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Dokumentenidentifikation DE60312858T2 06.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001514026
Titel MASSENTRÄGHEITSMECHANISMUS ZUR TRANSFORMATION EINER OSZILLIERENDEN BEWEGUNG IN EINE EINWEGKREISBEWEGUNG
Anmelder Petrovic, Tomislav, Nis, YU
Erfinder Petrovic, Tomislav, 18000 Nis, YU
Vertreter engel patentanwaltskanzlei, 98527 Suhl
DE-Aktenzeichen 60312858
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.05.2003
EP-Aktenzeichen 037564101
WO-Anmeldetag 28.05.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/YU03/00015
WO-Veröffentlichungsnummer 2003102376
WO-Veröffentlichungsdatum 11.12.2003
EP-Offenlegungsdatum 16.03.2005
EP date of grant 28.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse F03G 3/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung ist anwendbar im Maschinenbau; beispielsweise für Fahrzeuge oder insbesondere für Getriebe zur Umwandlung einer periodischen Bewegung in eine einsinnig gerichtete Rotation. Die Klassifizierung der vorliegenden Erfindung gemäß IPC wird vorgeschlagen als: F01C9/00.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Umwandlung einer periodischen Bewegung (entweder translatorisch oder rotatorisch) in eine einsinnig gerichtete Rotation mit Hilfe eines neu geschaffenen Prinzips zur massenträgheitsbasierten Umwandlung von Bewegungen. Für diese Bewegungsumwandlung ist keine Energie erforderlich, sodass ein hoher Wirkungsgrad (mechanisch) erzielt werden kann.

Stand der Technik

Die Umwandlung von Bewegungen erfolgte bislang ausschließlich durch Getriebe, deren Bewegung erzwungen ist, das heißt durch Getriebe, die nur einen Freiheitsgrad aufweisen. Ein einzelner Parameter (ein Winkel oder die Bewegung eines Getriebeelementes) bestimmt die Bewegung aller anderen Getriebeelemente. Gemäß dem Prinzip einer erzwungenen Bewegung erzwingt die Bewegung eines Getriebeelementes die Bewegung aller anderen Getriebeelemente entsprechend den zuvor festgelegten Bewegungsabläufen.

Es werden zwar verschiedene Getriebeformen zur Umwandlung einer periodischen Bewegung in eine einsinnig gerichtete Rotation verwendet, jedoch die bekannteste und meistverwendete Getriebeform ist der Kolbenantrieb, welcher einerseits eine translatorische periodische. Bewegung eines Kolbens und andererseits eine einsinnig gerichtete Rotation einer Kurbelwelle aufweist. Der grundsätzliche Nachteil einer solchen Getriebeform ist deren sehr niedriger Wirkungsgrad bei der Umwandlung. Dieser rührt vom zwangsgesteuerten Charakter der Umwandlung her, da der Spitzenwert des Druckverlaufes im Zylinder nicht mit dem optimalen Winkel für die Umwandlung übereinstimmt.

Die DE 30 14 770 A1 offenbart einen Schleudertrieb zur Umwandlung von Längsbewegungen in Drehbewegungen. Ein Körper rotiert um seinen Drehpunkt. Explosionsartige Impulse verursachen eine Hin- und Herbewegung des Drehpunktes, wodurch eine Rotation des Körpers bewirkt wird. Die Rotation des sich hin- und herbewegenden Drehpunktes wird über Drehgelenke zu einem stationären Drehpunkt übertragen. An diesem stationären Drehpunkt kann ein anzutreibendes Getriebe angekoppelt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe zur Umwandlung einer periodischen Verschiebung in eine einsinnig gerichtete Rotation mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen.

Die genannte Aufgabe wird durch ein Getriebe gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Wesen der Erfindung

Das wesentliche Getriebeelement ist ein Pendel mit einem beweglichen Aufhängungspunkt. Das Getriebe hat grundsätzlich zwei Freiheitsgrade: ein Auslenkungswinkel &phgr; des Pendels und eine translatorische oder rotatorische periodische Verschiebung s des Aufhängungspunktes. Eine kurze impulsartige Verschiebung des Punktes A bei Winkeln von &phgr; = 0, &pgr;, 2&pgr; ... in eine Richtung umgekehrt zu der momentanen Geschwindigkeitsrichtung einer Masse m führt zu einer einsinnig gerichteten Rotation des Pendels der Masse m und einer Länge l. Das Getriebe hat eine veränderliche Struktur, sodass es in den Phasen mit einem bewegten Punkt A zwei Freiheitsgrade (&phgr;, s) aufweist. Beide Freiheitsgrade stellen jeweils einen dynamischen Parameter des Systems dar. In den anderen Phasen verbleibt nur ein Freiheitsgrad (&phgr;). Die Bewegungsumwandlung erfolgt während der Phasen mit zwei Freiheitsgraden (wodurch eine antriebslose Bewegung ermöglicht ist); wobei während der Phasen mit nur einem Freiheitsgrad die Getriebebewegung durch die Massenträgheit bewirkt ist. Die Bewegungsumwandlung kann in einer beliebigen Ebene erfolgen, jedoch ist eine Pendelbewegung in der Äquipotenzialebene am stabilsten. Zur Erzeugung der impulsartigen periodischen Bewegung können unterschiedliche Aktuatoren (pneumatisch, hydraulisch, piezoelektrisch usw.) verwendet werden, jedoch ist die in praxi wichtigste Bewegung durch eine Ausdehnung infolge einer Kraftstoffverbrennung gegeben, die innerhalb eines Zylinders mit einer translatorischen Bewegung einhergeht.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes im Vergleich zu bekannten Getrieben ist sein hoher Wirkungsgrad, da der maximale Druck der Kraftstoffverbrennung durch eine Wahl des geeigneten Zeitpunktes der Verbrennung erzielt werden kann, wobei dieser mit optimalen Getriebeparametern übereinstimmen kann, sodass eine Bewegungsumwandlung ermöglicht ist. Ein dynamisch ausgeglichenes Getriebe kann durch symmetrisch angeordnete Getriebeelemente erzielt werden, sodass sowohl die inneren als auch die äußeren Kräfte innerhalb der gebildeten Konstruktion während aller Phasen der Bewegung ausgeglichen sind.

Figurenkurzbeschreibung

Die Erfindung wird im Detail dargestellt, wobei

1 ein Getriebe zur Bewegungsumwandlung mit einer translatorischen Bewegung einer Pendelaufhängung zeigt;

2 ein Getriebe zur Bewegungsumwandlung mit einer rotatorischen Bewegung einer Pendelaufhängung zeigt;

3 einen Steuermodus und ein Diagramm während unterschiedlicher Phasen der Getriebebewegung zeigt;

4 einen allgemeinen Konstruktionsentwurf eines erfindungsgemäßen Getriebes mit einer beweglichen Ankopplung eines schwingenden Hebels und Antriebshebeln zeigt;

5 einen Konstruktionsentwurf des erfindungsgemäßen Getriebes mit einer verschiebbaren Ankopplung zwischen dem schwingenden Hebel und den Antriebshebeln zeigt;

6 ein teilweise ausgeglichenes erfindungsgemäßes Getriebe, welches durch zwei Pendel realisiert ist, zeigt; und

7 ein vollständig ausgeglichenes erfindungsgemäßes Getriebe, welches mit vier Pendeln realisiert ist, zeigt.

Ausführliche Beschreibung

Das erfindungsgemäße Trägheitsgetriebe, welches eine Umwandlung einer periodischen Bewegung in eine einsinnig gerichtete Rotation ermöglicht, ist eine Kombination aus einem Pendel (Drehpendel) 1 mit einer beweglichen Aufhängung und einem Planetengetriebe. Der Steuermodus des neu geschaffenen Getriebes, welches eine veränderliche Struktur aufweist, ermöglicht eine einsinnig gerichtete Rotation des Pendels 1 während einer periodischen Bewegung der Pendelaufhängung. Die Bewegungsumwandlung erfolgt derart, dass während ein Pendelauslenkungswinkel &phgr; = 0, &pgr;, 2&pgr; ... beträgt, eine kurzzeitige Auslenkung s der Pendelaufhängung in eine Richtung umgekehrt zu der momentanen Geschwindigkeitsrichtung der Masse m erfolgt. In den anderen Phasen ist eine Verschiebung der Pendelaufhängung durch Steuersignale und geeignete Elemente, welche eine einseitig gerichtete Translation des Pendels 1 mit der Winkelgeschwindigkeit &ohgr; ermöglichen, verhindert.

Die Anwendung dieses neu geschaffenen Prinzips der Bewegungsumwandlung ermöglicht die Konstruktion eines in 4 gezeigten Getriebes. Das Pendel 1 mit der Masse m und der Länge l ist fest mit einem Planetengetrieberad 2 verbunden. Diese beiden Elemente sind beweglich mit dem schwingenden Hebelarm 4 in einem Punkt A verbunden. Das Planetengetrieberad 2 und das Planetensonnenrad 3 stehen ständig im kinematischen Eingriff, sodass die Planetenradwelle als Abtriebswelle des Getriebes angesehen werden kann, wobei die Abtriebswelle die Übertragung der umgewandelten Bewegungsenergie ermöglicht. Antriebshebel 5, 6 sind beweglich in einem Punkt C mit dem schwingenden Hebelarm 4 verbunden. Eine Bewegung des schwingenden Hebelarmes 4 ist durch Begrenzungsanschläge 7, 8 verhindert und ein Aktivieren von Haltelementen 9, 10 verhindert durch die Form derselben eine Bewegung des schwingenden Hebelarmes 4, wodurch dessen Ruhephasen ermöglicht werden. 5 zeigt eine Ausführungsform des Getriebes, welches statt einer beweglichen Verbindung eine verschiebbare Verbindung zwischen dem Antriebshebel 5 und dem schwingenden Hebel 4 aufweist.

Um ein teilweises mechanisches Gleichgewicht bereitzustellen, ist es möglich, zwei Pendel 1, 11 symmetrisch bezogen auf die Achse des Planetensonnenrades 3 anzuordnen, was in 6 gezeigt ist. Die Positionen der beiden Pendel 1, 11 bezogen auf den schwingenden Hebel sind gleich, wobei im Falle von gleichen Parametern des Pendels 1, die vertikalen Kräfte des Getriebes ausgeglichen sind.

Um ein vollständiges mechanisches Gleichgewicht bereitzustellen, ist es notwendig, eine in 7 gezeigte Anordnung zu konstruieren, welche zwei teilweise ausgeglichene Getriebe umfasst. Planetensonnenräder 3, 13 mit einer gleichen Größe stehen permanent im kinematischen Eingriff, sodass die Energieübertragung über eines der beiden Planetensonnenräder erfolgen kann. Gleiche Parameter der Pendel (m und l), des Winkels &phgr; und der Getrieberadgrößen gewährleisten einen Ausgheich sowohl der inneren als auch der äußeren Kräfte während aller Phasen der Bewegung des Getriebes.

Industrielle und andere Anwendungen

Das neu geschaffene Prinzip der Bewegungsumwandlung gemeinsam mit der vorgeschlagenen Konstruktion und dem Steuermodus ermöglichen die Modellierung eines Getriebes zur Umwandlung einer periodischen Bewegung in eine einsinnig gerichtete Rotation mit einem hohen Wirkungsgrad. Eine breite Anwendung einer solchen Bewegungsumwandlung für Verbrennungsmotoren ist zu erwarten. Der Vorteil eines solchen Getriebes ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn eine Sauerstoff-Wasserstoff-Mischung als Kraftstoff zur Erzeugung einer Leistung genutzt wird, da während der Verbrennung stoßartige Kräfte erzeugt werden.


Anspruch[de]
Trägheitsgetriebe zur Umwandlung von kurzen stoßartigen, periodischen Hubbewegungen eines Aufhängungspunktes (A) in eine einsinnig gerichtete Rotation, dadurch gekennzeichnet, dass ein schwingender Hebelarm (4), dessen Rotationsachse zu der eines abtreibenden Planetensonnenrades (3) korrespondiert, mit dem Aufhängungspunkt (A) eines Drehpendels (1) verbunden ist und weiterhin mit beweglich angekoppelten Antriebshebeln (5, 6) verbunden ist; wobei das Pendel (1) einer Masse (m) mit einem Planetengetrieberad (2) fest verbunden ist; wobei das Planetengetrieberad (2) permanent an das Planetensonnenrad (3) gekoppelt ist; und wobei Paare von Begrenzungsanschlägen (7, 8) und Halteelementen (9, 10) über ihre Enden abwechselnd mit dem schwingenden Hebelarm (4) während seiner Ruhemomente in Verbindung treten. Trägheitsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Pendel (1, 11) umfasst, wobei jedes Pendel (1, 11) mit jeweils einem von zwei Planetengetrieberädern (2, 12) fest verbunden ist; und wobei die Planetengetrieberäder (2, 12) permanent an das Planetensonnenrad (3) gekoppelt sind; und wobei die Planetengetrieberäder (2, 12) symmetrisch bezogen auf die Rotationsachse des Planetensonnenrades (3) angeordnet sind. Trägheitsgetriebe, umfassend zwei Trägheitsgetriebe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetensonnenräder (3, 13) permanent miteinander im kinematischen Eingriff stehen.






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