Einrichtung zum mindestens teilweisen mechanischen Kuppeln mindestens zweier beweglicher Glieder Bekannte Einrichtungen zum mechanischen Kup peln zweier beweglicher Glieder, wie beispielsweise Bremsen, Kupplungen, Spannwerkzeuge, Flüs.sig- keitsübertragungs,systeme und dergleichen, verwenden den sogenannten Winslow-Effekt, d. h. eine Ver steifung oder die Zunahme des Scherwiderstands einer dünnen Schicht oder eines Filmes einer vis kosen Flüssigkeit, wenn diese Schicht oder dieser Film einem elektrischen Feld unterworfen wird.
In solchen Vorrichtungen ist die Flüssigkeitsschicht zwi schen Oberflächen eingeschlossen, denen ein elek trisches Potential aufgedrückt wird, um so die Flüs sigkeit zu versteifen oder zu verfestigen und sie mit den Begrenzungsoberflächen zu verbinden, wodurch der Flüssigkeitsstrom oder die übertragene Kraft bzw. das übertragene Drehmoment eingestellt und gesteuert werden kann.
Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Ein richtung zum mindestens teilweisen mechanischen Kuppeln von mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Gliedern und ist dadurch gekennzeich net, dass die Teile mindestens je einen elektrischen Leiter aufweisen, die einander gegenüberliegen und gegeneinander isoliert sind, und dass zwischen den Leitern eine Lage aus nichtleitendem dielektrischem Material und ferner zwischen der letzteren Lage und einem Leiter in Berührung mit beiden eine Schicht aus einer elektroviskosen Flüssigkeit angeordnet ist, derart, dass bei Anlegen einer sich ändernden Span nung an die Leiter mindestens eines Gliedes die elektroviskose Schicht sich verfestigt und die beiden Glieder kuppelt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt; es zeigen: Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel in Form eines elektrischen Spannwerkzeugs, das gemäss der Er findung gebaut ist, wobei gleichzeitig das Schalt diagramm dargestellt ist, Fig. 2 einen Teilschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1 in grösserem Massstab als diese, Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 1 in grösserem Massstab als diese, .zig. 5 eine schematische Darstellung der Aus bildung des elektrischen Feldes, Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein zweites Aus führungsbeispiel in Form einer elektrischen Bremse, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6, Fig.8 eine schaubildliche Ansicht von Teilen der Bremse, Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Flüs- sigkeitsübergabesystems mit einem Ventil,
das ge mäss einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfin dung gebaut ist, Fig.10 einen Schnitt nach Linie 10-10 der Fig. 9, Fig.ll einen Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 10, Fig.12 einen Schnitt nach Linie 12-12 der Fig. 10, Fig. 13 eine schematische Ansicht der Wellen form des Erregerstromes.
In den bekannten Vorrichtungen, bei denen der Winslow-Effekt verwendet wird, war der Film einer elektroviskosen Flüssigkeit halbleitend, und das elek trische Erregerpotential wurde unmittelbar an die entgegengesetzten Oberflächen des Filmes angelegt, so dass die Versteifung der Flüssigkeit durch einen tatsächlichen Stromfluss durch den Film erzielt wurde. Dieses Verfahren kann nur bei dünnen Filmen von üblicherweise 0,025-0,50 mm verwendet werden, und ferner muss die Spannung auf einen Wert be grenzt werden, der keinen Durchbruch oder ein ungünstiges Erwärmen der Flüssigkeit ergibt.
Diese Erfordernisse haben bisher die praktische Verwen dung derartiger Vorrichtungen begrenzt.
Es wurde nun gefunden, dass die tatsächliche Stromführung zum Erzielen der Versteifung dtr Flüssigkeit durch die elektroviskose Flüssigkeit nicht notwendig ist und dass die Flüssigkeit auch auf die sogenannten Verschiebungsströme ansprechen kann, wie sie beispielsweise im Dielektrikum eines elek trischen Kondensators erzeugt werden, wenn dieser durch eine Wechselspannung erregt wird.
Gemäss der Erfindung ist daher vorgesehen, eine Schicht aus einem festen dielektrischen Material zwischen mindestens einer Elektrode und dem elektroviskosen Film derart anzuordnen, dass die sich ergebende Zwischenschicht der Flüssigkeit zusammen mit den festen Schichten einen mehrteiligen, elektrischen Kondensator bildet, der auch extrem hohe Span nungen aushalten kann.
Die so charakterisierte Erfindung kann in vielen unterschiedlichen Vorrichtungen und Flüssigkeits systemen verwendet werden, wie beispielsweise einem Spannfutter gemäss den Fig. 1-4 der Zeichnung, um ein Werkstück während der Bearbeitung oder einer sonstigen Operation festzuhalten, ferner in einer Bremse gemäss den Fig. 5-7, um ein Verzögerungs drehmoment auszuüben, und ferner in einem Ventil gemäss den Fig. 8-10, um den Flüssigkeitsstrom in einem Flüssigkeitsübertragungssystem zu steuern.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele be schränkt, sondern umfasst auch alle sonstigen Kon struktionen, Abwandlungen und Verwendungen, wie sie unter den Schutzbereich der Ansprüche fallen.
Viele unterschiedliche Flüssigkeiten sind elek troviskos und werden erheblich versteift und wirksam mit den Begrenzungsflächen verbunden, wenn ein elektrisches Potential an den entgegengesetzten Seiten einer solchen Flüssigkeitsschicht so aufgedrückt wird, dafss innerhalb der Schicht ein elektrisches Feld er zeugt wird. Unter den so verwendbaren Flüssigkeiten gemäss der Erfindung sei auf die Beispiele C und D des USA-Patents Nr. 2<B>661825</B> verwiesen.
In a11 den zuletzt genannten Beispielen ist eine Mischung von vier Klassen von Bestandteilen vorhanden, näm lich: (1) ein elektrisch stabiler, niedrig dielektrischer öl- artiger Träger von geeigneter Viskosität, (2) fein verteilte und nicht leitende Festbestandteile von einem durchschnittlichen Durchmesser zwi schen 0,1 bis 5 Mikron, die die Fähigkeit be sitzen, eine beträchtliche Menge einer Substanz, wie beispielsweise Wasser oder Alkohol, zu ab sorbieren, (3) ein organisches, oberflächenaktives, dispergieren- des Agens und (4)
Wasser oder eine Mischung von Wasser und so einem wassermischbaren Alkohol oder eine an dere Hydroxydverbindung.
Als typisch für eine dieser geeigneten Flüssig keiten sei auf folgende hingewiesen:
EMI0002.0022
Gewichts
<tb> Alkaterge <SEP> T <SEP> (1) <SEP> 7,80
<tb> Technisch <SEP> weisses <SEP> Mineralöl <SEP> (2) <SEP> 26,30
<tb> Sorbitansesquioleat <SEP> 4,04
<tb> Natriumstearat <SEP> 0,25
<tb> Silicagel <SEP> (3) <SEP> 50,60
<tb> Natriumhydroxyd <SEP> (1 <SEP> n <SEP> Lösung) <SEP> 4,70
<tb> Amin <SEP> 220 <SEP> (4) <SEP> 1,29
<tb> Coolanol <SEP> 45 <SEP> (5) <SEP> <U>5,02</U>
<tb> 100 (1) Ein Gemisch im Verhältnis von 2:1 von 4,4-Bis-hydroxymethyl y 2=:
heptadecenyl-2-oxazo- lin und Oleylamido triäthanolmethan - ein Pro dukt der Commercial Solvents Co.
(2) Viskosität von 40-50 Saybolt-Sek. bei einer Temperatur von 38 C.
(3) Besonderer Entwässerungsgrad - durchschnitt licher Durchmesser ungefähr 1 Mikron. David- son Chemical Co. SMR-55-6826.
(4) Vorwiegend (etwa 90 %) 1-Hydroxyäthyl-2-hepta- decenyl-imidazolin. Die restlichen 10 % enthalten Ölsäureamid und N-Aminoäthyl Äthanolamin. Ein Produkt, das von der Union Carbide ver trieben wird.
(5) Ein Kieselsäureester auf der Basis einer dielek- trischen Kühlflüssigkeit, der durch Monsanto Chemical Co. zu beziehen ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein elektroviskoses Gemisch, das Wasser nicht als Bestandteil einschliesst, zu verwenden.
Nachfolgend ist ein Beispiel für eine solche Flüssizkeit angeführt:
EMI0002.0049
Gewichts
<tb> Neutrales <SEP> Motorenöl <SEP> (Viskosität <SEP> 90) <SEP> 30,5
<tb> Glycerinmonooleat <SEP> 5,5
<tb> Amin <SEP> 220 <SEP> 10,0
<tb> Äthylenglykol <SEP> 4,0
<tb> Silicagel <SEP> (Grösse <SEP> 1 <SEP> Mikron) <SEP> 50,0 Es hat sich gezeigt, dass in der erfindungsgemässen Vorrichtung bestimmte einzelne Flüssigkeitskompo nente den elektroviskosen Film bilden können. Ein Beispiel für solch eine Flüssigkeit ist 11-BIS, das die Cow Chemical Company herstellt und das X- Chlorphenyläthan enthält.
In dem Futter gemäss Fig. 1-5 ist ein Werkstück 10 mit einer im wesentlichen ebenen Bodenfläche 11 aus leitendem Material auf einer festen Halterfläche 12 eines geeigneten Halters 13 mit Hilfe einer Lage oder eines relativ dünnen Filmes 14 einer geeigneten, elektroviskosen Flüssigkeit der oben erwähnten Art gehalten. Der Halter kann auf einen Arbeitstisch oder einen sonstigen Träger 9 beispielsweise mit Hilfe von Schrauben befestigt werden, die an den Vor sprüngen 15 des Futters angebracht sind.
Falls das Werkstück aus nichtleitendem Material, wie bei spielsweise aus keramischem Material, Kunststoff, Glas, Holz usw., mit einer relativ niedrigen dielek- trischen Konstante besteht, so wird die Oberfläche 11 mit Metall bedampft oder sonstwie mit einem leitenden Film überzogen, beispielsweise durch Auf bringen einer metallischen Farbe. Werkstücke, die aus nichtmetallischem Material mit einer hohen dielektrischen Konstante bestehen, d. h. mit einer solchen, die höher als 10 ist, können auch ohne vorheriges Überziehen gehalten werden.
Das zur Erzeugung des elektrischen Feldes im Flüssigkeitsfilm 14 erforderliche Potential wird an die Elektroden 16, 17 und 18 angelegt, die im Halter 13 in gleichmässigem Abstand, üblicherweise un gefähr 2,5 mm unterhalb der oberen Halterfläche 12, eingebettet sind. Im vorliegenden Beispiel weisen die einzelnen Elektroden jeweils einen dünnen Me tallstreifen, wie beispielsweise eine Silberfolie, auf, der gegen eine relativ dünne Schicht 19 aus nicht leitendem oder halbleitendem Material anliegt und vorzugsweise mit diesem verbunden ist. Dieses Mate rial ist in den Halter eingesetzt, und seine Ober fläche bildet einen Teil der Halterfläche 12.
In den Fig. 1 und 2 ist die Schicht 19 aus getrennten Leisten gebildet, die in seitlichem Abstand von einander angeordnet sind, wobei die Elektroden streifen die Bodenflächen dieser Leisten abdecken und während die oberen Stirnflächen bündig mit einander sind und in der Halterfläche 12 liegen. Dieser Zustand wird durch einen starren Körper aus nichtleitendem Material, wie beispielsweise Kunst stoff 20, vorzugsweise durch Eingiessen und Um giessen der Elektrodenleisten aufrechtgehalten, nach dem an den letzteren Leiter 21, 22 und 23 befestigt sind, wobei die Leisten in der gewünschten Lage innerhalb des umschliessenden Gehäuses 24 gehal ten werden.
Das letztere kann aus Stahl bestehen, an das Vorsprünge 15 angeschweisst oder sonstwie befestigt sind. Der Kunststoff 20 ist vorzugsweise eine sogenannte Giessmasse, wie beispielsweise ein Epoxyharz, das in kaltem Zustand gegossen werden kann. In der Ausführungsform nach Fig. 3 kann die Schicht 19 eine ununterbrochene Platte sein, mit deren Boden die Elektroden 16, 17 und 18 in richtigem Abstand durch an sich bekannte Verfahren verbunden sind, wie sie beispielsweise bei gedruckten Schaltungen verwendet werden. Auch hier wird die Platte durch den gegossenen Körper 20 eines starren Kunststoffes von rückwärts gehalten.
In beiden Bei spielen ist der Kunststoff unterhalb der Elektroden und der Leiter 21-23 von einer ausreichenden Stärke, um diese Teile genügend gegenüber einem Werkstücktisch oder einem anderen. metallischen Träger zu isolieren, an dem das Spannfutter bei Gebrauch befestigt werden kann.
Die Elektroden entsprechen in ihrer Grösse der Grösse der einzuspannenden Werkstücke, und ihre Zahl ist vorzugsweise so, dass eine Fläche ge schaffen wird, die grösser als der Boden des Werk stückes ist. Für bestimmte Werkstückformen können die Elektroden auch eine andere Gestalt, wie bei spielsweise die Gestalt von konzentrischen Ringen, annehmen.
Wie oben erwähnt, ist die Verwendung einer hohen Spannung, beispielsweise von 2000 Volt, zur Erzeugung eines starken, elektrischen Feldes im flüs sigen Film 14 dadurch möglich, dass eine Lage aus starrem, dielektrischem Material zwischen minde stens einer Seite des Filmes und den Elektroden eingefügt wird, so dass nun zusammen mit dem Film ein mehrteiliger, elektrischer Kondensator ge schaffen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Leisten 19 (Fig. 1 und 2) oder die Platte 19 (Fig.3) die dielektrische Lage.
Zwar können verschiedenartige, dielektrische Materialien verwen det werden, doch ergibt sich eine optimale Span nung an dem Film durch Verwendung eines Mate rials mit einer hohen dielektrischen Konstante, d. h. einer Konstante von mehr als 10 (bei<B>25'</B> C gemes sen), relativ zu der dielektrischen Konstante der elektroviskosen Flüssigkeit, die üblicherweise un gefähr 5 oder kleiner ist.
Unter den besten zurzeit verfügbaren Materialien befindet sich ein gebrannter, keramischer Körper, der unter dem Handelsnamen BT-15 von dem Her steller, nämlich der Fa. Arnold Engineering Com- pany of Marengo/Illinois, USA, auf den Markt ge bracht wird und nach dessen Angaben aus einer polykristallinen Form von Bariumtitanat mit unter- schiedlichen Mengen von Blei und Kalziumtitanat und Kobaltoxyd hergestellt wird.
Ein ähnliches Mate rial, das unter dem Handelsnamen D-51 bekannt ist und von der Firma Central Lab Company of Milwaukee geliefert wird, besteht aus Bariumtitanat mit Strontiumtitanat und Ferritoxyd-Zusätzen. Dieses Material hat eine dielektrische Konstante von 5500 bis 6500 und eine geschätzte dielektrische Stärke von 35-40 Volt pro 0,025 mm Stärke.
Zusätzlich zu ihrer hohen dielektrischen Kon stante sollte die dielektrische Stärke der Schicht 19 so hoch als möglich sein, um so der aus Flüssigkeit und Festkörpern bestehenden Mehrschichtenordnung den gewünschten hohen Widerstand gegen einen Durchschlag bei der angelegten Spannung auch dann zu geben, wenn die Schicht verhältnismässig dünn ist. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei den oben beschriebenen Materialien erzielt, wenn die Schicht 2,5 mm dick ist.
Der Flüssigkeitsfilm 14 und die diel'ektrische Schicht 19, die, wie oben beschrieben, zwischen den Elektroden und der leitenden Bodenfläche 11 des Werkstückes eingeschlossen ist, bilden in Wirklich- keit zwei Kondensatoren, die in Reihe miteinander verbunden sind. In dieser Anordnung sind die so genannten Verschiebungsströme im Film für einen bestimmten Wert der angelegten Wechselspannung direkt proportional der Frequenz dieser Spannung und der Kapazität des Systems. Es ist deshalb er wünscht, eine elektroviskose Flüssigkeit auszuwäh len, die die höchste verfügbare dielektrische Kon stante und eine minimale Stärke aufweist.
Die letztere wird im Falle eines Spannfutters durch das Mass der Flachheit der Bodenfläche 11 des Werkstückes bestimmt, um so ein vollständiges Abdecken der Werkstücke und der Halterflächen an allen Punkten dieser gegenüberliegenden Flächen sicherzustellen.
Wenn, wie in dem oben beschriebenen Spann futter, alle Elektroden in einem der durch die vis kosen Flüssigkeit zu kuppelnden Glieder angeordnet sind, so bilden der Flüssigkeitsfilm und die dielek- trische Schicht zwei Gruppen von in Reihe an geordneten Kondensatoren, und zwar eine Gruppe zwischen der leitenden Bodenfläche 11 des Werk stückes und einer Elektrode der einen Polarität und die andere Gruppe zwischen dieser Bodenfläche und einer Elektrode der entgegengesetzten Polarität.
Die Arbeitsstückoberfläche dient daher nicht nur als die eine Platte eines der Kondensatoren jeder Gruppe, sondern auch als ein Leiter, um die Gruppen von Kondensatoren in Reihe miteinander zu verbinden.
Das elektrische Feld, das durch entgegengesetzte Polarisierung von benachbarten Elektroden erzeugt wird, ist dann, wie in Fig. 5 dargestellt, räumlich ver teilt. Dies bedeutet, dass die durch die angelegte Wechselspannung erzeugten Verschiebungsströme im ganzen Bereich der Elektroden und der benachbarten, fluchtenden Bereiche der dielektrischen Schicht 19 und des Filmes 14 vorhanden sind, wobei die zuletzt genannten Bereiche durch die Arbeitsstückoberfläche, wie durch die Linien 26 dargestellt, überbrückt wer den.
Ein Nebenschluss des elektrischen Feldes zwi schen den Leistenkanten ohne Durchdringen des Flüssigkeitsfilms kann dadurch herabgesetzt werden, dass die Leisten, wie in Fig. 2 dargestellt, im Abstand voneinander angeordnet werden.
Um die Änderung der Kraft oder des über tragenen Drehmoments während des Wechsels der Erregerspannung herabzusetzen, wird gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung der Film 14 durch eine Mehrphasenspannung erregt, deren Phasen, und zwar in dem vorliegenden Beispiel drei, an die drei Elektroden 16, 17 und 18 angelegt werden, die, wie in Fig. 2 dargestellt, in Gruppen entsprechend den jeweiligen Bezeichnungen der verschiedenen Elektroden angeordnet sind, wobei die aufeinander folgenden Gruppen entlang der Halterfläche 12 im Abstand voneinander vorgesehen sind.
Das an den betreffenden Elektroden liegende Potential ändert sich damit gemäss den üblichen Wellenformen <I>a, b</I> und c, wie sie in Fig. 13 dargestellt sind. Diese Kur ven schneiden einander an aufeinanderfolgenden Punkten 27 von positivem Potential und an Punkten 28 von negativem Potential. Hierdurch kann der Potentialgradient beispielsweise zwischen den beiden Elektroden 16 und 17 an einem ihrer Punkte auf Null abfallen, jedoch ist dann der Gradient zwischen den anderen Paaren von Elektroden 16, 18 und 17, 18 gleich mit 30. Damit wirkt das elektrische Feld so, dass die Flüssigkeit des Filmes 14 ständig erregt und versteift wird, obwohl eine Wechsel spannung angelegt wird und sich die Spannung in jeder Phase ändert.
Dadurch wird die gewünschte Haltekraft :ständig auf das Werkstück ausgeübt. Die verschiedenen Phasen der Mehrphasenspannung wer den den drei Gruppen von Elektroden 16, 17 und 18 über isolierte Leiter 21 bis 23 zugeführt, die sich bis in das Spannfutter, d. h. den Halter, über geeig nete wasserdichte Anschlüsse hinein erstrecken.
Zwar kann der gewünschte Mehrphasenstrom von irgendeiner geeigneten Stromquelle, beispiels weise einem normalen Wechselstromerzeuger, erhal ten werden, doch kann eine geeignetere Stromquelle zur Verwendung bei einem Spannfutter in einer normalen Werkstatt in günstigerer Weise mit Hilfe einer üblichen, einphasigen Zufuhrleitung 30 durch einen Konverter der in Fig. 1 angedeuteten Art er halten werden.
Die Einphasenspannung eines Auto- Transformators 31 ist in ihrer Grösse durch einen Schieber 32 einstellbar und wird einem die Span nung erhöhenden Transformator 33 zugeführt, wenn der Schalter S geschlossen wird. Die Ausgangs leistung wird parallelen RC-Phasenverschiebungs- Stromkreisen aufgedrückt, die einen ersten Wider stand 34, einen Kondensator 35, einen zweiten Widerstand 36 und einen Kondensator 37 aufweisen, die beide umgekehrt miteinander verbunden sind, um so eine voreilende und eine zweite nacheilende Phase an den Ausgangsleitungen 21, 22 und 23 zu schaffen.
Diese einfache Art eines Konverters kann im vorliegenden Beispiel deswegen verwendet wer den, weil die Erzeugung des gewünschten elektrischen Feldes innerhalb des elektroviskosen Filmes keinen tatsächlichen Stromfluss oder eine Stromführung durch den elektroviskosen Film 14 erfordert, son dern lediglich die sogenannten Verschiebungsströme verwendet werden, die durch das Wechselstrom potential, wie oben beschrieben, erzeugt werden.
Mit dem oben beschriebenen und entsprechend dimensionierten Spannfutter ist es nun möglich, den Scherwiderstand der Filmmischung auf ungefähr 20 Pfund pro Quadratzoll zu erhöhen. Zusätzlich sind alle Elektroden wirksam gegen das Arbeitsstück und gegen den Arbeitstisch isoliert.
Die Elektroden 16, 17 und 18 sind im gleichen Abstand von der leitenden Bodenfläche 11 des Arbeitsstückes angeordnet und sind bei Gebrauch auch im gleichen Abstand vom Träger 9 auf dem Spannfutter montiert. Damit ergibt sich zwischen der Bodenfläche 11 und den einzelnen Paaren der Elektroden eine gleiche kapazitive Kopplung. Eine ähnliche ausgeglichene Kopplung besteht zwischen den einzelnen Elektrodenpaaren und einem tragenden metallischen Gestell. Diese vier Kopplungen bilden einen symmetrischen Brückenkreis für jede Phase des Erregerpotentials. Das Maschinengestell und das Werkstück 10 sind daher immer auf dem gleichen Potential und auf einem Null-Potential relativ zu einander.
Hierdurch ergibt sich eine absolute Sicher heit für die Bedienungsperson trotz der hohen Erre gerspannungen, wie ,sie hier verwendet werden.
Die dielektrische Schicht 19, die mit dem elek troviskosen Film wie oben beschrieben zusammen wirkt, kann auch mit Vorteil in Drehmomentüber- tragungskupplungen verschiedener Art verwendet werden, und in den Fig. 6-8 ist ein typisches Beispiel in Form einer Bremse dargestellt. Hier sind die Elektroden 41, 42 und 43 in Form von dünnen Metallscheiben in Scheiben 44, 45 und 46 aus ge branntem, keramischem Material wie oben beschrie ben eingebettet, wobei jede einzelne mehrteilige Scheibe ein Paar von radialen, vorstehenden, mit parallelen Flanken versehenen Zähnen 47 hat, die genau in nach innen sich öffnende Nuten 48 einer zylindrischen Hülse 49 aus starrem Isoliermaterial passen.
Die Hülse ist durch Schrauben 53 zwischen im axialen Abstand angeordneten Kopfstücken 50 festgespannt, die ebenfalls aus Isoliermaterial be stehen und mit einem stationären Träger 57 ver schraubt sind, der die Lager 51a trägt, in denen eine Welle 58 drehbar gelagert ist.
Ferner sind in der Hülse 49 zwei zusätzliche Nutenpaare 51 und 52 im Winkelabstand von den Nuten 48 angeordnet, die zur Aufnahme von ähn lichen Zähnen 47 der Scheiben 45 und 46 dienen. Gegen die äusseren Enden von Zähnen 44a, 45a und 46a der Metallscheiben, die innerhalb der Zähne 47 angeordnet sind, liegen metallische Kontaktstreifen 54 55 und 56 an, die am Boden der Nuten 48, 51 und 52 angeordnet sind. Die betreffenden Kontaktstrei fen 54, 55 und 56 sind mit den drei Leitungen 21, 22 und 23 verbunden, die zu einer Dreiphasen-Wechsel- stromquelle der oben erwähnten Art führen.
Zwischen benachbarten Scheiben 44, 45 und 46 sind Metallscheiben 60, 61 und 62 angeordnet, die in Keilkonstruktion mit der Welle 58 gekuppelt sind und entlang der letzteren durch Ringe 63 im Abstand gehalten und so voneinander getrennt sind, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die End- scheiben gegen die Kopfstücke 50 anliegen. Die schmalen, zwischen den rotierenden und festen Schei ben vorhandenen axialen Zwischenräume 65, übli cherweise von der Grössenordnung von 0,010 Zoll, werden mit einer elektroviskosen Flüssigkeit der oben beschriebenen Art gefüllt.
Bei dieser Anordnung wirkt die an beiden Seiten der stationären Scheiben 44-46 angebrachte Schicht eines hochdielektrischen Materials mit dem benach barten Flüssigkeitsfilm 65 zusammen, um so einen mehrteiligen Kondensator zu bilden, der zwischen benachbarten, leitenden Metallscheiben 60-62 und den Scheiben 41-43 gebildet wird, und zwar in ähnlicher Weise, wie dies in Zusammenhang mit dem Spannfutter beschrieben wurde.
Die Scheiben 41-43, die die drei Elektroden bilden, sind mit den ver schiedenen Phasen der Wechselstromquelle verbun den und werden damit entsprechend den in Fig. 13 angegebenen Wellenformen unterschiedlich polari siert. Als Ergebnis wird der Scherwiderstand der scheibenartigen, im Abstand auf der Welle angeord neten Flüssigkeitsfilme erhöht, so dass ein viskoser Zug und ein Verzögerungsdrehmoment auf die Me tallscheiben 60-62 ausgeübt und die Welle angehal ten wird, wenn die Kondensatoren durch Schliessen eines Schalters S erregt werden.
Durch die Anwendung der Erfindung ist es ferner möglich, ein Steuerventil zu bilden, das keine beweglichen Teile aufweist und das den Flüssig keitsstrom in einem Flüssigkeitsübertragungssystem regulieren und unterbrechen kann. Eine solche An wendung der Erfindung ist in den Fig. 9-12 dar gestellt, wo eine Flüssigkeit 70 durch eine motor angetriebene Pumpe 71 unter Druck gesetzt wird. Der Fluss zu einem Kolben- und Zylinder-Servo- aggregat 72 und von diesem weg wird dabei durch ein Ventil 73 gesteuert, das in der Druckleitung 74 angeordnet ist, die zum Servoaggregat führt.
Die Flüssigkeit 70, die das System füllt, kann irgendeine der oben angegebenen elektroviskosen Mischungen sein.
Wie in Fig. 10 dargestellt, weist das Ventil 73 ein rohrförmiges Gehäuse 75 auf, das aus Isolier material besteht und eine zylindrische Innenfläche 76 hat, die konzentrisch mit der äusseren ist und die zylindrische Aussenfläche einer Stange 78 um gibt. Die beiden Oberflächen definieren zwischen sich einen rohrförmigen Raum, üblicherweise von einer Stärke von 0,010 Zoll radialer Dicke, durch den die Flüssigkeit in nicht aktiviertem Zustand frei hindurchfliessen kann.
In dem Beispiel ist die Stange 78, die aus einem leitenden Metall oder aus einem nichtleitenden Mate rial mit einem elektrisch leitenden Mantel oder einem Mantel mit hoher Dielektrizitätskonstante be stehen kann, an ihren entgegengesetzten Enden, den Scheiben 79, gehalten, die in hohlen Anschluss- stücken 74a gehalten sind, die auf die entgegen gesetzten Enden des Ventilgehäuses 75 und die benachbarten Teile der Flüssigkeitsleitung 74 auf geschraubt isind:
Die in den Scheiben angeordneten Durchbrüche 80 gestatten einen freien Durchfluss der Flüssigkeit durch das Ventilgehäuse, wenn die Flüssigkeit keinem elektrischen Feld unterworfen wird.
Die Elektroden, die zur Übermittlung des drei- phasigen Erregerpotentials auf den Flüssigkeitsfilm dienen, haben die Form von Metallringen 81, 82 und 83, die in Nuten 84 sitzen, die axial entlang der Innenfläche des Gehäuses 75 ringförmig an geordnet sind. Innerhalb der Elektrodenringe und in enger Berührung mit diesen sind zylindrische Ringe 85 angeordnet, die aus einem gebrannten, keramischen Material bestehen, das eine hohe dielek- trische Konstante hat. Diese Ringe haben eine radiale Stärke von ungefähr 0,100 Zoll, und ihre Innenflächen sind im wesentlichen bündig mit dem Gehäuseinnern.
Ferner können eine oder mehrere Gruppen von Elektroden 81-83 verwendet werden und die ent sprechenden und hintereinander im Abstand ange ordneten Elektroden der einzelnen Gruppen haben Anschlussstücke, die sich bis nach ausserhalb des Gehäuses erstrecken und an die Leitungen 21-23 einer Dreiphasenstromquelle angeschlossen sind.
Es ergibt sich hieraus, dass die hochdielektrischen Ringe 85 und das aus einer elektroviskosen Flüssigkeit bestehende, durch sie umschlossene Rohr mehrtei lige, elektrische Kondensatoren bilden, in denen ein elektrisches Feld und die gewünschten Verschie bunsströme in der Flüssigkeit erzeugt werden, wenn das' dreiphasige Potential an die Elektroden an gelegt wird. Ähnlich wie bei dem oben erwähnten Spannfutter und der oben erwähnten Bremse wird die Flüssigkeit versteift und praktisch verfestigt, wo durch der Fluss durch das Servoaggregat 72 unter brochen wird.
Durch Einstellen des Schiebers 32 (siehe Fig. 1) und damit des angelegten Potentials kann der Durchfluss reguliert und die Geschwindig keit des Servokolbens in der gewünschten Weise gesteuert werden.
Aus sämtlichen oben beschriebenen Einrichtun gen geht hervor, dass eine Lage einer elektroviskosen Flüssigkeit in Berührung mit einer Materialschicht gebracht wird, die eine hohe dielektrische Konstante besitzt und mit der Flüssigkeit so zusammenwirkt, dass ein elektrischer Kondensator gebildet wird, an den eine Wechselspannung von erheblicher Grösse angelegt werden kann, um so die gewünschten Ver schiebungsströme und ein Versteifen der Flüssigkeits schicht zu erreichen, ohne dass ein leitender Strom fluss eintritt,
der einen Durchschlag oder ein Karbo- lisieren der Flüssigkeit nach sich ziehen könnte. Aus diesem Grund kann ein elektrisches Feld von er heblich grösserer Intensität bei einer bestimmten Stärke des elektroviskosen Filmes erzeugt und dickere oder dünnere Filme verwendet werden, wie dies bei den betreffenden Anwendungen erwünscht ist.
Die Trennung des elektroviskosen Filmes von den Elek troden durch die dielektrische Isolierschicht 19 ver meidet die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden, wie beispielsweise durch ein. leiten des Kühlmittel, das auf das Werkstück fliesst. Aus dem gleichen Grund wird die Haltekraft des Filmes durch Schmutz oder andere Verunreinigungen nicht reduziert, die gegebenenfalls anwesend sein oder in die Flüssigkeit bei Gebrauch eintreten können.
In den verschiedenen auf elektrisches Potential ansprechenden Vorrichtungen, wie sie oben beschrie ben sind, können die Elektroden und die dielektrischen Schichten verschiedene Formen entsprechend der Anwendung und im Hinblick auf eine günstige Her stellung aufweisen. Ferner kann die Zahl der Gruppen der vielphasigen Elektroden wie gewünscht verän dert werden, um den gewünschten Gesamtscher- widerstand oder Flusswiderstand zu erzielen, wenn die Elektroviskoseschicht aktiviert wird.
Ferner sei noch erwähnt, dass der Ausdruck elektroviskose Flüssigkeit irgendeine fliessfähige Flüs sigkeit einschliesst, die sich versteift und .sich mit den begrenzenden Flächen verbindet, wenn ein elektri sches Potential an diese Flüssigkeit angelegt wird. Ein hochdielektrisches Material bzw. ein Material mit einer hohen dielektrischen Konstante bedeutet ein Material mit einem Wert von mehr als 10.