pro Minute. Insbesondere können derart hohe Drehzahlen, beispielsweise mit einem Übersetzungsgetriebe von dem Antrieb auf die Masse aufgebracht werden.
  • Dabei erzeugt die Masse eine Kraftresultierende, die orthogonal zu der Rotationsachse gerichtet ist und auf einer Geraden verläuft, die durch die Rotationsachse und den Mittelpunkt des Sektors aufgespannt ist. Ist die Kraftresultierende in Richtung der Endanziehungskraft orientiert, wird hierdurch eine resultierende Kraft mit der Drehmaschine erzeugt, die sich zusammensetzt aus der Erdanziehungskraft sowie des Anteils der Kraftresultierenden, welche in Richtung der Erdanziehungskraft orientiert ist. Ist die Kraftresultierende entgegen der Erdanziehungskraft gerichtet, so kann beispielsweise die Erdanziehungskraft durch die jeweilige Kraftresultierende oder aber der in Richtung der Erdanziehungskraft wirkende Teil der Kraftresultierenden die Erdanziehungskraft vermindern oder gar aufheben.
  • Hierbei hat sich erwiesen, dass insbesondere ein Verhältnis von Sektorradius und Kreisbogenradius zwischen 0 und 20%, bevorzugt zwischen 1 und 15% und besonders bevorzugt von 1 bis 5%, insbesondere von 9 bis 11%, ganz besonders bevorzugt 10% vorteilig erwiesen, um die der Sektorradius gegenüber dem Kreisbogenradius kleiner ist.
  • Um insbesondere aufgebrachte Drehmomente annähernd konstant zu halten, ist weiterhin bevorzugt ein Schwungrad in der Drehmaschine angeordnet oder aber zwischen Antrieb, Getriebe oder aber zwischen Getriebe und Drehmaschine eingesetzt, so dass Drehmomentschwankungen durch das Schwungrad selbst ausgeglichen werden.
  • Die gesamte Drehmaschine ist insbesondere von einer Welle durchgriffen, wobei die Welle mit der umlaufenden Masse mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist. An der Welle ist insbesondere mittelbar oder unmittelbar eine Bremse angeordnet. Ferner kann zwischen Antrieb, Getriebe oder auch Schwungrad und der Welle eine Kupplung angeordnet sein, um die Drehmaschine von den vorgenannten Komponenten abzukuppeln oder aber an diese anzukuppeln.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die Drehmaschine scheibenartig bzw. rippenartig aufgebaut. Hierzu weist dann ein jeder Rippenkörper in sich die vorgeschriebene Innenumlaufbahn auf, wobei in Axialrichtung der Rotationsachse mindestens zwei Rippenkörper parallel zueinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere ist es somit möglich, beispielsweise 2 bis 40 und ganz besonders bevorzugt 2 bis 10 Rippenkörper parallel zueinander zu beabstanden. Somit kann eine Kraftresultierende durch jeden einzelnen Rippenkörper aufgebracht werden und beispielsweise an zwei voneinander verschiedenen Rippenkörpern ungleiche Kraftresultierende erzeugt werden oder aber auch mehrere Kraftresultierende entlang der Rotationsachse. Auch kann die Kraftresultierende von zwei zueinander beabstandeten Rippenkörpern beispielsweise um 180° versetzt sein und somit vollständig entgegenwirken. Sind die zwei Kraftresultierenden in gleicher Richtung orientiert, würden sie sich entsprechend in Addition überlagern und die doppelte Kraft in eine Richtung erzeugen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren beschrieben. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Innenlaufbahn;
    Figur 2
    eine erfindungsgemäße Innenlaufbahn mit rotierender Masse ;
    Figur 3
    eine Perspektivansicht der Drehmaschine mit mehreren Rippenkörpern,
    Figur 4
    eine erfindungsgemäße vorteilhafte Ausführungsvariante betreffend der Verhältnisse der Radien untereinander und
    Figur 5a und b
    eine erfindungsgemäße Innenlaufbahn mit vier rotierenden Massen sowie ein Kräftediagramm der frei geschnittenen Kräfte.
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der kreisförmigen Innenlaufbahn 1, wobei diese einen Kreisbogenabschnitt 2 aufweist, der sich über einen Winkelbereich ω von hier dargestellt 270° erstreckt. Der Kreisbogenabschnitt 2 selbst hat einen konstanten Kreisbogenradius r sowie einen Mittelpunkt Mr. Vom jeweiligen Ende 3 des Kreisbogenabschnittes 2 aus erstreckt sich ein Übergangsabschnitt 4, hier dargestellt als Gerade. Der Übergangabschnitt 4 ist dabei eine geradlinig sich vom Ende 2 aus erstreckende Tangente. Auf den Übergangsabschnitt 4 selber folgt wiederum ein Sektor 5, wobei in dem Sektor 5 selbst ein Sektorradius ra ausgebildet ist und der Sektorradius ra kleiner ist als der Kreisbogenradius r. Entsprechend ist der Mittelpunkt des Sektors 5 gegenüber den Mittelpunkt Mra des Kreisbogenabschnittes 2 in Radialrichtung R nach außen versetzt.
  • Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Drehmaschine 6 in prinzipieller Seitenansicht, wobei eine Masse 7 an der Innenlaufbahn 1 in Bewegungsrichtung B umläuft. Die Masse 7 selbst ist hier als kreisrunder Körper mit einem Massenradius rm dargestellt, wobei der Massenradius rm kleiner ist als der in Figur 1 dargestellte Sektorradius ra. Rotiert nunmehr die Masse 7 selbst ebenfalls wird nochmals eine Drehbewegung D um ihren eigenen Mittelpunkt durchgeführt. Die dabei auftretenden Kräfte F sind im Rahmen der Erfindung jedoch zu vernachlässigen. Nunmehr wird bezogen auf das eingezeichnete Koordinatensystem in X-Richtung eine jeweilige Zentrifugalkraft Fzx1, Fzx2 erzeugt, die aufgrund des konstanten Radius ra des Kreisbogenabschnittes 2 sich zusammen aufheben, so dass das Kräftegleichgewicht gleich null ist. In Y-Richtung hingegen wird durch die Auslenkung im Sektor 5 eine resultierende Kraft Fres gebildet, die größer ist als die Zentrifugalkraft Fzy. Die Kraftresultierende liegt dabei maßgeblich auf einer Geraden G, welche durch den Mittelpunkt Mr des Kreisbogenabschnittes 2 und durch den Mittelpunkt Mra des Sektors aufgespannt wird.
  • Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht von drei in einem Abstand zueinander angeordneten parallel versetzten Rippenkörpern 8, welche eine erfindungsgemäße Drehmaschine 6 ausbilden. In einem jedem Rippenkörper 8 ist eine entsprechende Innenlaufbahn 1 ausgebildet.
  • Bei Beaufschlagung der in der jeweils Innenlaufbahn 1 rotierenden Masse 7 mit einem Drehmoment wird dieses in jedem Rippenkörper 8 in eine Kraftresultierende Fres gewandelt. Hier dargestellt sind alle Kraftresultierenden Fres in Anlehnung an die Darstellung der Figur 2 in die gleiche Richtung auf die Bildebene nach oben rechts zeigend angeordnet.
  • Figur 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Drehmaschine 6, wobei hier ein vorteilhaftes Auslegungsmerkmal dargestellt ist. Bevorzugt ist daher ein sich ergebender Abstand a von der Umfangslinie 9 des Sektors 5 zum Mittelpunkt Mr des Kreisbogenabschnittes 2. Dieser Abstand a minus den Radius r des Kreisbogenabschnittes 2 ist kleiner als der Massenradius rM zu wählen. Durch dieses Merkmal kommt es insbesondere zu keinem Verkanten bei Ausführung der umlaufenden Bewegung der Masse 7 an der Innenlaufbahn 1.
  • Figur 5a zeigt eine Innenlaufbahn 1 mit vier umlaufenden Massen 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 wobei zwischen den einzelnen Massen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 ein jeweiliger Winkelversatz ωV von 90° vorgegeben ist. Dies kommt daher, dass eine Masse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 zum vollständigen Durchlauf der Innenlaufbahn 1 um 360° rotiert und n = vier Massen vorhanden sind. Somit liegt bei 360° : 4 ein jeweiliger Winkelversatz ωV von 90° der Massen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 zueinander vor. Sollte sich der Winkelversatz ωV beim Durchlaufen der Übergangsabschnitte 4 und/oder des Sektors 5 verändern, ist dies im Rahmen der Erfindung für den Winkelversatz ωV zu vernachlässigen. Zu erkennen ist dass jede Masse 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 aufgrund der Zentrifugalkraft eine nach außen wirkende Kraft F1, F2, F3, F4 aufweist. Die aus der Masse 7.4 resultierende Kraft F4 ist aufgrund des Durchlaufens des Sektors 5 geringfügig größer gegenüber den Kräften der anderen Massen F1, F2, F3. Folglich ist die Kraftresultierende Fres radial nach außen aus dem Sektor 5 wirkend.
  • Dies wird durch das in Figur 5b dargestellte Kräftediagramm der frei geschnittenen Kräfte F1, F2, F3, F4 sowie der daraus resultierenden Kraft Fres verdeutlicht. Es ist zu erkennen, dass die Kräfte F1 und F3 entgegengerichtet und von ihrem Betrag her gleich groß sind, wobei ihre Wirkungslinien deckungsgleich verlaufen. Die Kräfte F1 und F3 heben sich gegenseitig auf.
  • Anders ist dies bei den Kräften F2 und F4. Die Kraft F4 ist geringfügig größer als die Kraft F2, so dass hieraus die resultierende Kraft Fres entsteht. Zur Verdeutlichung ist die Kraft Fres durch eine Parallelverschiebung in Bildrichtung nach unten rechts verschoben eingezeichnet.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Innenlaufbahn
    2 -
    Kreisbogenabschnitt
    3 -
    Ende zu 2
    4 -
    Übergangsabschnitt
    5 -
    Sektor
    6 -
    Drehmaschine
    7 -
    Masse
    7.1 -
    Masse
    7.2 -
    Masse
    7.3 -
    Masse
    7.4 -
    Masse
    8 -
    Rippenkörper
    9 -
    Umfangslinie von 5
    a -
    Abstand
    ω -
    Winkelbereich
    ωV -
    Winkelversatz
    B -
    Bewegungsrichtung
    D -
    Drehbewegung
    G -
    Gerade
    Mr -
    Mittelpunkt zu 2
    Mra -
    Mittelpunkt zu 6
    Mm -
    Mittelpunktmasse
    N -
    Anzahl der Massen
    R -
    Radialrichtung
    r -
    Kreisbogenradius
    ra -
    Sektorradius
    rm -
    Massenradius
    Fres -
    Kraftresultierende
    F1 -
    Kraft zu 7.1
    F2 -
    Kraft zu 7.2
    F3 -
    Kraft zu 7.3
    F4 -
    Kraft zu 7.4

Claims (12)

  1. Drehmaschine (6) aufweisend eine kreisförmige Innenlaufbahn (1) und eine in der Innenlaufbahn (1) umlaufende Masse (7), welche durch einen Antrieb in Rotation versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn (1) einen Kreisbogenabschnitt (2) mit konstantem Kreisbogenradius (r) aufweist, wobei sich der Kreisbogenabschnitt (2) über einen Winkelbereich (ω) größer 180 Grad erstreckt und in einem Sektor (5), der sich über einen Winkelbereich (ω) kleiner 180 Grad erstreckt, einen gegenüber dem Kreisbogenradius (2) kleineren Sektorradius (ra) aufweist, wobei an dem Übergang von Kreisbogenabschnitt (2) zu Sektor (5) jeweils ein Übergangsabschnitt (4) ausgebildet ist.
  2. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsradius im Übergangsabschnitt (4) größer ist als der Kreisbogenradius (ra) oder dass der Übergangsabschnitt (4) je durch eine Gerade ausgebildet ist.
  3. Drehmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (7) als Festkörpermasse ausgebildet ist, insbesondere kugelförmig oder walzenförmig oder dass die Masse (7) als fluidischer Körper ausgebildet ist.
  4. Drehmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, insbesondere mehr als zwei Massen (7) an einer Innenlaufbahn (1) umlaufend rotieren.
  5. Drehmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass n Massen (7) an einer Innenlaufbahn (1) umlaufend rotieren, wobei die Massen (7) jeweils einen Winkelversatz (ωV) von 360° : n zueinander aufweisen.
  6. Drehmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenlaufbahn (1) relativbeweglich ein Scheibenkörper oder ein Arm angeordnet ist, über den die Rotation von dem Antrieb auf die Masse (7) übertragen wird.
  7. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rotation der Masse (7) eine Kraftresultierende Fres erzeugt ist, die insbesondere orthogonal zu einer Rotationsachse gerichtet ist und auf einer Geraden (G) verläuft, die durch den Mittelpunkt Mr des Kreisbogenabschnittes und durch den Mittelpunkt Mra des Sektors (5) aufgespannt ist.
  8. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb ein Elektromotor oder ein Verbrennungskraftmaschine oder eine Turbine eingesetzt ist.
  9. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl von 500 U/min bis 20.000 U/min konstant eingestellt ist.
  10. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sektorradius (ra) gegenüber dem Kreisbogenradius (r) zwischen 0 und 20%, bevorzugt zwischen 1 und 15%, besonders bevorzugt von 1 bis 5%, und insbesondere von 9 bis 11% kleiner ist.
  11. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn (1) eine reibvermindernde Beschichtung aufweist.
  12. Drehmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn (1) in einem Rippenkörper (8) ausgebildet ist, wobei in Axialrichtung der Rotationsachse mindestens zwei Rippenkörper (8) parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere sind drei bis zehn Rippenkörper (8) parallel zueinander beabstandet angeordnet.
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