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WO2006111112A1 - System zur speicherung von hysteresebewegungen - Google Patents

System zur speicherung von hysteresebewegungen Download PDF

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WO2006111112A1
WO2006111112A1 PCT/DE2005/001182 DE2005001182W WO2006111112A1 WO 2006111112 A1 WO2006111112 A1 WO 2006111112A1 DE 2005001182 W DE2005001182 W DE 2005001182W WO 2006111112 A1 WO2006111112 A1 WO 2006111112A1
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WO
WIPO (PCT)
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spring
force
forces
hysteresis
mechanical
Prior art date
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Application number
PCT/DE2005/001182
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gotthard Schulte-Tigges
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Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP05761653A priority Critical patent/EP1872029A1/de
Publication of WO2006111112A1 publication Critical patent/WO2006111112A1/de
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Priority to US11/876,189 priority patent/US8191866B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H33/00—Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02—Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/02—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means
    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/044—Self-pumping fluid springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G1/00—Spring motors
    • F03G1/02—Spring motors characterised by shape or material of spring, e.g. helical, spiral, coil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40311—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclic, planetary or differential type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/502—Kinematic linkage, i.e. transmission of position involving springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/504—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using flat or V-belts and pulleys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating

Definitions

  • the invention relates to a system for storing hysteresis movements, in particular of distance or revolution equivalents, as well as the use of the memory for actuator tasks.
  • the mechanical attachment or the guidance of devices by ropes, hawsers, chains, bands in tensile forces or rigid elements such as rods or racks under pressure forces in many areas requires an adjustable guide due to changing external conditions.
  • the adjustable guide maintains or ensures the respectively necessary tension which is required.
  • Examples of such fortifications include the mooring of ships in a harbor with tidal lift or buoys on the high seas, the adaptation of Dämpferelemen- th or the management of flying objects.
  • Such flexible fasteners require mechanical actuating tasks in order to be able to react to the change in the external conditions and to maintain or achieve a desired "fastening status.” Energy is required to carry out this mechanical setting work.
  • counterclockwise rotation refers to the counterclockwise rotation
  • clockwise rotation is understood to mean the clockwise rotation
  • Actuators in the present invention refers to tasks in the field of control and regulation.
  • a system for using alternating mechanical forces or moments which is suitable for converting the forces or moments in oscillating movements, the system having a device which is able on the one hand, by means of at least one spring and suitable transmission components hysteresis and continue to produce, conserve, and finally provide for mechanical motions.
  • An inventive system is to be used on the one hand for storage and on the other hand for the use of work or pitches for aktorische work. This is achieved by devices according to the invention.
  • a system is provided in which at least one spring and the transmission components are arranged such that the changes in length or angle caused by the force or torque introduction point of the spring are also counter to the force or moment direction with increasing forces or moments be transferred to the opposite point of the spring.
  • the opposite point of application of the force or torque application point of a spring depending on the selected embodiment of the invention, not fixed to the housing.
  • a mechanical and / or hydraulic and / or pneumatic transmission is provided for transmitting the forces to the spring, wherein a mechanical transmission, depending on the selected embodiment, is also designed as a planetary gear or planetary gear, which via friction or teeth, the forces and moments transfers.
  • pawls, overrunning clutches or check valves are provided as part of the transmission components. It is further contemplated that the pawls, overrunning or check valves are arranged such that after a load and discharge cycle of
  • Housing against the direction of force is changeable or the opposite torque application point of the spring is rotatable against the torque rotation direction.
  • a mechanical and / or a gas spring and / or the spring action between magnets which act as linear or torsion springs provided.
  • a system in which a storage system with cable drum and another cable drum or at least two storage systems with cable drums sit on an axle and each coiling the two ends of a rope in opposite directions, wherein the rope is connected via a pulley with a pull rope.
  • a spring which is suitable for storing rotational work, via a reversing gear.
  • a system according to the invention has an output shaft for transmitting mechanical movements, wherein the output shaft is provided with at least one shiftable clutch or slip clutch depending on the selected embodiment with respect to the housing.
  • this is designed such that it can be plugged as a module on a continuous rope and is suitable for uniform recovery of rope in front of and behind the module in oscillating loads.
  • a system according to the invention for regulating and / or setting work by means of ropes, hawsers, chains or belts for tensile forces or rigid elements for pressure forces such as rods or racks is suitable, the control and / or Stellarbeit work on towing kite or tow of marine vessels or to buoys.
  • a system according to the invention is also provided for driving at least one generator by using the lifting or rotational movements resulting from the changes in length or angle caused on the spring.
  • Another aspect of the present invention is a method of utilizing alternating mechanical forces or moments, which are converted into oscillatory motions using spring and gear components, producing hysteresis which is cumulative, conserved, and finally available for mechanical motion is provided.
  • gearboxes continuously variable transmissions or hydraulic pumps and motors as well as hydraulic or pneumatic cylinders are used for the transmission components.
  • length or angle changes are made at kenden forces or moments transmitted exclusively to the force or torque application point of the spring.
  • pawls, overrunning clutches or non-return valves are used in the inventive method for accumulation and storage of the generated hysteresis.
  • hysteresis movement memory in the sense of the present invention.
  • the work is the product of the force and the travel. If the tractive force multiplied by the effective Buchseilin selectedung is slightly larger than the Stellarbeit, only the effective Switzerlandseilverinrung can be used in relation to the travel as actuators. This actuator then works regardless of the size of the tensile forces. Due to its design, it has high setting torques and therefore requires no or few gear stages.
  • a force or a moment acts on a spring.
  • the thrust bearing of the spring is moved by the increasing force or torque load via a lever mechanism, a gearbox, a hydraulic or a pneumatic counter to the force or Momen- tenides. This is done in a predetermined relationship to the movement that makes the spring at the force or torque application point in the direction of the force or the moment.
  • the automatic recovery of this movement with decreasing force or decreasing torque is prevented by a pawl or a freewheel or an overrunning clutch or a check valve.
  • the counter point at which the lever arm or the center of the reversing gear or the point at which the hydraulics or pneumatic was supported by the spring force in the opposite direction of the force or the moment fetched. This movement is also prevented by a pawl or a freewheel or an overrunning clutch or a remindschlagven- til at a provision.
  • the gas can take over both the force deflection and the spring function.
  • a longitudinal or rotary movement is repeatedly carried out counter to the forces or torques acting.
  • the counter-movement which causes the winding of the rope, can even already represent a direction of the desired actuators, tension a spring, which stores the work for later actuator movements, or hold the rope length obtained for later Aktorfarbeit.
  • the storage thus takes place, for example, by winding a cable against the force or tensioning springs.
  • the actuators in the direction of rotation of the cable management can be controlled by unlocking a clutch or pawl on the cable storage. In this case, adjusting moments and forces are generated by unwinding under a given tensile force and thus performed Stellarbeit.
  • the actuator against the direction of rotation is generated by a reversing gear with fixed bevel gear cage or fixed planetary carrier of a planetary gear (planetary gear).
  • the actuator torque can be used to support the switching work.
  • the clutches or pawls can be switched by remote control as well as by length or angular position, force or torque variables as well as speed, mass inertia or the direction of gravity. The latter is suitable for the sturdy flight of towing kites.
  • two rope storage are used, the opposite roll up and the rope is connected via a pulley to the pull rope.
  • the cable store is coupled in each case, which generates the desired direction of rotation.
  • the present invention can be used, for example, for the use of wave energy. Any permanent mechanical movement is subject to considerable stress and wear under saltwater conditions.
  • the shaft seal of the marine propulsion system has proven itself. The purpose is the lifting movement of the To convert buoy via a cable drum in the oscillating rotational movement of a drive shaft.
  • buoy wave power plants sometimes the buoyancy of a buoy connected to the seabed is used, which is different from the wave height.
  • the closest possible connection to the seabed is required, which is largely independent of the tide.
  • the rope or the chain to the seabed can always be adjusted to the required preload, and with this system is also possible as storm protection a descent of the buoy.
  • a flooding of chambers of the buoy as storm protection and subsequent lashing is not required.
  • the control of the spring preload can be done by a float, which triggers the function "catching up rope” or "rope fins”. Generators are operated parallel to the spring.
  • the system switches to pure spring operation, so that the alternating rotational movement is converted hysteresis-free into a rectified rotational movement via a reversing gear with corresponding overrunning clutches and, for example. drives a generator.
  • the system according to the invention can be used to control towing kites.
  • Towing kites are carried on at least one rope and require an adjustment mechanism to be actively flown.
  • the useful life is considerably limited by the accumulator capacity or the recovery of energy from unimpairable environmental factors, e.g. the sunshine when using solar cells.
  • control forces are proportional to the tensile forces
  • high control forces arise at high tensile forces, for which the corresponding energy supply and actuators must be provided.
  • the system according to the invention is therefore particularly advantageous in this control, since it is able to store rope length regardless of the magnitude of the tensile forces and to control the To draw kite even with exceptionally high tensile forces such as wind gusts to provide the required force.
  • the system according to the invention installed on board, can also reduce the required winch capacity for catching towing kites on ships.
  • skylights, ventilation flaps, rotary valves or blinds can be opened by cyclic pulling movements and closed by pulling up to a stop which releases the other direction of movement, or vice versa.
  • Remote controlled barriers and clutches can control an actuator system for opening and closing by decoupling the stored traction cable.
  • a system according to the invention can use hysteresis in shock absorbers as energy, which is destroyed in conventional shock absorbers by heat conversion.
  • an automatic level control of vehicles would be feasible. For example, The ground clearance of vehicles and trailers can be automatically adjusted at different loading.
  • hysteresis movement memory actuator system is called during sailing, such as installation in a sailing winch, which makes it possible to get the pods under high tensile forces during load fluctuations without corresponding manual force. It is also possible to use the fluctuating in operation preloads in pre-and leech for trimming the mast.
  • An automatic displacement of ballast by gravity-controlled clutches can also be carried out for trimming with the system according to the invention.
  • a device according to the invention is suitable for clamping high-voltage or railway overhead lines in order to compensate for fluctuations in the line bias caused by seasonal temperature changes.
  • the hysteresis movement memory actuator system can use the oscillating traction forces of the caught fish for catching the fish in a fishing rod.
  • FIG. 1 shows a mechanical linear hysteresis movement memory actuator system for continuous ropes or beams for lifting loads
  • FIG. 2 Mechanical linear hysteresis movement memory actuator system with an actuator rotation direction
  • FIG. 4 Hydraulic linear hysteresis movement memory actuator system with mechanical hysteresis storage and an actuator
  • Figure 5 Hydraulic linear hysteresis movement memory actuator system with hydraulic hysteresis and an actuator
  • FIG. 6 Hydraulic rotation-hysteresis-motion storage system with an actuator.
  • FIG. 7 Pneumatic linear-hysteresis-movement-memory actuator system with mechanical hysteresis storage and an actuator
  • FIG. 8 Pneumatic linear hysteresis movement memory actuator system with pneumatic hysteresis storage and an actuator
  • FIG. 11 Rotational hysteresis movement memory actuator system with two actuator rotation directions for controlling towing kites
  • FIG. 12 Rotation hysteresis movement memory actuator system for length adjustment of continuous cables
  • Figure 1 shows a mechanical linear system according to the invention for continuous ropes or beams for lifting loads.
  • the low force 15 is present on the traction cable 17 in the initial situation.
  • Their increase in the high force 16 leads to a clamping of the pawls 44b of the housing 18 on the rope or carrier and by the lever 49 and linkage 50, the counter-rotating block 59 is moved counter to the direction of force and biases the springs 23.
  • the pawl 44a runs free .
  • the second half of the charging cycle 'is in the initial situation the high force 16, which falls to the low force 15.
  • the position of the counter-rotating block is held by the pawl 44a on the static cable 48.
  • the distance obtained by raising the housing 18 is used by opening the two pawls 44a / b.
  • FIG. 2 shows a mechanical linear system according to the invention with an actuator.
  • the low force 15 is present on the traction cable 17 in the initial situation.
  • Their increase to the high force 16 leads to a clockwise rotation of the lever 49.
  • the pawl 44b which is fastened to the lever 49, the cable drum 11 (or a toothed wheel) is entrained, and the housing 18 on the static cable 48 (FIG. or a rack) is raised against the direction of force.
  • the pawl 44a which is mounted on the housing 18, thereby runs free.
  • FIG. 3 shows a mechanical rotating system according to the invention with a reverse gear and two actuator rotation directions.
  • the planetary carrier of the reversing gear 28 is connected by coupling 29a to the gearbox. housing 18 and coupled by coupling 29b with the actuator 19.
  • the first half of the storage cycle ' is the traction cable 17 in the initial situation, the low force 15 at.
  • a clockwise rotation of the cable drum 11 and the axis 10 is effected.
  • the axis 10 via the spring 23 will cause the clockwise rotation of the outer ring of the storage mechanism 22 and the planet carrier of the storage mechanism 14. This is prevented by the overrunning clutches 13a / b.
  • Actuator 19 and the sun gear of the reversing gear 24 form a unit.
  • the discharge of the memory can cause either a right- or left-handed adjusting movement.
  • the clutch 29b remains engaged, and the clutch 29a is disengaged.
  • the planet carrier of the reversing gear 28 is engaged with the actuator 19.
  • the tensile force causes a clockwise rotation, as a result, actuator 19 and reverse gear outer ring 25 are also rotated with the pulley 42 to the right.
  • FIG. 4 shows a hydraulic linear system according to the invention with mechanical hysteresis storage with an actuator.
  • the piston 12 moves in the cylinder / piston combination 30, which in turn fulfills the function of the piston in the cylinder 45.
  • the piston 12 in the cylinder 30 lowers, increasing the hydraulic pressure below it to the hydraulic chamber 35 which is connected to the hydraulic outer chamber 36.
  • the cylinder 45 is supported by the pawls 44b on the housing 18, so that sets a force equilibrium between the hydraulic chambers 35/36 and the springs 23a / b. In this case, the cylinder / piston combination 30 lifts against the direction of movement of the increased force 16.
  • FIG. 5 shows a hydraulic linear system according to the invention with hydraulic hysteresis storage with an actuator.
  • the piston 12 moves in the cylinder / piston combination 30, which in turn fulfills the function of the cylinder in the housing 18.
  • the piston 12 in the cylinder 30 lowers, increasing the hydraulic pressure below it to the hydraulic chamber 35, which via the check valve 58 a, the hydraulic fluid in the hydraulic outer chamber 36 passes.
  • the cylinder / piston combination 30 lifts against the direction of movement of the increased force 16, until a force equilibrium with the pressure in 35/36 is added between spring 23 and the pressure in 35/36 multiplied by the piston area of 12 multiplied by the piston area of 30 has set.
  • Actuator work can be done by opening the valve 63 via a hydraulic motor 65 or directly via the lowering of the piston 12.
  • FIG. 6 shows a hydraulic rotating system according to the invention with mechanical rotary hysteresis storage with an actuator.
  • the cable storage is the pull cable 17 in the first half of the cycle 1 in the initial situation, the low force 15 at.
  • the high force 16 is a left-hand rotation of the cable drum 11 and the axis 10.
  • the axis 10 with the hydraulic inner body 33 via the hydraulic fluid to cause a left turn of the hydraulic ring 34 or the hydraulic outer body 37. This is prevented by the overrunning clutch 13b.
  • the hydraulic chamber 35 is connected to the hydraulic outer chamber 36, the hydraulic ring 34 rotates right against the force of the springs 23a / b.
  • the spring 23a is tensioned, but with the effect that the abutment of the spring has rotated counter to the torque direction.
  • FIG. 6 shows only the hysteresis memory.
  • a Aktor considerable by turning the left of actuator 19 can be constructed analogously to Figure 3.
  • FIG. 7 shows a pneumatic linear system according to the invention with a mechanical hysteresis memory and an actuator.
  • the piston 12 lowers and increases the pressure below it to the chamber 46.
  • the cylinder 45 is supported on the housing 18 with the lower pawls 44b. Between the chamber 46 and the counter chamber 47 must prevail the same pressure. For this reason, the cylinder-piston combination 30 lifts against the direction of movement of the piston 12.
  • the embodiment shown in this illustration works without a mechanical spring, it shows the mode of action exclusively with the action of the gas spring, which is also the transmission medium for the countermovement.
  • a combination of the gas spring with a conventional mechanical spring may be useful. Actuator work can be done by the release of the pawls 44a / b.
  • Figure 8 shows a pneumatic linear system according to the invention with pneumatic hysteresis memory and an actuator.
  • the piston 12 lowers and increases the pressure below it to the chamber 46.
  • the counter chamber 47 has a larger diameter and receives gas via the check valve 58a and raises the chamber separation plate 41 against the direction of force until the force of the counter chamber 47 is equal to the sum of the force of the chamber 46 and the spring force 23.
  • Actuator work can be done by opening the valve 63 z. B. by a compressed air motor 66 or directly via the lowering of the piston 12.
  • FIG. 9 shows a pneumatic rotating system according to the invention with mechanical rotary hysteresis storage with an actuator.
  • the low force 15 is present on the traction cable 17 in the starting situation.
  • Their increase to the high force 16 leads to a left-hand rotation of the cable drum 11 and the axis 10 with the Pneumatikin- nen Stress 39, now wants to cause a left-hand rotation of the pneumatic ring 40 or the pneumatic outer body 38 on the increasing internal pressure.
  • the latter is prevented by the overrunning clutch 13b. It follows that the pressure in the both in the pneumatic inner chamber 60 and in the connected first pneumatic outer chamber 61 increases.
  • the pneumatic ring 40 rotates to the right until the left effective moments resulting from the product of pressure and lever arm in 60 and the second pneumatic outer chamber 62 are equivalent to the corresponding right moment in FIG. 61.
  • the chambers 60/61 and the chamber 62 take over the function of gas springs simultaneously.
  • FIG. 9 shows only the hysteresis memory.
  • a Aktor realized by turning the left of actuator 19 can be constructed analogously to Figure 3.
  • FIG. 10 shows a double rotating system according to the invention with mechanical rotary hysteresis storage with two actuator directions.
  • the components of the hysteresis movement memory are respectively integrated in the cable drums 11a / b and are not shown. Only the actuator units 19a and 19b and the timing pulley 42, the clutches 29a for turning to the left and 29b for clockwise rotation are shown and the clutches 29c between the housing 18 and the actuators 19a for clockwise rotation and the clutch 29d between the housing 18 and actuator 19b for counterclockwise rotation Timing pulley 42 ..
  • the tug 17 is attached to a guide roller 32 through which a balancing cable 31 is guided, which is mounted in opposite directions on the cable drums 11 a and 11 b.
  • the two rope stores can be connected via a reversing gear to regulate the charging with a balanced amount of rope on both rope drums.
  • FIG. 11 shows the control of a towing kite or towing sail by means of a mechanical rotating system according to the invention with a reverse gear according to FIG. 3 as an overall system.
  • the towing kite / tow 51 shown.
  • This is fastened on the housing 18 via a multiplicity of individualized individual cords and on the control lines via a toothed belt 26.
  • the hysteresis movement memory 52 is loaded by means of oscillating forces 15/16 on the traction cable 17 and cable is thereby stored on a cable drum 11.
  • the actuator movements are fed from the cable store and are used via a reversing gear 53 in both directions via a toothed belt pulley 42 for controlling the towing sail.
  • FIG. 12 shows a rotating system according to the invention for continuous ropes. This system integrates the hysteresis movement memory in or under the cable drum 11. As a result, intermittent rope 17 is obtained symmetrically with oscillating forces. When exceeding a preset force, the rope is detended via a
  • FIG. 13 shows a mechanical rotating system according to the invention on a buoy or wave power station which adjusts the cable tension.
  • the buoy 55 is anchored to the ground 56.
  • the rotational movement is transmitted by the buoy lifting movement 57 via a shaft 10 into the buoy interior space.
  • the depth is regulated and by a reversing gear 53 with integrated overrunning clutches, the oscillating rotary motion is converted into a one-way rotation and drives a generator 54 at.

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Abstract

Bei bestimmten technischen Anwendungen sind Stellaufgaben an Positionen zu lösen, an denen eine Energieversorgung für die Stellarbeit kostenintensiv oder schwierig zu lösen ist. Die Erfindung bietet eine Lösung für die Fälle, in denen einsatzbedingt veränderliche Kräfte oder Momente auftreten, oder diese Kraft- oder Momentenschwankungen künstlich erzielt werden können. Der eine Teil behandelt die Speicherung von Arbeit oder Seillänge, der andere die Nutzung des Speichers für aktorische Arbeit.

Description

System zur Speicherung von Hysteresebewegungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung von Hysteresebewegungen, ins- besondere von Weg- oder Umdrehungsäquivalenten sowie die Verwendung des Speichers für aktorische Aufgaben.
Die mechanische Befestigung oder die Führung von Vorrichtungen durch Seile, Trossen, Ketten, Bänder bei Zugkräften oder biegesteife Elemente wie Stäbe oder Zahnstangen bei Druckkräften bedarf in vielen Bereichen einer verstellbaren Füh- rung aufgrund sich verändernder äußerer Gegebenheiten. Durch die verstellbare Führung wird die jeweils notwendige Spannung, welche erforderlich ist, aufrecht erhalten oder gewährleistet.
Als Beispiele für derartige Befestigungen seien die Vertäuung von Schiffen in einem Hafen mit Tidenhub oder Bojen auf hoher See, die Anpassung von Dämpferelemen- ten oder auch die Führung von Flugobjekten genannt. Derartige flexible Befestigungen bedürfen mechanischer Stellaufgaben, um auf die Veränderung der äußeren Gegebenheiten reagieren zu können und einen gewünschten „Befestigungsstatus" aufrechtzuerhalten oder zu erreichen. Zur Durchführung dieser mechanischen Stellarbeit ist Energie notwendig.
Da die Stellaufgaben oft an schwer zugänglichen Orten durchgeführt werden müssen, ist die Bereitstellung der für die Stellarbeit benötigten Energie zumeist sehr kostenintensiv oder schwierig zu lösen. Ein weiteres Problem bei der Bereitstellung der jeweils benötigten Energie ist, dass, sofern keine leitungsgebundene Energieversorgung möglich ist, ein Energiespeicher erforderlich ist, der immer nur eine be- grenzte Kapazität aufweist. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Gewährleistung der Energieversorgung von mechanischen Stellaufgaben bekannt, die eine externe Energieversorgung benötigen. Die zur Durchführung der Anpassung der Seilführung notwendige Energie wird beispielsweise durch Akkus oder Solarzellen zur Verfügung gestellt. Wenn keine regenerativen Energien wie z.B. Sonne und Wind zur Verfügung stehen oder nicht in ausreichendem Maße gewandelt werden können, ist die Betriebszeit eines Stellantriebes, der auf externe Energiequellen angewiesen ist, jedoch begrenzt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Er- findung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung veränderlicher Kräfte oder Momente zwecks ihrer Speicherung zu schaffen, sowie die Verwendung dieses Speichers für aktorische Aufgaben zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der selbstständigen Ansprüche 1 und 17.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist mit der Bezeichnung „Linksdrehung" die Drehung gegen den Uhrzeigersinn gemeint. Entsprechend soll unter „Rechtsdrehung" die Drehung im Uhrzeigersinn verstanden werden. Mit „Aktorik" werden bei der vorliegenden Erfindung Aufgaben aus dem Bereich der Regelung und Steuerung bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist danach ein System zur Nutzung alternierender mechanischer Kräfte oder Momente vorgesehen, welches zur Umwandlung der Kräfte oder Momente in oszillierende Bewegungen geeignet ist, wobei das System eine Einrichtung aufweist, die einerseits in der Lage ist, mittels mindestens einer Feder und geeigneter Getriebekomponenten eine Hysterese zu erzeugen und weiterhin diese zu kumu- Heren, konservieren und abschließend für mechanische Bewegungen zur Verfügung zu stellen.
Ein erfindungsgemäßes System ist einerseits zur Speicherung und andererseits auch zur Nutzung von Arbeit oder Seillängen für aktorische Arbeit zu verwenden. Dies wird durch erfindungsgemäße Vorrichtungen erreicht. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein System vorgesehen, bei dem mindestens eine Feder und die Getriebekomponenten derart angeordnet sind, dass die am Kraft- oder Momenteinleitungspunkt der Feder verursachten Längen- oder Winkeländerungen bei steigenden Kräften oder Momenten auch ent- gegen der Kraft- oder Momentrichtung auf den entgegengesetzten Angriffspunkt der Feder übertragbar sind. Der entgegengesetzte Angriffspunkt des Kraft- oder Momentenangriffspunkt einer Feder ist, abhängig von der gewählten erfindungsgemäßen Ausführungsform, nicht am Gehäuse fixiert.
Erfindungsgemäß ist zur Übertragung der Kräfte auf die Feder ein mechanisches und/oder hydraulisches und/oder pneumatisches Getriebe vorgesehen, wobei ein mechanisches Getriebe, abhängig von der gewählten Ausführungsform, auch als Umlaufgetriebe oder Planetengetriebe ausgebildet ist, welches über Reibung oder Verzahnung die Kräfte und Momente überträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen System sind Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventile als Teil der Getriebekomponenten vorgesehen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventile derart angeordnet sind, dass nach einem Belastungs- und Entlastungszyklus der
Abstand zwischen dem entgegengesetzten Kraftangriffspunkt der Feder und dem
Gehäuse entgegen der Kraftrichtung veränderbar ist oder der entgegengesetzte Momentenangriffspunkt der Feder entgegen der Momentendrehrichtung drehbar ist.
Erfindungsgemäß ist als Feder, auf welche die Kräfte übertragen werden, eine mechanische und/oder eine Gasfeder und/oder die Federwirkung zwischen Magneten, wobei diese als Linear- oder Torsionsfedern wirken, vorgesehen.
Weiterhin ist ein System vorgesehen, bei dem ein Speichersystem mit Seiltrommel und eine weitere Seiltrommel oder wenigstens zwei Speichersysteme mit Seiltrommeln auf einer Achse sitzen und jeweils die beiden Enden eines Seils gemeinsam gegensinnig aufwickeln, wobei das Seil über eine Umlenkrolle mit einem Zugseil verbunden ist. Zur Synchronisation vorhandener Seiltrommeln sind diese erfindungsgemäß mit einer Feder, die zur Speicherung von Rotationsarbeit geeignet ist, über ein Wendegetriebe verbunden. - A -
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein erfindungsgemäßes System eine Abtriebswelle zur Übertragung mechanischer Bewegungen aufweist, wobei die Abtriebswelie abhängig von der gewählten Ausführungsform gegenüber dem Gehäuse mit wenigstens einer schaltbaren Kupplung oder Rutschkupplung versehen ist.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist dieses derart ausgestaltet, dass es als Modul auf ein durchgängiges Seil aufsteckbar ist und zum gleichmäßigen Einholen von Seil vor und hinter dem Modul bei oszillierenden Lasten geeignet ist.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes System für Regel- und/oder Stellarbeiten mit- tels Seilen, Trossen, Ketten oder Bändern für Zugkräfte oder biegesteifen Elementen für Druckkräfte wie Stäbe oder Zahnstangen geeignet, wobei die Regel- und/oder Stellarbeiten am Zugdrachen oder Schleppsegel von hochseetauglichen Schiffen oder an Bojen verrichtet werden. Zudem ist ein erfindungsgemäßes System auch zum Antrieb von mindestens einem Generator vorgesehen, indem die aus den an der Feder verursachten Längen- oder Winkeländerungen resultierenden Huboder Rotationsbewegungen dazu verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Nutzung alternierender mechanischer Kräfte oder Momente, wobei diese unter Verwendung von Feder und Getriebekomponenten in oszillierende Bewegungen umgewandelt wer- den, wobei eine Hysterese erzeugt wird, welche kumuliert, konserviert und abschließend für mechanische Bewegungen zur Verfügung gestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Durchführung als Getriebekomponenten Schaltgetriebe, stufenlose Getriebe oder Hydraulikpumpen und Motoren sowie Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ver- wendet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch alternierende Kräfte verursachte Längen- oder Winkeländerungen mittels einer Feder und Getriebekomponenten einerseits auf den Kraft- oder Momentangriffspunkt der Feder sowie entgegen der Kraft- oder Momentrichtung auf den entgegengesetzten Angriffspunkt der Feder übertragen. Vorzugsweise werden Längen- oder Winkeländerungen bei sin- kenden Kräften oder Momenten ausschließlich auf den Kraft- oder Momentenangriffspunkt der Feder übertragen.
Weiterhin werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kumulation und Speicherung der erzeugten Hysterese Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rück- schlagventile verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch zyklisch wiederkehrende Änderungen der Zugbelastung (ΔF) eine Verkürzung des entfernten Kraftangriffspunktes des Seiles zum Gehäuse bewirkt, oder durch zyklisch wiederkehrende Änderungen der Druckbelastung (ΔF) eine Verlängerung des entfernten Kraftangriffspunktes des biegesteifen Elementes zum Gehäuse bewirkt.
Bei der Erfindung werden natürlich auftretende oder auch aktiv eingespeiste Kräfte in oszillierende Bewegungen umgewandelt und unter Erzeugung einer Hysterese genutzt, um diese zu speichern oder direkt in mechanische Aktorarbeit umzuwan- dein. Da das erfindungsgemäße System vorzugsweise der Speicherung mechanischer Arbeit mittels der Erzeugung einer Hysterese dient, wird das erfindungsgemäße System im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Hysteresebewegungsspeicher bezeichnet.
Bei Aufgaben, wo die Stellkraft proportional der Zugkraft steigt, gilt folgendes: Die Stellarbeit ist das Produkt aus der Stellkraft und dem Stellweg. Wenn die Zugkraft multipliziert mit der wirksamen Zugseillängenänderung etwas größer als die Stellarbeit ist, kann allein die wirksame Zugseilverlängerung im Verhältnis zum Stellweg als Aktorik genutzt werden. Diese Aktorik funktioniert dann unabhängig von der Größe der Zugkräfte. Sie hat konstruktionsbedingt hohe Stellmomente und be- nötigt dadurch keine oder wenige Getriebestufen.
Für den dauerhaften Betrieb muss am Ort des Aktors - im zeitlichen Mittel - gleich viel Zugseilverkürzung stattfinden, wie Zugseilverlängerung für die Aktorik gebraucht wird. Zur Verkürzung der wirksamen Zugseillänge werden die oszillierenden Zugkräfte genutzt, die gegen ein Federsystem arbeiten und durch eine Hebelmechanik, bzw. Getriebe oder Hydraulik bzw. Pneumatik einen Teil der Kraft nutzen, um das Seil aufzuwickeln. Bei jedem Umkehrpunkt der Kraft zwischen Vergrößerung und Ver- kleinerung bzw. zwischen Verkleinerung und Vergrößerung wird mit Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventilen die jeweils gewonnene Position gehalten, damit sich die durch die zyklischen Kraftveränderungen jeweils gewonnenen Seilwege aufaddieren (das bedeutet: verkürzte wirksame Zugseillänge).
Um dem unterschiedlichen Ansatz gerecht zu werden, wird hier nicht mehr von ei- nem Energiespeicher (Kapazität ist in Wh ausgelegt), sondern von einem Seilspeicher (Kapazität ist in m ausgelegt) gesprochen.
Eine Kraft oder ein Moment wirkt auf eine Feder. Das Gegenlager der Feder wird durch die steigende Kraft oder Momentenbelastung über einen Hebelmechanismus, ein Getriebe, eine Hydraulik oder eine Pneumatik entgegen der Kraft- bzw. Momen- tenrichtung bewegt. Dies geschieht in einem vorgegebenen Verhältnis zu der Bewegung, die die Feder am Kraft- bzw. Momentenangriffspunkt in Richtung der Kraft bzw. des Momentes macht. Die automatische Rückstellung dieser Bewegung bei nachlassender Kraft oder nachlassendem Moment wird durch eine Sperrklinke oder einen Freilauf bzw. eine Überholkupplung oder ein Rückschlagventil verhindert. Wenn die Kraft bzw. das Moment ausreichend sinkt, wird der Gegenpunkt, an dem der Hebelarm bzw. der Mittelpunkt des umkehrenden Zahnrads oder der Punkt, an dem die Hydraulik bzw. Pneumatik sich abstützte, durch die Federkraft in Gegenrichtung der Kraft bzw. des Momentes geholt. Auch diese Bewegung ist durch eine Sperrklinke oder einen Freilauf bzw. eine Überholkupplung oder ein Rückschlagven- til an einer Rückstellung gehindert.
Im Fall der Pneumatik kann das Gas sowohl die Kraftumlenkung als auch die Federfunktion übernehmen.
Durch mehrere Kraft- bzw. Momenten-Steigerungszyklen in Kombination mit korrespondierenden Kraft- bzw. Momenten-Senkungszyklen wird wiederholt eine Längen- bzw. Drehbewegung entgegen der wirkenden Kräfte bzw. Momente ausgeführt. Die Gegenbewegung, die das Aufwickeln des Seils bewirkt, kann selbst schon eine Richtung der gewünschten Aktorik darstellen, eine Feder spannen, welche die Arbeit für spätere Aktorbewegungen speichert, oder die gewonnene Seillänge für spätere Aktorarbeit vorhalten. Die Speicherung erfolgt also, indem z.B. ein Seil entge- gen der Kraft aufgewickelt oder Federn gespannt werden.
Die Aktorik in Drehrichtung der Seilabwicklung kann durch Freischalten einer Kupplung oder Sperrklinke am Seilspeicher gesteuert werden. Dabei werden durch Abwickeln unter gegebener Zugkraft Stellmomente und -kräfte erzeugt und damit Stellarbeit geleistet. Die Aktorik entgegen der Drehrichtung wird durch ein Wendegetriebe mit festgesetztem Kegelzahnradkäfig oder festgesetztem Planetenträger eines Umlaufgetriebes (Planetengetriebe) erzeugt. Um die erforderlichen Kupplungen zu schalten, kann das Aktormoment zur Unterstützung der Schaltarbeit dienen. Die Kupplungen oder Sperrklinken können sowohl durch Fernsteuerungen als auch durch Längen- oder Winkelposition, Kraft- oder Momentengrößen sowie Geschwin- digkeit, Masseträgheit oder die Schwerkraftrichtung geschaltet werden. Letzteres ist für den eigenstabilen Flug von Zugdrachen geeignet.
Alternativ werden zwei Seilspeicher verwendet, die entgegengesetzt aufrollen und deren Seil über eine Umlenkrolle mit dem Zugseil verbunden ist. Bei der Aktorik wird jeweils mit dem Seilspeicher gekuppelt, der die gewünschte Drehrichtung erzeugt.
Mit diesem Mechanismus wird bei jeder Steigerung der Kraft über einen relativen prozentualen Anteil hinaus eine Feder entgegen der wirkenden Kraft gespannt und bei jeder Senkung der Kraft durch die Feder Seil entgegen der Kraft aufgewickelt. Dies allein kann als Stellfunktion ausreichen, oder es können beim Abwickeln unter der Zugkraft Stellkräfte und Momente als Antrieb genutzt werden.
Verwendungsmöglichkeiten
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise zur Nutzung der Wellenenergie eingesetzt werden. Jede dauerhafte mechanische Bewegung ist unter Salzwasserbedingungen erheblichen Belastungen sowie Verschleiß ausgesetzt. Die Wellenabdichtung des Schiffsantriebes hat sich bewährt. Zweck ist es, die Hubbewegung der Boje über eine Seiltrommel in die oszillierende Rotationsbewegung einer Antriebswelle zu wandeln.
Bei Bojen-Wellenkraftwerken wird zuweilen der durch die Wellenhöhe unterschiedliche Auftrieb einer mit dem Meeresboden verbundenen Boje genutzt. Hierzu ist eine möglichst straffe Verbindung zum Meeresgrund gefordert, die weitgehend unabhängig von der Tide ist. Mit einem erfindungsgemäßen Speicher-/Aktorsystem kann das Seil bzw. die Kette zum Meeresgrund immer auf die erforderliche Vorspannung eingestellt werden, und mit diesem System ist als Sturmsicherung auch ein Abtauchen der Boje durchführbar. Ein Fluten von Kammern der Boje als Sturmsicherung und darauf folgendem Lenzen ist nicht erforderlich. Die Steuerung der Federvorspannung kann durch einen Schwimmer geschehen, der die Funktion „Seil einholen" bzw. „Seil fieren" auslöst. Generatoren werden parallel zur Feder betrieben. Bei geeigneter Vorspannung wird auf reinen Federbetrieb geschaltet, so dass die alternierende Rotationsbewegung hysteresefrei über ein Wendegetriebe mit entsprechen- den Überholkupplungen in eine gleichgerichtete Rotationsbewegung gewandelt wird und z.B. einen Generator antreibt.
Des Weiteren ist das erfindungsgemäße System zur Steuerung von Zugdrachen verwendbar. Zugdrachen werden an mindestens einem Seil geführt und benötigen, um aktiv geflogen zu werden, einen Verstellmechanismus. Bei der klassischen Rea- lisierung solcher Aktoren mit Elektrogetriebemotoren ist die Nutzungszeit durch die Akkumulatorkapazität erheblich begrenzt oder die Gewinnung der Energie von nicht beeinflussbaren Umweltfaktoren, z.B. dem Sonnenschein bei der Verwendung von Solarzellen, abhängig.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht eine dauerhafte akti- ve Steuerung von Zugdrachen bzw. Schleppsegeln mit minimalem Energie- und
Gewichtsaufwand, insbesondere auch bei hochseetauglichen Schiffen. Unter der
Annahme, dass die Steuerkräfte proportional zu den Zugkräften sind, entstehen bei hohen Zugkräften hohe Steuerkräfte, für die die entsprechende Energieversorgung und Aktorik vorgehalten werden müssen. Das erfindungsgemäße System ist daher bei dieser Steuerung besonders vorteilhaft, da es in der Lage ist, unabhängig von der Größenordnung der Zugkräfte Seillänge zu speichern und zur Steuerung des Zugdrachens selbst bei außergewöhnlich hohen Zugkräften z.B. bei Windböen die erforderliche Stellkraft zur Verfügung zu stellen.
Auch für das Einholen von Zugdrachen auf Schiffen kann das erfindungsgemäße System, an Bord installiert, die erforderliche Windenleistung reduzieren.
Weiter können viele einzelne erfindungsgemäße Hysteresebewegungsspeicher, die per Fernsteuerung individuell Seil einholen oder fieren, die Leinenlängen der einzelnen Zugdrachensegmente und damit die aerodynamische Form oder den Anstellwinkel verändern, sowie Refffunktionen ausführen.
Mit dem erfindungsgemäßen System können über nur eine Leine Oberlichter, Lüf- tungsklappen, Drehventile oder Jalousien durch zyklische Zugbewegungen geöffnet und durch Ziehen bis zu einem Anschlag, der die andere Bewegungsrichtung freigibt, geschlossen werden oder entsprechend umgekehrt.
Weiter können mit dem erfindungsgemäßen System Verschattungseinrichtungen wie Markisen oder Sonnenschirme als Sturmschutz durch die wechselnden Kräfte des aufkommenden Windes selbsttätig eingeholt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System lässt sich die wiederholte Betätigung eines Greifers an einem Kranhaken, der an nur einem Seil hängt, realisieren. Ferngesteuerte Sperren und Kupplungen können ein Aktorsystem zum Öffnen und Schließen durch Auskoppeln des gespeicherten Zugseils steuern.
Ein erfindungsgemäßes System kann in Stoßdämpfern die Hysterese als Energie nutzen, die in herkömmlichen Stoßdämpfern durch Wärmeumwandlung vernichtet wird. Als Anwendung wäre auch eine automatische Niveauregulierung von Fahrzeugen realisierbar. Z.B. kann die Bodenfreiheit von Fahrzeugen und Anhängern bei unterschiedlicher Beladung automatisch eingestellt werden.
Abschließend seien noch weitere Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem beim Segeln genannt, wie der Einbau in eine Segelwinch, wodurch es ermöglicht wird, unter hohen Zugkräften bei Lastschwankungen ohne entsprechende manuelle Kraft die Schoten dichter zu holen. Weiter besteht die Möglichkeit, die im Betrieb schwankenden Vorspannungen im Vor- bzw. Achterliek zum Trimmen des Mastes zu nutzen.
Auch eine selbsttätige Verlagerung von Ballast, durch schwerkraftgesteuerte Schaltkupplungen kann zum Trimmen mit dem erfindungsgemäßen System ausge- führt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem können extrem hohe Zugkräfte durch seitliche Kräfte auf das gespannte Seil erzeugt werden. Dadurch eignet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spannen von Hochspannungs- oder Bahnoberleitungen zwecks Ausgleich der durch jahreszeitli- che Temperaturänderungen bedingten Schwankungen der Leitungsvorspannung.
Das erfindungsgemäße Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem kann in einer Angel die oszillierenden Zugkräfte des gefangenen Fisches zum Heranholen des Fisches nutzen.
Mit einem erfindungsgemäßen Hysteresebewegungsspeicher können auch Lasten entlang eines Seiles oder Trägers gehoben werden, indem die Last mit einer zusätzlichen oszillierenden Kraft beaufschlagt wird.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der nachfolgenden Figuren näher beschrieben; es zeigt: Figur 1 Mechanisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem für durchgehende Seile oder Träger zur Hebung von Lasten
Figur 2 Mechanisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit einer Aktordrehrichtung
Figur 3 Mechanisches Rotations-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit Wendegetriebe und zwei Aktordrehrichtungen
Figur 4 Hydraulisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit mechanischer Hysteresespeicherung und einer Aktorrichtung Figur 5 Hydraulisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit hydraulischer Hysteresespeicherung und einer Aktorrichtung
Figur 6 Hydraulisches Rotations-Hysteresebewegungsspeichersystem mit einer Aktorrichtung Figur 7 Pneumatisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit mechanischer Hysteresespeicherung und einer Aktorrichtung
Figur 8 Pneumatisches Linear-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit pneumatischer Hysteresespeicherung und einer Aktorrichtung
Figur 9 Pneumatisches Rotations-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit einer Aktorrichtung
Figur 10 Doppeltes Rotations-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit zwei Aktordrehrichtungen
Figur 11 Rotations-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem mit zwei Aktordrehrichtungen zur Steuerung von Zugdrachen Figur 12 Rotations-Hysteresebewegungsspeicher-Aktorsystem zur Längeneinstellung durchgehender Seile
Figur 13 Rotations-Hysteresebewegungsspeicher zum Höhenausgleich von Bojen und zur Wellenenergiegewinnung
Alle nachfolgend beschriebenen Systeme können durch entsprechende Getriebe- komponenten jeweils für Aktortätigkeiten in beiden Richtungen ausgelegt werden. Zwecks übersichtlicher Beschreibung wird nur in Figur 3 und Figur 10 die Aktorbewegung in beiden Richtungen dargestellt.
Figur 1 zeigt ein mechanisches lineares erfindungsgemäßes System für durchgehende Seile oder Träger zur Hebung von Lasten. In der ersten Hälfte des Zyklus' zur Speicherung von Hysteresebewegungen liegt am Zugseil 17 in der Ausgangssituation die niedrige Kraft 15 vor. Deren Erhöhung auf die hohe Kraft 16 führt zu einer Klemmung der Sperrklinken 44b des Gehäuses 18 am Seil oder Träger und durch die Hebel 49 und Gestänge 50 wird der gegenläufige Block 59 entgegen der Kraftrichtung bewegt und spannt die Federn 23. Die Sperrklinke 44a läuft dabei frei. In der zweiten Hälfte des Ladezyklus' liegt in der Ausgangssituation die hohe Kraft 16 vor, welche auf die niedrige Kraft 15 sinkt. Die Position des gegenläufigen Blocks wird durch Sperrklinke 44a am statischen Seil 48 gehalten. Nach festliegender Hysterese erfolgt durch die Federn 23 eine Anhebung des Zugseiles 17 und des Gehäuses 18. Die Sperrklinke 44b am Gehäuse 18 läuft frei. Durch Wiederholung des Zyklus' wird das Gehäuse 18 mit dem gegenläufigen Block 59 taktweise entgegen der Kraftrichtung angehoben.
Bei der Entladung des Speichers wird durch Öffnen der beiden Sperrklinken 44a/b die bei der Anhebung des Gehäuses 18 gewonnene Strecke genutzt.
Figur 2 zeigt ein mechanisches lineares erfindungsgemäßes System mit einer Aktorrichtung. In der ersten Hälfte des Zyklus' zur Speicherung von Hysteresebewegungen liegt am Zugseil 17 in der Ausgangssituation die niedrige Kraft 15 vor. Deren Erhöhung auf die hohe Kraft 16 führt zu einer Rechtsdrehung des Hebels 49. Aufgrund der Sperrklinke 44b, die an dem Hebel 49 befestigt ist, wird die Seiltrom- mel 11 (oder ein Zahnrad) mitgenommen, und das Gehäuse 18 am statischen Seil 48 (oder einer Zahnstange) wird entgegen der Kraftrichtung angehoben. Die Sperrklinke 44a, welche am Gehäuse 18 montiert ist, läuft dabei frei.
In der zweiten Hälfte des Ladezyklus' liegt in der Ausgangssituation die hohe Kraft 16 vor, welche auf die niedrige Kraft 15 sinkt. Die Position der Seiltrommel 11 (oder des Zahnrades) wird durch Sperrklinke 44a am Gehäuse 18 gehalten. Nach festliegender Hysterese bezüglich der hohen Kraft 16 erfolgt durch die Feder 23 eine Linksdrehung des Hebelarms 49. Die Sperrklinke 44b am Hebelarm 49 läuft frei. Durch Wiederholung des Zyklus' wird das Gehäuse 18 mit dem Federgegenlager taktweise entgegen der Kraftrichtung angehoben.
Bei der Entladung des Speichers wird durch Öffnen der beiden Sperrklinken 44a/b entweder die bei der Anhebung des Gehäuses 18 gewonnene Strecke genutzt, oder eine Rotation um die Achse 10 des einzukuppelnden Aktors 19 bewirkt.
In Figur 3 ist ein mechanisches rotierendes erfindungsgemäßes System mit Wendegetriebe und zwei Aktordrehrichtungen dargestellt. Zum Laden des Seilspeichers sind der Planetenträger des Wendegetriebes 28 durch Kupplung 29a mit dem Ge- häuse 18 und durch Kupplung 29b mit dem Aktor 19 gekuppelt. In der ersten Hälfte des Speicherzyklus' liegt am Zugseil 17 in der Ausgangssituation die niedrige Kraft 15 an. Bei Ansteigen auf die hohe Kraft 16 wird eine Rechtsdrehung der Seiltrommel 11 und der Achse 10 bewirkt. Dabei will die Achse 10 über die Feder 23 die Rechtsdrehung des Außenkranzes der Speichermechanik 22 und des Planetenträgers der Speichermechanik 14 bewirken. Dies wird durch die Überholkupplungen 13a/b verhindert. Daraus folgt, dass durch den mittels 13b festgesetzten Planetenträger der Speichermechanik 14 das rechtsdrehende Sonnenrad der Speichermechanik 21 das Planetenrad der Speichermechanik 20 links dreht und der Außen- kränz der Speichermechanik 22 sich dadurch ebenfalls nach links dreht. Der Drehwinkel der Feder 23 ergibt sich aus der Addition der Rechtsdrehung der Achse 10 und der Linksdrehung des Außenkranzes der Speichermechanik 22.
In der zweiten Hälfte des Speicherzyklus' liegt in der Ausgangssituation die hohe Kraft 16 vor. Diese sinkt auf die niedrige Kraft 15. Aufgrund der festliegenden Hyste- rese bezüglich der hohen Kraft 16 erfolgt eine Linksdrehung der Seiltrommel 11 , der Achse 10 und des Sonnenrades der Speichermechanik 21. Der Außenkranz der Speichermechanik 22 bleibt durch die Überholkupplung 13a fixiert. Dadurch erfolgt über die freilaufende Überholkupplung 13b eine Linksdrehung des Planetenträgers der Speichermechanik 14. Durch die Wiederholung des Zyklus' wird der Außen- kränz der Speichermechanik 22 mit dem Federgegenlager taktweise nach links gedreht und bewirkt eine Aufwicklung des Seiles 17.
Aktor 19 und das Sonnenrad des Wendegetriebes 24 bilden eine Einheit. Die Entladung des Speichers kann entweder eine rechts- oder linksdrehende Stellbewegung bewirken. Für die Stellbewegung mit Rechtsdrehung bleibt die Schaltkupplung 29b eingekuppelt, und die Schaltkupplung 29a wird ausgekuppelt. Der Planetenträger des Wendegetriebes 28 ist mit dem Aktor 19 eingekuppelt. Die Zugkraft bewirkt eine Rechtsdrehung, in deren Folge Aktor 19 und Wendegetriebeaußenkranz 25 mit der Zahnriemenscheibe 42 ebenfalls nach rechts gedreht werden.
Bei einer Stellbewegung mit Linksdrehung ist die Schaltkupplung 29a eingekuppelt und die Schaltkupplung 29b ausgekuppelt. Der Planetenträger des Wendegetriebes
28 ist mit dem Gehäuse 18 eingekuppelt. Die Zugkraft bewirkt eine Rechtsdrehung von Aktor 19 und Sonnenrades des Wendegetriebes 24, woraus eine Linksdrehung der Planetenräder des Wendegetriebes 27 und eine Linksdrehung des Außenkranzes des Wendegetriebes 25 mit der Zahnriemenscheibe 42 folgt.
Figur 4 zeigt ein hydraulisches lineares erfindungsgemäßes System mit mechanischer Hysteresespeicherung mit einer Aktorrichtung. Der Kolben 12 bewegt sich in der Zylinder-/Kolben-Kombination 30, die ihrerseits die Funktion des Kolbens im Zylinder 45 erfüllt. Wenn die Kraft von 15 auf 16 steigt, senkt sich der Kolben 12 im Zylinder 30, erhöht den Hydraulikdruck unter ihm auf die Hydraulikkammer 35, die mit der Hydraulikaußenkammer 36 verbunden ist. Der Zylinder 45 stützt sich mit den Sperrklinken 44b am Gehäuse 18 ab, so dass sich zwischen den Hydraulikkammern 35/36 und den Federn 23a/b ein Kraftgleichgewicht einstellt. Hierbei hebt sich die Zylinder-/Kolben-Kombination 30 gegen die Bewegungsrichtung der erhöhten Kraft 16 an.
Wenn die Kraft von 16 nach 15 sinkt, sinkt auch der Druck auf die Hydraulikkammern 35/36. Die Zylinder-/Kolben-Kombination 30 stützt sich jetzt mit den Sperrklin- ken 44a am Gehäuse 18 ab, und zwischen den Hydraulikkammern 35/36 und den Federn 23a/b muss sich wieder ein Kraftgleichgewicht einstellen. Dementsprechend hebt die äußere Feder 23b den Kolben 12 an und die innere Feder 23a hebt den Zylinder 45 an. Bei mehreren Kraftveränderungszyklen bewegen sich Zylinder 45 und die Zylinder-/Kolben-Kombination 30 diskontinuierlich entgegen der Krafteinwir- kungsrichtung. Aktorarbeit kann durch Freigabe der Sperrklinken 44a/b erfolgen.
Figur 5 zeigt ein hydraulisches lineares erfindungsgemäßes System mit hydraulischer Hysteresespeicherung mit einer Aktorrichtung. Der Kolben 12 bewegt sich in der Zylinder-/Kolben-Kombination 30, die ihrerseits die Funktion des Zylinder im Gehäuse 18 erfüllt. Wenn die Kraft von 15 auf 16 steigt, senkt sich der Kolben 12 im Zylinder 30, erhöht den Hydraulikdruck unter ihm auf die Hydraulikkammer 35, der über das Rückschlagventil 58a die Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikaußenkammer 36 weiterleitet. Hierbei hebt sich die Zylinder-/Kolben-Kombination 30 gegen die Bewegungsrichtung der erhöhten Kraft 16 an, bis sich zwischen Feder 23 addiert mit dem Druck in 35/36 multipliziert mit der Kolbenfläche von 12 ein Kraftgleichge- wicht mit dem Druck in 35/36 multipliziert mit der Kolbenfläche von 30 eingestellt hat. Wenn die Kraft von 16 nach 15 sinkt, hebt sich der Kolben 12 durch die Feder 23 an und der Druck in der Hydraulikkammer 35 sinkt und das Volumen wird über das Rückschlagventil 58b durch den Hydraulikflüssigkeitsvorrat 64 aufgefüllt. Die Zylin- der-/Kolben-Kombination 30 stützt sich auf dem inkompressiblen Volumen in Kam- mer 36 ab. Bei mehreren Kraftveränderungszyklen bewegen sich Kolben und die Zylinder-/Kolben-Kombination 30 diskontinuierlich entgegen der Krafteinwirkungsrichtung.
Aktorarbeit kann durch Öffnen des Ventils 63 über einen Hydraulikmotor 65 oder direkt über das Absenken des Kolbens 12 erfolgen.
In Figur 6 ist ein hydraulisches rotierendes erfindungsgemäßes System mit mechanischer rotatorischer Hysteresespeicherung mit einer Aktorrichtung gezeigt. Beim Laden des Seilspeichers liegt am Zugseil 17 in der ersten Hälfte des Zyklus1 in der Ausgangssituation die niedrige Kraft 15 an. Bei Erhöhung auf die hohe Kraft 16 erfolgt eine Linksdrehung der Seiltrommel 11 und der Achse 10. Dabei will die Achse 10 mit dem Hydraulikinnenkörper 33 über die Hydraulikflüssigkeit eine Linksdrehung des Hydraulikrings 34 oder des Hydraulikaußenkörpers 37 bewirken. Dies wird durch die Überholkupplung 13b verhindert. Da die Hydraulikkammer 35 mit der Hydraulikaußenkammer 36 verbunden ist, dreht sich der Hydraulikring 34 rechts gegen die Kraft der Federn 23a/b. Dadurch wird die Feder 23a gespannt, aber mit dem Effekt, dass sich das Gegenlager der Feder entgegen der Momentenrichtung gedreht hat.
In der zweiten Hälfte des Zyklus' liegt in der Ausgangssituation die hohe Kraft 16 vor, welche auf die niedrige Kraft 15 sinkt. Nach festliegender Hysterese bezüglich der hohen Kraft 16 erfolgt eine Rechtsdrehung der Seiltrommel 11 , der Achse 10 mit dem Hydraulikinnenkörper 33. Die Feder 23b bewirkt die Rechtsdrehung des Hydraulikaußenkörpers 37, da der Hydraulikring 34 durch die Überholkupplung 13a blockiert ist. Durch eine Wiederholung des Zyklus' wird der Hydraulikaußenkörper 37 und der Hydraulikinnenkörper 33 taktweise nach rechts gedreht und bewirkt eine Aufwicklung des Seiles 17.
Figur 6 zeigt lediglich den Hysteresespeicher. Eine Aktortätigkeit durch Linksdrehung von Aktor 19 kann analog zu Figur 3 aufgebaut werden. Figur 7 zeigt ein pneumatisches lineares erfindungsgemäßes System mit mechanischem Hysteresespeicher und einer Aktorrichtung. Wenn die ausgeübte Kraft von 15 auf 16 steigt, senkt sich der Kolben 12 und erhöht den Druck unter ihm auf die Kammer 46. Der Zylinder 45 stützt sich mit den unteren Sperrklinken 44b am Ge- häuse 18 ab. Zwischen der Kammer 46 und der Gegenkammer 47 muss gleicher Druck herrschen. Aus diesem Grund hebt sich die Zylinder-Kolben-Kombination 30 gegen die Bewegungsrichtung des Kolbens 12 an.
Wenn die Kraft von 16 auf 15 sinkt, hebt sich der Kolben 12, und der Druck unter ihm auf die Kammer 46 sinkt. Die Zylinder-Kolben-Kombination 30 stützt sich mit den oberen Sperrklinken 44a am Gehäuse 18 ab. Zum Druckausgleich gegenüber Kammer 46 hebt der erhöhte Druck in Kammer 47 den Zylinder 45 an. Bei mehreren Druckveränderungszyklen bewegen sich der Zylinder 45 und die Zylinder-/Kolben- Kombination 30 diskontinuierlich entgegen der Krafteinleitungsrichtung.
Die in dieser Darstellung gezeigte Ausführungsform funktioniert ohne mechanische Feder, sie zeigt die Wirkungsweise ausschließlich mit der Wirkung der Gasfeder, die auch Übertragungsmedium für die Gegenbewegung ist. Um eine für die Aufgabenstellung optimale Lösung bereitzustellen, kann eine Kombination der Gasfeder mit einer herkömmlichen mechanischen Feder sinnvoll sein. Aktorarbeit kann durch die Freigabe der Sperrklinken 44a/b erfolgen.
Figur 8 zeigt ein pneumatisches lineares erfindungsgemäßes System mit pneumatischen Hysteresespeicher und einer Aktorrichtung. Wenn die ausgeübte Kraft von 15 auf 16 steigt, senkt sich der Kolben 12 und erhöht den Druck unter ihm auf die Kammer 46. Die Gegenkammer 47 hat einen größeren Durchmesser und nimmt über das Rückschlagventil 58a Gas auf und hebt die Kammertrennplatte 41 dabei entgegen der Kraftrichtung bis die Kraft der Gegenkammer 47 gleich der Summe aus der Kraft der Kammer 46 und der Federkraft 23 ist.
Wenn die Kraft von 16 auf 15 sinkt, hebt sich der Kolben 12 und anteilig die Kammertrennplatte 41 , und der Druck in den Kammer 46 und 47 sinkt. Wenn der Druck in Kammer 46 auf Grund der anteiligen Federkraft 23 unter Umgebungsdruck fällt strömt Luft durch das Rückschlagventil 58b nach. Bei mehreren Druckverände- rungszyklen bewegen die Kammertrennplatte 41 und der Kolben 12 diskontinuierlich entgegen der Krafteinleitungsrichtung.
Aktorarbeit kann durch öffnen des Ventils 63 z. B. durch einen Druckluftmotor 66 oder direkt über das Absenken des Kolbens 12 erfolgen.
Figur 9 zeigt ein pneumatisches rotierendes erfindungsgemäßes System mit mechanischer rotatorischer Hysteresespeicherung mit einer Aktorrichtung. In der ersten Hälfte des Zyklus' zum Laden des Seilspeichers liegt am Zugseil 17 in der Ausgangssituation die niedrige Kraft 15 vor. Deren Erhöhung auf die hohe Kraft 16 führt zu einer Linksdrehung der Seiltrommel 11 und der Achse 10 mit dem Pneumatikin- nenkörper 39, der nun über den steigenden Innendruck eine Linksdrehung des Pneumatikringes 40 oder des Pneumatikaußenkörpers 38 bewirken will. Letzteres wird durch die Überholkupplung 13b verhindert. Daraus folgt, dass der Druck in der sowohl in der Pneumatikinnenkammer 60 als auch in der verbundenen ersten Pneumatikaußenkammer 61 steigt. Dadurch dreht sich der Pneumatikring 40 so lange nach rechts, bis die aus dem Produkt von Druck und Hebelarm in 60 und der zweiten Pneumatikaußenkammer 62 resultierenden linkswirksamen Momente äquivalent zu dem entsprechenden rechtswirksamen Moment in 61 sind. Hierbei übernehmen die Kammern 60/61 sowie die Kammer 62 gleichzeitig die Funktion von Gasfedern.
In der zweiten Hälfte des Zyklus' beim Laden des Seilspeichers liegt in der Ausgangssituation die hohe Kraft 16 vor, welche dann auf die niedrige Kraft 15 sinkt. Nach der festliegenden Hysterese erfolgt eine Rechtsdrehung der Seiltrommel 11 , der Achse 10 und des Pneumatikinnenkörpers 39. Daraus folgt eine Rechtsdrehung des Pneumatikaußenkörpers 38, weil der Druck in der zweiten Pneumatikaußen- kammer 62 jetzt höher ist als der Druck in den Pneumatikkammern 60/61 , und die Überholkupplung 13a die Linksdrehung des Pneumatikringes 40 unterbindet.
Durch eine Wiederholung des Zyklus' wird der Pneumatikaußenkörper 38 und der Pneumatikring 40 taktweise nach rechts gedreht und bewirkt eine Aufwicklung des Seiles 17. Figur 9 zeigt lediglich den Hysteresespeicher. Eine Aktortätigkeit durch Linksdrehung von Aktor 19 kann analog zu Figur 3 aufgebaut werden.
Figur 10 zeigt ein doppeltes rotierendes erfindungsgemäßes System mit mechanischer rotatorischer Hysteresespeicherung mit zwei Aktorrichtungen. Die Komponen- ten des Hysteresebewegungsspeicher sind jeweils in den Seiltrommeln 11a/b integriert und werden nicht dargestellt. Nur die Aktoreinheiten 19a bzw. 19b und zur Zahnriemenscheibe 42 die Schaltkupplungen 29a zur Linksdrehung bzw. 29b zur Rechtsdrehung sind dargestellt sowie die Schaltkupplungen 29c zwischen Gehäuse 18 und den Aktoren 19a für Rechtsdrehung sowie die Schaltkupplung 29d zwischen dem Gehäuse 18 und Aktor 19b für Linksdrehung der Zahnriemenscheibe 42..
Die Zugleine 17 ist an einer Umlenkrolle 32 befestigt, durch die ein Ausgleichsseil 31 geführt wird, welches gegensinnig auf den Seiltrommeln 11a und 11 b befestigt ist.
Wenn alle Kupplungen 29a/b/c/d geschaltet sind, arbeitet das System im Modus „Seilspeicher laden". Zur Linksdrehung der Aktorik sind die Schaltkupplungen 29a und 29d geschlossen sowie die Schaltkupplungen 29b und 29c geöffnet. Zur Rechtsdrehung sind die Schaltkupplungen 29b und 29c geschlossen und die Schaltkupplungen 29a und 29d geöffnet.
Die beiden Seilspeicher können über ein Wendegetriebe verbunden werden, um die Aufladung mit einer ausgeglichenen Seilmenge auf beiden Seiltrommeln zu regeln.
In Figur 11 wird die Steuerung eines Zugdrachens oder Schleppsegel durch ein mechanisches rotierendes erfindungsgemäßes System mit Wendegetriebe entsprechend Fig. 3 als Gesamtsystem dargestellt. Hier ist der Zugdrachen / das Schleppsegel 51 abgebildet. Dieses ist über eine Vielzahl von zusammengeführten Einzel- schnüren einerseits am Gehäuse 18 und andrerseits über einen Zahnriemen 26 an den Steuerleinen befestigt. Der Hysteresebewegungsspeicher 52 wird durch oszillierende Kräfte 15/16 am Zugseil 17 geladen und dabei Seil auf einer Seiltrommel 11 gespeichert. Die Aktorbewegungen werden aus dem Seilspeicher gespeist und werden über ein Wendegetriebe 53 in beide Richtungen über eine Zahnriemenscheibe 42 zur Steuerung des Schleppsegels genutzt. In Figur 12 ist ein rotierendes erfindungsgemäßes System für durchgehende Seile dargestellt. Dieses System integriert den Hysteresebewegungsspeicher in oder unter die Seiltrommel 11. Dadurch wird bei oszillierenden Kräften diskontinuierlich Seil 17 symmetrisch eingeholt. Bei der Überschreitung einer voreingestellten Kraft wird über eine Rutschkupplung 43 das Seil gefiert.
Figur 13 zeigt ein mechanisches rotierendes erfindungsgemäßes System an einer Boje bzw. Wellenkraftwerk, welches die Seilspannung einstellt. Die Boje 55 ist am Grund verankert 56. Über ein Seil 17 und eine Seiltrommel 11 wird die Rotationsbewegung durch die Bojenhubbewegung 57 über eine Welle 10 in den Bojeninnen- räum übertragen. Über ein freischaltbares Hysteresespeichersystem 52 wird die Tauchtiefe geregelt und durch ein Wendegetriebe 53 mit integrierten Überholkupplungen wird die oszillierende Drehbewegung in eine Drehung mit einer Richtung gewandelt und treibt einen Generator 54 an.
Bezugszeichenliste
10 Achse
11 Seiltrommel 11a linke Seiltrommel
11b rechte Seiltrommel
12 Kolben
13a Überholkupplung bei sinkendem Moment
13b Überholkupplung bei steigendem Moment 14 Planetenträger Speichermechanik
15 niedrige Kraft
16 hohe Kraft
17 Zugseil
18 Gehäuse 19 Aktor
19a Aktor für Linksdrehung
19b Aktor für Rechtsdrehung
20 Planetenrad Speichermechanik
21 Sonnenrad Speichermechanik (mit Achse verbunden) 22 Außenkranz Speichermechanik
23 Feder
23a innere Feder
23b äußere Feder
24 Sonnenrad Wendegetriebe 25 Außenkranz Wendegetriebe
26 Zahnriemen
27 Planetenrad Wendegetriebe
28 Planetenträger Wendegetriebe 29a Linkslauf-Schaltkupplung 29b Rechtslauf-Schaltkupplung
29c untere rechte Schaltkupplung
29d untere linke Schaltkupplung
30 Zylinder-/Kolben-Kombination
31 Ausgleichsseil 32 Umlenkrolle 33 Hydraulikinnenkörper
34 Hydraulikring
35 Hydraulikkammer
36 Hydraulikaußenkammer 37 Hydraulikaußenkörper
38 Pneumatikaußenkörper
39 Pneumatikinnenkörper
40 Pneumatikring
41 Kammertrennplatte 42 Zahnriemenscheibe
43 Rutschkupplung
44a obere Sperrklinken bei sinkender Kraft
44b untere Sperrklinken bei steigender Kraft
45 Zylinder 46 Kammer
47 Gegenkammer
48 statisches Seil
49 Hebel
50 Gestänge 51 Zugdrachen
52 Hysteresespeicher-Aktorsystem
53 Wendegetriebe
54 Generator
55 Boje 56 Grundverankerung
57 Bojenhubbewegung
58a Rückschlagventil
58b Rückschlagventil
59 gegenläufiger Block 60 Pneumatikinnenkammer
61 erste Pneumatikaußenkammer
62 zweite Pneumatikaußenkammer
63 Ventil
64 Hydraulikflüssigkeitsvorrat Hydraulikmotor oder Drossel Druckluftmotor oder Drossel

Claims

Patentansprüche
1. System zur Nutzung alternierender mechanischer Kräfte oder Momente, welches zur Umwandlung der Kräfte oder Momente in oszillierende Bewegungen geeignet ist, wobei das System eine Einrichtung aufweist, die einerseits in der Lage ist, mittels mindestens einer Feder und geeigneter Getriebekomponenten eine Hysterese zu erzeugen und weiterhin diese zu kumu- lieren, konservieren und abschließend für mechanische Bewegungen zur
Verfügung zu stellen.
2. System nach Anspruch 1 , wobei mindestens eine Feder und die Getriebekomponenten derart angeordnet sind, dass die am Kraft- oder Momenteinleitungspunkt der Feder verursachten Längen- oder Winkeländerungen bei steigenden Kräften oder Momenten auch entgegen der Kraft- oder Momentrichtung auf den entgegengesetzten Angriffspunkt der Feder übertragbar sind.
3. System nach Anspruch 2, bei dem der entgegengesetzte Angriffspunkt des Kraft- oder Momentenangriffspunkt einer Feder nicht am Gehäuse fixiert ist.
4. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventile Teil der Getriebekomponenten sind.
5. System nach Anspruch 4, wobei Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventile derart angeordnet sind, dass nach einem Belastungs- und Entlastungszyklus der Abstand zwischen dem entgegengesetzten Kraftangriffspunkt der Feder und dem Gehäuse entgegen der Kraftrichtung veränderbar ist oder der entgegengesetzte Momentenangriffspunkt der Feder entgegen der Momentendrehrichtung drehbar ist.
6. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, welches zur LJ- bertragung der Kräfte auf die Feder ein mechanisches und/oder hydraulisches und/oder pneumatisches Getriebe aufweist.
7. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein me- chanisches Getriebe als Umlaufgetriebe oder Planetengetriebe ausgebildet ist, welches über Reibung oder Verzahnung die Kräfte und Momente überträgt.
8. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Feder, auf welche die Kräfte übertragen werden, eine mechanische und/oder eine Gasfeder ist und/oder die Federwirkung zwischen Magneten nutzt, wobei diese als Linear- oder Torsionsfedern wirken.
9. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Speichersystem mit Seiltrommel und eine weitere Seiltrommel oder wenigstens zwei Speichersysteme mit Seiltrommeln auf einer Achse sitzen und jeweils die beiden Enden eines Seils gemeinsam gegensinnig aufwickeln, wobei das
Seil über eine Umlenkrolle mit einem Zugseil verbunden ist.
10. System nach Anspruch 9, wobei zur Synchronisation der vorhandenen Seiltrommeln, diese mit einer Feder, die zur Speicherung von Rotationsarbeit geeignet ist, über ein Wendegetriebe verbunden sind.
11. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, welches eine Abtriebswelle zur Übertragung mechanischer Bewegungen aufweist.
12. System nach Anspruch 11 , wobei die Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse mit wenigstens einer schaltbaren Rutschkupplung oder Kupplung versehen ist, wobei letztere durch Fernsteuerung oder direkt durch physikalische Größen wie Längen- oder Winkelposition, Kraft- oder Momentengrößen sowie Geschwindigkeit, Masseträgheit oder die Schwerkraftrichtung geschaltet werden.
13. System nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei dieses als Modul auf ein durchgängiges Seil aufsteckbar ist und zum gleichmäßigen Einholen von Seil vor und hinter dem Modul bei oszillierenden Lasten geeignet ist.
14. System nach den Ansprüchen 1 bis 13, wobei dieses für Regel- und/oder
Stellarbeiten mittels Seilen, Trossen, Ketten oder Bändern für Zugkräfte oder biegesteifen Elementen für Druckkräfte wie Stäbe oder Zahnstangen geeignet ist.
15. System nach dem Anspruch 14, wobei es sich um Regel- und/oder Stellar- beiten für Zugdrachen oder Schleppsegel von Schiffen oder Bojen handelt.
16. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, wobei der durch die an der Feder verursachten Längen- oder Winkeländerungen resultierende Hub-/Rotationsbereich zum Antrieb mindestens eines Generators dient.
17. Verfahren zur Nutzung mechanisch alternierender Kräfte oder Momente, wobei diese unter Verwendung von Feder und Getriebekomponenten in oszillierende Bewegungen umgewandelt werden, wobei eine Hysterese erzeugt wird, welche kumuliert, konserviert und für weitere mechanische Bewegungen zur Verfügung gestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei als Getriebekomponenten Schaltgetriebe, stufenlose Getriebe oder Hydraulikpumpen und Motoren verwendet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei durch alternierende Kräfte verursachte Längen- oder Winkeländerungen mittels einer Feder und Getriebe- komponenten einerseits auf den Kraft- oder Momentangriffspunkt der Feder sowie entgegen der Kraft- oder Momentrichtung auf den entgegengesetzten Angriffspunkt der Feder übertragen werden.
20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei Längenoder Winkeländerungen bei sinkenden Kräften oder Momenten ausschließlich auf den Kraft- oder Momentenangriffspunkt der Feder übertragen werden.
21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei Sperrklinken, Überholkupplungen oder Rückschlagventile zur Kumulation und Speicherung der erzeugten Hysterese verwendet werden.
22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 21 , wobei durch zyklisch wiederkehrende Änderungen der Zugbelastung (ΔF) eine Verkür- zung des entfernten Kraftangriffspunktes des Seiles zum Gehäuse bewirkt wird, oder durch zyklisch wiederkehrende Änderungen der Druckbelastung (ΔF) eine Verlängerung des entfernten Kraftangriffspunktes des biegesteifen Elementes zum Gehäuse bewirkt wird.
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