<Desc/Clms Page number 1>
Antriebsvoirichttmg für Schaufelräder.
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
und ein zweiter Punkt (Drehzapfen od. dgl.) auf dem exzentrisch umlaufenden Antriebsorgan zugeordnct und die Relativbewegung der Schaufel gegen den Radkörper wird von den Änderungen jenes Winkels abgeleitet, der zwischen der Verbindungslinie der beiden genannten Punkte und einer am Radkörper festen Richtung liegt.
In Fig. 2 bezeichnet K1 den Kreis, auf welchem der einer Schaufel zugeordnete Punkt am Radkörper (beispielsweise die Schaufeldrehachse 4) umläuft und K2 den exzentrisch zum Radmittelpunkte liegenden auf welchem der derselben Schaufel zugeordnete Punkt 8 des Antriebsorgans um den Mittelpunkt J umläuft. In bezug auf den ruhend gedachten Radkörper vollführt daher der Punkt 8 eine Umlaufbewegung auf einem Kreis K3 mit einem Halbmesser, welcher der Exzentrizität des Punktes 5
EMI2.2
ihre Richtung in bezug auf den Radkörper.
Von diesen Richtungsänderungen soll erfindungsgemäss die Bewegung der Schaufel mittels irgendeines Mechanismus abgeleitet werden, was beispielsweise in ä1ï tiëner-WeÍse erfolgen kann wie bei dem bekannten Kurbelschleifenantrieb von Shapingmaschinen.
Im besonderen kann die Lenkung der Schaufel derart erfolgen, dass ein Radiusvektor, der mit der Schaufel einen unveränderlichen Winkel beliebiger Grösse einschliesst und durch den am Radkörper liegenden, der Schaufel zugeordneten Drehzapfen gezogen ist, stets durch den der betreffenden Schaufel zugeordneten Punkt des exzentrisch umlaufenden Antriebsorgans hindurchgeht.
In den meisten Fällen ist es möglich, die exzentrisch umlaufenden Antriebsorgane aller Schaufeln eines Rades zu einem starren Körper von ringförmiger oder ähnlicher Gestalt zu vereinigen, der um einen zur Radachse exzentrischen Mittelpunkt mit derselben mittleren Drehgeschwindigkeit wie das Rad umläuft. Die bauliehe Gestaltung dieses als Steuerungsring bezeichneten Körpers ist dabei nebensächlich. Wesentlich ist nur die Tatsache, dass dieser Körper die den einzelnen Schaufeln entsprechenden Organe (Drehzapfen od. dgl. ) auf einem einzigen Kreise und in derselben Winkelausteilung wie jene der Schaufeln
EMI2.3
Der Radkörper 2 dreht sich um das Mittel der Hauptwelle l im Sinne des Pfeiles 1/. Im gleichen Sinne und mit gleicher Drehgeschwindigkeit läuft der Steuerring 6 um einen Mittelpunkt 5 um, der exzentrisch zum Mittelpunkt der Hauptwelle ! liegt. Die Mittel zur Lagerung und zum synchronen oder isochronen Antrieb des Steuerringes sind in Fig. 3 der Deutlichkeit halber nicht eingezeichnet. Die Schaufeln 3, welche sich während der Drehung des Rades um die Sehaufelachsen 4 bewegen, tragen Kulissen 7, in deren Schlitz mit Gleitsteinen versehene Zapfen 8 laufen, die mit dem Steuerring 6 starr verbunden sind.
Auf diese Weise ist jeder Schaufel ein Punkt 4 am Radkörper und ein auf einem exzentrischen Kreise umlaufender Punkt 8 zugeordnet und die Bewegung jeder Schaufel wird von den Änderungen jenes Winkels abgeleitet, den die Verbindungslinie 4-8 mit einer am Radkörper festen Richtung einschliesst. Die Lenkung der Schaufeln erfolgt weiters derart, dass ein Radiusvektor, der mit
EMI2.4
zugeordneten Punkt 4 am Radkörper gezogen ist (in diesem Falle die Mittellinie der Kulisse 7), stets durch einen exzentrisch umlaufenden Punkt 8 hindurchgeht.
Eine einfache geometrische Überlegung zeigt, dass in dem dargestellten Beispiel die verlängerten Mittellinien aller Kulissen 7 sich stets in dem Punkte 9 (Fig. 3) schneiden, so dass der gleiche kinematische Effekt erzielt wird wie bei dem eingangs beschriebenen Lenkstangenantrieb. Im Vergleich zu diesem
EMI2.5
bedeutend zu verringern, da diese Teile nur mehr den verhältnismässig engen Zwischenraum zwischen den Laufkreisen der Punkte 4 und 8 zu überbrücken haben. Die Verkleinerung dieser Teile ist von besonderer Bedeutung wegen der Massenkräfte, die aus ihrer ungleichförmigen Bewegung entstehen und wegen der Verkleinerung der Gleitwege und Gleitgeschwindigkeiten.
Da ferner die kurzen Kulissen 7 auch bei grösserer Schaufelzahl sich gegenseitig nicht mehr übergreifen, kann der ganze Antrieb in einer Ebene entwickelt werden und es entfällt die unbequeme und platzraubende Etagenanordnung. Ein weiterer Vorteillegt darin, dass die dargestellte Anordnung das Radmittel freilässt und es daher ermöglicht, die Hauptwelle l durch den Getrieberaum hindurch zuführen.
In ganz analoger Weise kann die beschriebene Antriebsvorrichtung auch für ein Bewegungsgesetz der Schaufeln ausgebildet werden, bei welchem sich die auf den Sehaufelflächen senkrecht stehenden Radiusvektoren in einem Punkte schneiden, der ausserhalb des Laufkreises der Schaufeln liegt, oder für ein beliebiges anderes stetiges Bewegungsgesetz der Schaufeln.
EMI2.6
<Desc/Clms Page number 3>
Kreise geschwenkt oder in radialer Richtung auf verschiedene Exzentrizitäten verstellt werden kann.
Es können auch beide Verstellungen gleichzeitig erfolgen.
EMI3.1
und Steuerungsvorrichtung in kleinerem Massstabe auszubilden und die Schaufeln selbst mittels eines Kuppelstangengetriebes an die Antriebsvorriehtung anzuschliessen. Bei einer solchen Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 angedeutet ist, sind die Blindwellen 10 jene am Rade festen und jeder Schaufel zugeordneten Punkte, von welchen die Schaufelbewegung abgeleitet wird. Die Ausführungsform nach Fig. 4 kann auch so angeordnet werden, dass die Blindwellen 10 im Innern des Steuerringes 6 liegen, so dass die Kulissen 7 von innen nach aussen weisen.
Eine solche Anordnung bietet bei Schaufelrädern, die
EMI3.2
und durch die als Hohlwelle ausgebildete Hauptwelle ! nach aussen geführt werden können, so dass die eigentliche Antriebsvorrichtung 6,7, 8 an einer wasserfreien und leicht zugänglichen Stelle angebracht werden kann.
Auch die Getriebeteile, welche den Zusammenhang zwischen den am Rade festen Punkten 4 bzw. 10 und den exzentrisch umlaufenden Punkten 8 herstellen, können sehr verschiedenartige bauliche Gestaltung aufweisen. Beispielsweise können die Kulissen 7 statt rechtwinklig unter einem beliebigen anderen Winkel zu den Schaufelflächen stehen oder sie können an Stelle einer geraden eine krummlinige Führungsba besitzen, welche nach einer geeigneten Leitlurve ausgebildet ist. Es sind aber auch Ausführungformen dieses Getriebeteiles möglich, bei welchen an Stelle der hin und her gehenden Gleitstangen, Gleitsteine usw. ausschliesslich Gelenke verwendet werden.
Fig. 5 zeigt in schematischer Perspektivansicht ein Beispiel einer solehen Anordnung, bei der zwei gelenkig verbundene Rahmen 11 und 12, welche aus der zur Radachse senkrechten Ebene heraustreten, die Verbindung der Punkte 4 und 8 bewirken. Diese Verbindung kann aber auch durch gelenkige Mechanismen erfolgen, die aus der aehsnormalen Ebene nicht heraustreten. Fig. 6 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer derartigen Anordnung, wobei ebenso wie in Fig. 4 die eigentliche Antriebsvorrichtung in kleinerem Massstabe gehalten ist und die Bewegung durch Kuppelstangen auf die Schaufeln selbst übertragen wird.
Der am Radkörper feste Punkt (im vorliegenden Falle die im Radkörper gelagerte Blindwelle 10) ist mittels eines kurzen Lenkers 10-13 an den Scheitel : J eines Winkelhebels 8-13-14 angeschlossen, von welchem ein Endpunkt 8 auf einem zum Radmittel exzentrischen Kreise umläuft, während von dem andern Endpunkte 14 die Bewegung der Schaufel abgeleitet wird. Dies geschieht im gezeichneten Beispiel durch die Kuppelstange 15, kann jedoch auch auf verschiedene andere Arten erfolgen.
Für den richtigen Anschluss der Schaufel ist die Tatsache massgebend, dass die Verbindungslinie der Punkte 10 und 14 relativ zum Radkörper dieselben Riehtungsänderungen ausführt wie die Verbindungslinie der Punkte 8 und 10, wenn die drei Hebellängen 10-13, 8-13 und 13-14 gleich gross gewählt werden, so dass die Lage der Schaufel unabhängig vom Abstande der beiden Punkte 8 und 10 und nur von der Richtung ihrer Verbindungslinie bestimmt ist.
Wenn die drei genannten Hebellängen etwas verschieden gewählt werden, beispielsweise um ein geändertes Bewegungsgesetz der Schaufeln zu erzielen, so ist die Stellung der Schaufel zwar in geringem Masse auch vom Abstand der beiden Punkte 8 und 10 abhängig, in der Hauptsache und vorwiegend aber doch von der Richtung ihrer Verbindungslinie bestimmt (wie dies auch bei Kulissen mit mässig gekrümmtem Führungsschlitz der Fall ist).
Antriebsvorrichtungen der beschriebenen Art dienen nicht nur zum direkten mechanischen Antrieb der Schaufeln, sondern können auch in jenen Fällen, in welchen die Schaufeln von Krafteinsehaltern (Servomotoren) bewegt werden, als Steuerung oder Rückführung der Krafteinschalter verwendet werden.
Eine besonders vielfältige bauliche Gestaltung können auch jene (in den Fig. 3,4 und 6 nicht dargestellten) Mittel aufweisen, mit welchen die exzentrisch synchrone Umlaufbewegung der steuernden Punkte, z. B. des Steuerringes 6, bewirkt wird. Der Ring 6 kann beispielsweise durch eine geeignete Lagerung in seiner exzentrischen Stellung gehalten werden und mit dem Radkörper 2 durch zwei oder mehrere parallele und gleich lange Lenker (Kuppelstangen) verbunden sein, deren Länge genau gleich der Exzentrizität des Ringmittelpunktes ist. Diese einfache Art des Ringantriebes ist namentlich in jenen Fällen vorteilhaft, in welchen die Exzentrizität im Betriebe nicht geändert werden soll.
Der Antrieb des Ringes kann aber auch durch Zahnradvorgelege erfolgen, welche so angeordnet sind, dass der Ring 6 bei festgehaltenem Radkörper 2 sich wohl in seiner Ebene verschieben, aber nicht relativ zum Radkörper verdrehen kann.
In noch anderer Weise kann der Steuerring durch mechanische Kupplung mit dem Radkörper unter Zwischenschaltung eines dritten Körpers derart angetrieben werden, dass dieser dritte Körper mil einer Parallelführung (Gleitführung, Lenkerparallelogramm od. dgl. ) an den Radkörper und mit einer
EMI3.3
solchen Anordnung.
Der Steuerring 6 trägt in den Punkten 16 zwei parallele und gleich lange Lenker 17, deren andere Enden in den Punkten 18 an einem starren Körper 19 angeschlossen sind, der beispielsweise ringförmige Gestalt aufweisen kann und im folgenden der Kürze halber Zwisehenring"genannt wird. Die Teile 6,
<Desc/Clms Page number 4>
17 und 19 bilden ein Lenkerparallelogramm ; so dass der Steueirihg mid-der Zwischemfng relativ zueinander wohl Translationsbewegungen, aber keine Drehbewegungen ausführen können. Der Zwischenring 19
EMI4.1
den Radkörper 2 angeschlossen sind. Da, bei einer solchen Anordnung der Zwischenring auch relativ zum Radkörper keine Drehbewegungen ausführen kann, ist der Steuerring 6 in bezug auf den Radkörper 2 zwar in der Ebene frei verschiebbar, aber unverdrehbar gehalten.
Die beschriebene Einrichtung zwingt daher den Steuerring 6, streng synchron mit dem Radkörper 2 umzulauten, wobei der Mittelpunkt 2. * !
EMI4.2
Verstellung dieser Lagerung auch während des Betriebes verschoben werden kann.
An Stelle der Lenkerparallelogramme können naturgemäss auch andere Geradführungen, z. B.
'Gleitbahnen, Schlitzführungen, Rollenführungen od. dgl., verwendet werden. In manchen Fällen ist es nicht erforderlieh, einen vollkommen genauen Gleichlauf zwischen Radkörper und Steuerring zu erzwingen ; es kann in diesen Fällen vielmehr noch zulässig sein, dass der Steuerring während einer
EMI4.3
beispielsweise die Verbindung der Körper 2 und 6 nur durch einen einzigen Lenker erfolgt.
Schliesslich muss beim Entwurf der beschriebenen Antriebsvorrichtung beachtet werden, dass die
EMI4.4
massen ausbalanciert werden, dass der Schwerpunkt jede3 einzelnen Getriebegliedes oder der gemeinsame Schwerpunkt mehrerer Glieder bei allen Relativbewegungen in einem Punkt verharrt, der relativ zum Radmittelpunkt ruht. oder gleichförmige Kreisbewegungen ausführt. Es muss sich also das Antriebssystem ganz oder nahezu lückenlos in Teilsystems zerlegen lassen, die bei allen Relativbewegungen des Getriebes jeweils im statischen indifferenten Gleichgewicht bezüglich eines Punktes des Radkörpers, eines relativ zum Radmittel ruhenden Rmmpunktes oder eines Punktes des Steuerringes verharren.
EMI4.5
Die Lenker 17 sind durch die Gegengewichte 24 derart ausgewuchtet, dass ihre Schwerpunkte in die
Punkte 16 des. Steuerringes 6 fallen. Da die beiden Punkte 16 im dargestellten Beispiele nicht diametral gegenüberliegen, muss der Steuerring selbst noch durch ein Zusatzgewicht 25 ausgewuchtet werden.
In gleichartiger Weise sind der Zwischenring 19 und die beiden Lenker 21 durch die Gegengewichte 26 bezüglich der am Radkörper festen Punkte 22, und am Rade selbst durch die Zusatzmasse 27 ausge- wuchtet. Ein analoger Massenausgleich kann auch bei den Kulissen 7 (Fig. 3), den Hebeln und Kuppel- stangen in Fig. 6 u. dgl. durchgeführt werden, wobei sich wegen der symmetrischen Scinufelausteilung die Getriebeteile der einzelnen Schaufeln gegenseitig das Gleichgewicht halten, sobald ihre Schwerpunkte je auf einen Punkt des Radkörpers oder des Steuerringes gebracht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Antriebsvorrichtung für Schaufelräder, deren Schaufeln sich während der Umdrehung des
Rades um ganz oder nahezu achsparallele Drehachsen bewegen und stets alle vom Mittel, in welchem sie arbeiten, in vorwiegend achsnormaler Richtung beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaufel ein Punkt (Drehzapfen 4 od. dgl.) am Radkörper und ein zweiter, auf einem zur Radachse exzentrischen Kreise (K ) synchron oder isochron mit dem Rade umlaufender Punkt (Drehzapfen 8 od. dgl. ) zugeordnet ist und dass die Bewegung der Schaufel vorwiegend von den Änderungen jenes Winkels abgeleitet wird, der zwischen der Verbindungslinie der beiden genannten Punkte und einer am Radkörper beliebig gewählten festen Richtung liegt.