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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Vibrationsantrieb für eine selbstfahrende, nicht an Gleise gebundene mobile Einheit.
Herkömmliche Antriebe von mobilen Einheiten, wie Mobilrobotern, selbstfahrenden Haushaltsgeräten, Fahrzeugen, Spielzeugen, etc. besitzen Radantriebe, die durch die erforderlichen Getriebe und die erforderlichen Achslagerungen baulichen Aufwand erfordern.
In der Publikation US 3 530 617 A wird ein durch Vibration angetriebenes Fahrzeug vorgeschlagen. Als Vibrationsquelle ist dabei ein Elektromotor vorgesehen, der eine umlaufende Unwuchtkraft erzeugt, die mittels Blattfedern in eine lineare Schwingbewegung umgesetzt wird.
Die Publikation US 5 087 851 A beschreibt eine Vorrichtung zum Antrieb eines Teiles an einem Fahrzeug. Dazu wird ein metallischer Rahmen mit zwei Beinen vorgeschlagen, die an der Oberseite durch ein Querhaupt verbunden sind. Das Querhaupt wird an den Endpunkten durch piezoelektische Aktoren in Vibration versetzt, und treibt mit den beiden Beinen einen Teil, der im Inneren der Vorrichtung auf Rollen geführt ist. Das Querhaupt ist an einem Bolzen in der Vorrichtung gelagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, verschleissfreien Antrieb mit hohem Wirkungsgrad anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die mobile Einheit aus einem mit dem Boden in Berührung bringbaren rundlich ausgebildeten Grundkörper besteht, an dessen Oberfläche mindestens zwei im Winkel zueinander stehende zylinderförmig und elastisch ausgebildete Schwingkörper angeformt sind, die jeweils aus einem unmittelbar der Oberfläche des Grundkörpers anschliessendem federnden Teil und einem an diesen anschliessenden magnetisierbaren Teil bestehen, wobei an dem magnetisierbaren Teil je eine Magnetspule angeordnet ist, sodass durch den Einsatz des einen federnden Teiles als Zug-/Druck-Feder und des anderen federnden Teiles als Schubfeder je nach Ansteuerung der einen oder der anderen Magnetspule ein Antrieb der mobilen Einheit über die Bewegung des Grundkörpers in zwei unterschiedliche Richtungen möglich ist.
Die vorliegende Erfindung setzt vorteilhafterweise als einziges bewegliches Teil des Antriebs ein zentrales elastisches Schwingelement ein. Durch die Wahl eines elastischen Werkstoffes, vorzugsweise eines Elastomers, übernimmt dieses Schwingelement entsprechend der gewählten Antriebsrichtung in einer Richtung die Aufgabe der Kraftübertragung als Zug-Druck-Element, in radialer Richtung dazu übernimmt es gleichzeitig die Aufgabe der Lagerung und stützt die mobile Einheit gegenüber dem Boden ab. Dabei werden die unterschiedlichen Federraten bei Zug-/Druckoder Schub-Belastung ausgenutzt. Bei Umkehrung der Antriebsrichtung übernehmen die symmetrisch angeordneten Teile die jeweils entgegengesetzte Aufgabe. Durch eine Wahl von Werkstoffen mit hohem Reibungskoeffizient führt das Schwingelement darüberhinaus direkt die Übertragung der Reibkraft auf den Boden aus.
Die vorliegende Erfindung verzichtet vorteilhafterweise auf Motoren, Getriebe und rotierende Elemente, die Kraftübertragung erfolgt in Kraftrichtung. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad, geringerer baulicher Aufwand und Verschleissfreiheit erreicht.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 den Aufbau des Antriebes und Figur 2 die Endlagen der Schwingbewegung (Bezugszeichen wie in Figur 1).
Die mobile Einheit (3) steht reibungsbehaftet am Boden auf. Die zwei Magnetspulen (2) sind unbeweglich mit der mobilen Einheit verbunden. Ihre Mittelachsen sind etwa rechtwinkelig zueinander in der gleichen Ebene angeordnet. In den Magnetspulen (2) ist ein elastischer Schwingkörper (1;1') geführt. Dieses elastische Schwingelement (1; 1') besitzt die Form zweier Hebeln an einem damit verbundenen Grundkörper (1a). Die Hebeln des elastischen Schwingkörpers (1;1') bestehen aus einem magnetisierbaren Teil (1c) am äusseren Ende und einem federnden Teil (1b) zwischen dem magnetisierbaren Teil (1c) und dem Grundkörper (1a). Mittels Elektromagnetismus wird über eine der beiden Magnetspulen (2) der magnetisierbare Teil (1c) einer der beiden Hebel in Bewegung versetzt. Über den federnden Teil (1b) wird der Grundkörper (1a) des elastischen Schwingkörpers (1,1') in Bewegung versetzt.
Dabei wirkt der federnde Teil (1 b) jenes Hebels an dem die aktive Magnetspule (2) wirkt, als Zug-/Druck-Feder, während der federnde Teil (1b) des anderen Hebels als Schubfeder wirkt. Da die Federsteifigkeit des federnden Teiles (1b) beim Einsatz als Zug-/Druck-Feder weit höher ist als beim Einsatz als Schubfeder, führt der Grundkörper (1a) eine schwingende Bewegung entsprechend der Bewegung des magnetisierbaren Teiles (1c)
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etwa in Richtung der Mittelachse der aktiven Magnetspule (2) durch. Die beiden Endlagen dieser Bewegung sind in Figur 2 eingetragen.
Mit der beschriebenen Ansteuerung der aktiven Magnetspule wird der Grundkörper (1a) in eine etwa geradlinige Schwingung versetzt und bewirkt einen Vortrieb der mobilen Einheit in Richtung der aktiven Magnetspule (2) nach dem kinematischen Prinzip einer Schwingrinne mit Vibrationsantrieb der Fördertechnik.
In einer weiteren Ausführung wird die zweite Magnetspule (2) 90 phasenversetzt zur ersten Magnetspule (2) angesteuert. Damit wird der Körper (1a) in einer geschlossenen, etwa kreisförmigen Bahn geführt. Der Antrieb ist dabei so angeordnet, dass der Grundkörper (1a) beim Durchfahren der unteren Hälfte der kreisförmigen Bahn den Boden berührt, beim Durchfahren des oberen Teiles der kreisförmigen Bahn jedoch nicht. Die Antriebskräfte werden damit lediglich in einer Richtung durch Reibung auf den Boden übertragen und bewirken so einen Vortrieb der mobilen Einheit.
Bedingt durch den symmetrischen Aufbau des Antriebes und den wechselweisen Einsatz des federnden Teiles (1b) des elastischen Schwingelementes (1,1') als Zug-/Druck-Feder oder als Schubfeder ist der Vortrieb je nach Ansteuerung der Magnetspulen in Richtung jeder der beiden Magnetspulen (2) möglich.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Elektromagnetischer Vibrationsantrieb für eine selbstfahrende, nicht an Gleise gebundene mobile Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Einheit (3) aus einem mit dem
Boden in Berührung bringbaren rundlich ausgebildeten Grundkörper (1a) besteht, an des- sen Oberfläche mindestens zwei im Winkel zueinander stehende zylinderförmig und elas- tisch ausgebildete Schwingkörper (1,1') angeformt sind, die jeweils aus einem unmittelbar der Oberfläche des Grundkörpers (1a) anschliessendem federnden Teil (1b) und einem an diesen anschliessenden magnetisierbaren Teil (1 c) bestehen, wobei an dem magnetisierba- ren Teil (1c) je eine Magnetspule (2) angeordnet ist, sodass durch den Einsatz des einen federnden Teiles (1b) als Zug-/Druck-Feder und des anderen federnden Teiles (1b) als
Schubfeder je nach Ansteuerung der einen oder der anderen Magnetspule (2)
ein Antrieb der mobilen Einheit (3) über die Bewegung des Grundkörpers (1a) in zwei unterschiedliche
Richtungen möglich ist.