DE448886C

DE448886C - Loosely coupled mechanical device that works in coordination and transmits power

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Publication number: DE448886C
Application number: DESCH54719D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1927-09-03

Description

Durch das Patent 392512 sind schwingungsfähige Gebilde beschrieben worden, die infolge der ihnen eigenen Masse und Elastizität eine ausgesprochene Eigenfrequenz besitzen und die mit einem antreibenden Maschinenelement abgestimmt und lose gekoppelt werden.By the patent 392512 are vibratory Structures have been described that have a pronounced natural frequency due to their own mass and elasticity and which are matched and loosely coupled with a driving machine element.

Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Ausbildung des diesem Patent zugrunde liegenden Gedankens dar und umfaßt das Anwendungsgebiet hin und her bewegter Massen. Jede hin und her bewegte Masse kann gemäß der vorliegenden Erfindung in ein schwingungsfähiges System im Sinne des Hauptpatentes umgewandelt werden, wenn man sie durch Hinzufügung besonderer elastischer Mittel zu einem schwingungs- und abstimmfähigen Gebilde ergänzt und dieses Gebilde dann gemäß Patent 392 512 mit dem treibenden oder getriebenen Mechanismus (Kurbel, Exzentertrieb usw.) abstimmt und lose koppelt.The present invention is based on a further embodiment of this patent underlying thought and includes the field of application of masses moving back and forth. Each reciprocating mass can according to the present invention in a vibratory system in the sense of the main patent can be converted if you add special elastic Completed means to a vibratory and tunable structure and then this structure according to patent 392 512 with the driving or driven mechanism (crank, eccentric drive, etc.) and loosely couples.

Wird eine Masse (es kann sich hierbei um die bewegten Schüttelsiebe einer Dresch- oder Sortiermaschine, den Rahmen eines Sägegatters usw. handeln) ohne ein Energie aufspeicherndes Schwungrad hin und her bewegt, so entstehen im Zustand der Bewegung Verluste, die dadurch hervorgerufen sind, daß ein Teil oder die gesamte lebendige Kraft, die der Masse vor Erreichung der Mittellage zugeführt wird, immer wieder vor Erreichung der Endlagen entzogen werden muß. Bringt man dagegen im Bereiche der Bewegungsbahn der Masse α elastische Mittel d, d und c, e (Abb. ι bis 4) an, so wird jedesmal die der Masse im Bewegungszustand innewohnende kinetische Energie auf dem Wege zur Grenzlage in potentielle und die potentielle jedesmal auf dem Wege zur Mittellage in kinetische Energie umgewandelt. Gemäß^: der Erfindung wird nun ein solches System nach Patent 392 512 mit der Antriebsquelle lose gekoppelt und abgestimmt.If a mass (this can be the moving vibrating sieve of a threshing or sorting machine, the frame of a saw frame, etc.) is moved back and forth without an energy-storing flywheel, losses occur in the state of movement, which are caused by the fact that some or all of the vital force that is supplied to the mass before reaching the central position must be withdrawn again and again before reaching the end positions. If, on the other hand, elastic means d, d and c, e (Fig. Ι to 4) are applied in the area of the movement path of the mass α , the kinetic energy inherent in the mass in the state of movement becomes potential on the way to the limit position and the potential every time converted into kinetic energy on the way to the central position. According ^to: the invention, such a system according to Patent 392 512 is now coupled to the drive source-free and coordinated.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht somit in einer Anordnung, bei der hin und her gehenden Massenteilen vor Überschreitung der Grenzlage ein Teil oder die gesamte innewohnende lebendige Kraft entzogen, vorübergehend aufgespeichert und nach Umkehr der Bewegungsrichtung wieder zugeführt wird, also in einem Energiespeicher, der mit seiner Antriebsquelle nach Patent 392512 abgestimmt und lose gekoppelt wird.The object of the present invention thus consists in an arrangement in of the mass parts going back and forth before the limit position was exceeded, a part or the entire inherent living force withdrawn, temporarily stored and is supplied again after reversing the direction of movement, i.e. in an energy store, which is matched and loosely coupled with its drive source according to patent 392512 will.

Stellt man mit Vorrichtungen nach oben beschriebener Art praktische Versuche an, so findet man, daß sich bei Federn bzw. bewegten Massen von ganz bestimmter Abmessung eine ganz bestimmte Eigenperiode ergibt. Diese Schwingungszahl ist, wie sich leicht feststellen läßt, die sogenannte Resonanzzahl, d. h. diejenige Schwingungszahl, bei welcher die hin und her gehende Masse in Abstimmung mit der Drehzahl des Kurbeltriebes einen Höchstwert des Wirkungsgrades ergibt. If one makes practical experiments with devices of the type described above, so one finds that springs or moving masses have very specific dimensions results in a very specific period. This vibration number is how easy it is lets determine the so-called resonance number, d. H. that vibration number at which the reciprocating mass in coordination with the speed of the crank drive gives a maximum value of the efficiency.

In Abb. 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen an Stelle der Metallfedern die atmosphärische Luft als elastisches _₀ Mittel angewendet wird. Auch hierbei sind drei Fälle denkbar:In Fig. 5 through 7 embodiments are shown in which instead of the metal springs, the atmospheric air is used as an elastic means _ _0. Here, too, three cases are conceivable:

1. kann die Luft oder ein anderes gasförmiges Medium zur Aufnahme der Energie komprimiert werden,1. Can use air or another gaseous medium to absorb the energy be compressed,

2. kann Energieaufspeicherung durch Erzeugung eines Vakuums erzielt werden, und schließlich ist2. Energy storage can be achieved by creating a vacuum, and finally is

3· ein gemischtes System denkbar, wo teilweise mit Komprimierung und teilweise mit Evakuierung gearbeitet wird.3 · a mixed system conceivable, where partly with compression and partly with Evacuation is in progress.

In Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem mit der hin und her gehenden Masse α ein Kolben i gekoppelt ist, der in einem Zylinder k die hin und her gehende Bewegung der Masse« mitmacht. Am Zylinder k sind zwei Ventile I und m soIn Fig. 5 an embodiment is illustrated in which a piston i is coupled to the reciprocating mass α , which in a cylinder k takes part in the reciprocating movement of the mass. There are two valves I and m on cylinder k

ίο angebracht, daß die in dem Zylinder k vorhandene Luft jeweils auf der einen oder anderen Seite komprimiert wird.ίο attached that the air present in the cylinder k is compressed on one side or the other.

In Abb. 6 sind die Ventile I und m dagegen so angeordnet, daß durch die Bewegung des Kolbens abwechselnd auf der einen und anderen Seite ein Vakuum erzeugt und hierdurch Energie aufgespeichert wird.In Fig. 6, on the other hand, valves I and m are arranged in such a way that the movement of the piston alternately creates a vacuum on one side and the other, thereby storing energy.

Schließlich ist in Abb. 7 ein Zylinder dargestellt, der keinerlei Ventile besitzt, so daß bei Bewegung des Kolbens i teilweise ein Überdruck, teilweise ein Unterdruck zu beiden Seiten des Kolbens hervorgerufen werden muß. Die beiden schematisch angedeuteten Hähne η und 0 dienen dazu, vor dem Anlaufen der Maschine den erforderlichen Druckausgleich herzustellen.Finally, in Fig. 7 a cylinder is shown which does not have any valves, so that when the piston i moves, an overpressure in some cases and a partial underpressure must be created on both sides of the piston. The two schematically indicated taps η and 0 serve to produce the necessary pressure equalization before the machine starts up.

Abb. 8 zeigt ein System, bei dem die hin und her bewegte Masse aus dem Kolben a und dem Kolben i und dem zugehörigen Kolbengestänge bzw. dem Kreuzkopf besteht. Die aufspeichernden Mittel bestehen aus den elastischen Polstern, die sich in den Zylindern α und β befinden. Wird ein solches System von außen zum Schwingen angeregt, so entspricht jedem Ausschlag eine ganz bestimmte Schwingungszahl. Nimmt man nun an, daß den Zylindern I und II im Tempo der Eigenperiode des Systems Energie durch Dämpfe oder andere expandierende gasförmige Stoffe zugeführt wird, so kann man ein System der dargestellten Art zu Schwingungen anregen, wobei die Energie in den Sammelzylindern α und β gesteigert werden kann. Auch eine solche Anordnung arbeitet mit einem ganz vorzüglichen Wirkungsgrad.Fig. 8 shows a system in which the mass moved back and forth consists of the piston a and the piston i and the associated piston rod or the cross head. The accumulative means consist of the elastic pads, which are located in the cylinders α and β . If such a system is stimulated to vibrate from outside, each deflection corresponds to a very specific number of vibrations. If one now assumes that the cylinders I and II are supplied with energy by vapors or other expanding gaseous substances at the rate of the natural period of the system, a system of the type shown can be excited to vibrate, with the energy in the collecting cylinders α and β increasing can be. Such an arrangement also works with a very high degree of efficiency.

Je nach der Eigenart der betreffenden Kraftmaschine kann die Energieaufspeicherung innerhalb der Arbeitszylinder, wie beispielsweise beim Dieselmotor, oder auch außerhalb derselben erfolgen. Grundbedingung ist lediglich, daß bei jeder Bewegung nach der einen oder anderen Richtung hin eine Energieaufspeicherung stattfindet. Es dürfte somit zweckmäßig sein, bei Zweitaktrnaschinen zwei Arbeitszylinderräume nach Abb. 8, bei Viertaktmaschinen vier hintereinandergeschaltete Arbeitszylinder nach Abb. 9 anzuwenden. Die Energie, die aufgespeichert wird, kann um ein Vielfaches größer als die dem Arbeitszylinder zugeführte bzw. der Maschine zu entnehmende sein.Depending on the nature of the engine in question, the energy storage take place inside the working cylinder, such as in the diesel engine, or outside the same. Basic condition is only that with every movement in one direction or the other there is an accumulation of energy. It should therefore be useful for two-stroke machines to have two working cylinder spaces according to Fig. 8, with four-stroke machines four working cylinders connected in series Fig. 9 to apply. The energy that is stored can be many times greater than that supplied to the working cylinder or to be removed from the machine.

Je größer die aufgespeicherte Energie ist, desto besser fällt der Gleichförmigkeitsgrad der Kraftmaschine aus.The greater the stored energy, the better the degree of uniformity falls the engine off.

Die erhaltenen Schwingungen verhalten sich wie sogenannte ungedämpfte Schwingungen, wenn dem Arbeitszylinder (oder, den Arbeitszylindern) so viel Energie zugeführt, wie dem gesamten System entzogen wird.The vibrations obtained behave like so-called undamped vibrations, if so much energy is supplied to the working cylinder (or the working cylinders), how is withdrawn from the entire system.

In Abb. 9 ist ein System dargestellt, bei welchem mit Viertakt gearbeitet wird und bei welchem dementsprechend vier Arbeitszylinderräume erforderlich sind. Da bei derartigen Kraftmaschinen, z. B. bei Benzinmotoren, je eine der vier Arbeitsperioden ohnedies eine Kompressionsperiode sein muß, so können die Arbeitsräume auch gleichzeitig zur Energieaufspeicherung derart verwendet werden, daß auf jede Grenzstellung eine Energieaufspeicherung, d. h. also eine Kornpressionsperiode, fällt, z. B. bei der ersten Bewegung nach links Kompression im Zylinderraum Ia, bei der zweiten Bewegung nach rechts Kompression im Zylinderraum II/?, bei der dritten Bewegung nach links Kornpression im Zylinderraum III7, bei der vierten Bewegung nach rechts Kompression im Zylinderraum IVd.In Fig. 9 a system is shown in which a four-stroke is used and in which four working cylinder spaces are accordingly required. Since with such Power machines, e.g. B. with gasoline engines, each of the four working periods must be a compression period anyway, so the work rooms can also be used to store energy in this way at the same time be that on each limit position an energy storage, d. H. so a compression period, falls, e.g. B. with the first movement to the left compression in the cylinder chamber Ia, with the second movement after right compression in cylinder space II /?, with the third movement to the left compression in the cylinder chamber III7, with the fourth movement to the right compression in the Cylinder space IVd.

Ausführungsbeispiel Abb. 10 stellt eine im Zweitakt arbeitende Kraftmaschine, z. B. eine Dampfmaschine, dar. Der Dampfkolben α teilt den Arbeitszylinder in die beiden Arbeitsräume I und II. Mit dem Dampfkolben gekuppelt sind die beiden Speicherkolben i i, die sich in dem Zylinderraum α bzw. β bewegen. Zum Luftausgleich besitzen die beiden zuletzt erwähnten Zylinderräume an ihren äußersten Enden Kanäle. Je nachdem das zur Aufspeicherung verwendete Luftquantum kleiner oder größer sein soll, werden die Kanäle langer oder kürzer bemessen. Um die hin und her gehende Bewegung nach außen hin übertragen zu können, sind an den beiden Kolben i Gelenke angebracht, an denen Bewegungsorgane befestigt werden können.Embodiment Fig. 10 shows a two-stroke engine, z. B. a steam engine. The steam piston α divides the working cylinder into the two working spaces I and II. Coupled with the steam piston are the two storage pistons ii, which move in the cylinder space α and β . The two last-mentioned cylinder chambers have channels at their outermost ends for air compensation. Depending on whether the amount of air used for storage is to be smaller or larger, the channels are made longer or shorter. To transmit the reciprocating movement to the outside, are mounted on the two pistons i joints, in which movement organs can be secured.

Das aus den Massen i, a, i und den elastischen Polstern α und β bestehende schwingungsfähige Gebilde weist nun ganz bestimmte Eigenschaften auf. Wenn man z. B. die Masse i, a, i, wie eingezeichnet, plötzlich losläßt, dann pendelt sie mehrmals in einer ganz bestimmten sekundlichen Periodenzahl hin und her, ehe sie zur Ruhe kommt. Nimmt man ferner an, daß dem mittleren Teil, dem eigentlichen Kraftmaschinenmechanismus, in herkömmlicher Weise unter Verwendung bekannten Steuermechanismus proThe oscillatable structure consisting of the masses i, a, i and the elastic cushions α and β now has very specific properties. If you z. For example , if you suddenly let go of the mass i, a, i, as shown, then it oscillates back and forth several times in a very specific number of seconds before it comes to rest. Assume also that the middle part, the actual engine mechanism, in a conventional manner using known control mechanisms per

AwAw

Halbperiode eine ganz bestimmte Arbeit —Half-period a very specific work -

zugeführt wird, so ist diese Arbeit nicht mehr imstande, die Maschine bis in ihreis fed, this work is no longer capable of the machine down to its

Grenzlage zu bewegen, da die "Luftpolster α und β dies nicht zulassen. Die Steuerung kann somit ihren vorbestimmten Weg nicht zurücklegen und die Maschine infolgedessen nicht anlaufen. Führt man aber dieselbeTo move the limit position, since the "air cushions α and β do not allow this. The control can therefore not cover its predetermined path and as a result the machine cannot start. However, if the same is operated

Arbeit — auf irgendeine Weise abwechselndWork - alternating in some way

dem Zylinderraum I und II im Tempo der festgestellten Eigenperiode der Maschine zu, ίο so läuft die Maschine selbst unter Last an und gibt abzüglich der unvermeidlichen inneren und Reibungsverluste die Arbeit Aw pro Periode ab. Alle zusätzlichen Verluste, hervorgerufen durch Hubbegrenzung der Masse, fallen fort, so daß in jedem Falle der denkbar günstigste Wirkungsgrad erreicht wird. Da die der Maschine zugeführte Energie nur ein Bruchteil der im schwingungsfähigen System im Bewegungszustand schwingenden Energie beträgt, so ist, unter Berücksichtigung des oben Gesagten, die Gesamtanotdriung eine mechanisch schwingende, auf die Erregerzahl abgestimmte und lose gekoppelte Vorrichtung.the cylinder chamber I and II at the rate of the determined natural period of the machine, ίο so the machine starts up even under load and, minus the inevitable internal and friction losses, delivers the work Aw per period. All additional losses, caused by the stroke limitation of the mass, are eliminated, so that in each case the most favorable degree of efficiency is achieved. Since the energy supplied to the machine is only a fraction of the energy that oscillates in the oscillatory system in the state of motion, the total anotrip is a mechanically oscillating device that is loosely coupled to the number of exciters, taking into account the above.

In Abb. Ii ist unter gleichzeitiger Anwendung des Viertaktprinzips schematisch dargestellt, wie anstatt besonderer Kornpressionszylinder zur Energienachlieferung und . zusätzlichen Kompression ein und derselbe Zylinder verwendet werden kann. Der Doppelkolben α i ist die hin und her bewegte Masse, die in der ersten Halbperiode auf das Luftkissen Ia, in der zweiten auf das Luftkissen H_-S usf. auftrifft. In derselben Rerhenfolge treten die Expansions-, Auspuff- und Ansaugperioden in den einzelnen Zylindern auf. Führt man nun jeweils vor Eintritt der Expansionsperiode dem betreffenden Zylinder ein Energiequantum zu, das nur einen Bruchteil der in dem betreffenden Zylinder in diesem Augenblick aufgespeicherten·Energie beträgt, so stellt auch dieser Mäschinentyp unter der Voraussetzung, daß die Energiezufuhr im Tempo der Eigenschwingung erfolgt, ein abgestimmtes, lose gekoppeltes System dar.'In Fig. Ii it is shown schematically with simultaneous application of the four-stroke principle, how instead of special compression cylinders for energy replenishment and. additional compression one and the same cylinder can be used. The double piston α i is the mass moved to and fro, which hits the air cushion Ia in the first half period and the air cushion H _- S and so on in the second. The expansion, exhaust and intake periods in the individual cylinders occur in the same order. If, before the expansion period begins, the relevant cylinder is supplied with a quantum of energy which is only a fraction of the energy stored in the relevant cylinder at that moment, then this type of machine, assuming that the energy supply takes place at the rate of natural oscillation, a coordinated, loosely coupled system. '

Abb. 12 zeigt eine geradegeführte Masse, die durch eine Pleuelstange b hin und her bewegt wird. ' Der Zapfen der Schwingung erregenden Kurbel greift an' einem Lager a an, das zwischen zwei Federn d, e eingespannt ist. Wird das Lager durch Umlauf der Kurbel um einen ganz geringen Weg unter beständiger Steigerung der Tourenzahl nach links ufrd rechts bewegt, so steigt der Ausschlag der Masse bei gleichbleibendem Hub des Lagers α so lange an, bis er bei eintretender Resonanz ein Maximum erreicht.Fig. 12 shows a straight mass that is moved back and forth by a connecting rod b. 'The pin of the vibration-exciting crank engages' a bearing a , which is clamped between two springs d, e. If the bearing is moved a very small distance by rotating the crank with a constant increase in the number of revolutions to the left and right, the deflection of the mass increases with the same stroke of the bearing α until it reaches a maximum when resonance occurs.

Unmittelbar vor Eintritt des Resonanzfalles erreicht der Wirkungsgrad ebenfalls seinen Höchstwert. Hierbei wird in gleichem Maße, wie die kinetische Energie in der bewegten Masse ansteigt, potentielle Energie in dem elastischen Mittel aufgespeichert und im Tempo der Eigenschwingung von der einen in die andere Energieform umgewandelt. Die im Schwingungszustand im System aufgespeicherte Energie beträgt ein Vielfaches der pro Periode zugeführten oder abgenommenen Energie.Immediately before the occurrence of the resonance case, the efficiency also reaches its level Maximum value. This is to the same extent as the kinetic energy in the moving Mass increases, potential energy stored in the elastic means and in the Speed of natural oscillation converted from one form of energy to the other. The energy stored in the system in the oscillation state is many times over the energy added or removed per period.

In Abb. 13 ist auf der Welle h eine Klemmvorrichtung u festgekeilt, die eine nach beiden Seiten eingespannte Feder ν trägt. Diese Feder ν greift in entsprechende Ausnehmungen eines Kurbelrades so ein, daß sie beim Übertragen einer Leistung durchgebogen wird und dementsprechend Energie aufspeichert. ■In Fig. 13, a clamping device u is wedged onto the shaft h and carries a spring ν clamped on both sides. This spring ν engages in corresponding recesses of a crank wheel in such a way that it is deflected when a power is transmitted and accordingly stores energy. ■

Claims

Patent claims:

i. Loosely coupled ones that work in coordination and transmit power 'Mechanical device according to Patent 392 512, characterized in that the reciprocating mass of a prime mover or work machine with elastic Means for the purpose of periodic energy storage combined into a vibratory and tunable structure is; so ~ that the moving parts ■ free, relatively undamped, tunable Execute vibrations and store a quantum of energy in the vibration state, that is greater than the amount delivered or supplied per stroke.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coupling and accumulating means are combined to form common organs (Ia, H) S, IHy, IV <5, Fig. 11, or d, e, Fig. 12, u, v, v, Fig. 13).

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the coupling, elastic means (I, II, Fig. 10)

"are arranged separately from the accumulators (α, β, Fig. 10).

4. Device in systems according to claim ι to 3, characterized in that that the coordination of the systems by changing a speed or by shifting elastic means, e.g. from Springs, compression cylinders, etc., or by controlling the valves, changing the contact pressure of the valves or takes place by changing the gas mixture, the gas or vapor pressure.

. For this 1 sheet of drawings.