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Die
Erfindung betrifft eine Brems-Vorrichtung, die als Rotationsbremse
für eine
Vielzahl von Vorrichtungen oder Geräten, wo eine Dreh- oder Linear-Bewegung kontrolliert
gebremst werden muss, geeignet ist.
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Die
Rotationsbremse ist ein wartungsarmes Maschinenelement zum kontrollierten
Abbremsen einer rotierenden oder linearen Bewegung. Es gibt zahlreiche
Arten von Rotationsbremsen, die in unterschiedliche Vorrichtungen
oder Geräten
Verwendung finden.
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Eine
der bekanntesten ist die Rotationsbremse, die mit einer zähen Flüssigkeit
oder Gell funktioniert. Silikon Öl
ist sehr oft dazu optimal.
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Das
Funktionsprinzip und die Grundlage von Rotationsbremsen ist die
Reibungskraft, die in dem zähen
Material erzeugt wird, während
eine Drehung stattfindet. Durch diese Kraft wird teilweise eine
Verbindung zwischen den Drehscheiben oder Zahnrädern geschafft.
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Die
herkömmlichen
Rotationsbremsen haben auch viele Nachteile:
- – meistens
keine Brems-Kraft-Regulierung möglich,
- – begrenzte
Lebensdauer,
- – temperaturabhängige Bremskraft.
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Ein
weiterer Nachteil der vielen herkömmlichen Rotationsbremsen ist
auch die Tatsache, dass sie nicht sehr genau sind. Das erlaubt das
Funktionsprinzip nicht. Bei den Varianten, die mit Silikonöl funktionieren,
unterschiedliche Temperaturen wirken sehr stark auf die Bremskraft.
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Sehr
interessant wäre
die Idee einer Rotationsbremse, die mit einer Taumelscheibe funktioniert. Hier
könnte
diese Scheibe eingebaut, um eine Bremswirkung zu erzielen. Taumelscheiben
finden sehr oft Verwendung in Kompressoren, Pumpen, sowie Hubschraubern
als Steuerung für
den Rotor.
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Die
Anmeldung
EP 0945616 beschreibt
einen Taumelscheiben-Kompressor,
bei dem der Gelenkmechanismus dazu dient, eine Antriebsmoment einer
Stange auf die Taumelscheibe zu übertragen.
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Die
Anmeldung
DE 102004028747
A1 beschreibt einen Hubkolbenkompressor, der mit mehreren
parallel angeordneten Zylinder-Kolbeneinheiten, wobei
die Trieb-Welle von einer mit ihr schwenkbar gekoppelten Taumelscheibe
umschlossen ist, mit der die Kolben über eine gelenkige Gleit-Kupplung
verbunden sind.
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Ein ähnliches
Gerät ist
bekannt durch
DE 4139 186 .
Bei diesem ist die Taumelscheibe auf einem von der Trieb-Welle getragenen
Kugelkörper schwenkbar
geführt
und in radialem Abstand mit der Trieb-Welle gekoppelt.
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Die
Anmeldung
DE 37 162
02 C3 beschreibt ein Brems-System, wobei ein Exzentriker
für eine Kraftübertragung
auf einer Bremsscheibe verwendet wird. Hier ist eine Modifizierung
der herkömmlichen Scheibenbremse
mit Reibungseffekt beschrieben, wobei das exzentrische Teil lediglich
ein Kraftübertragungs-Glied
ist, das dazu beiträgt,
die Bremsscheibe zu pressen.
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Die
Anmeldung
DE 102004061657
A1 beschreibt eine Rotationsbremse, die aus einem zylinderförmigen Kolben
besteht, der auf einer Welle angeordnet und gelagert drehbar ist.
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DE69602787T2 beschreibt
ebenfalls eine Rotationsbremse, wobei ein elastisches Mittel zwischen
einem Stator und einem Rotor eingebaut ist.
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Die
Anmeldung
DE69103539T2 beschreibt ein
Bremsvorrichtung für
eine Lippenstiftbehälter.
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Die
Anmeldung
DE3708096C2 beschreibt eine
Punktstrahl-Rotationsdüse,
wobei auch eine Rotationsbremse im Einsatz kommt.
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Eine
Rotationsbremse, wobei die Taumelscheibe mit Begleitelemente (Arbeitszylinder,
Kolben, Ventil-Steuerung, etc,) als Rotationsbremse direkt eingesetzt
wird, wobei ein Bremseffekt lediglich durch eine Ventil-Kontrollierte Fluid-Strömung in
Arbeitszylinder durch einen Verbindungs-Kanal erreicht wird, ist nicht bekannt.
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Der
in den Patentansprüchen
1 bis 66 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Rotationsbremse
zu schaffen, die sehr komfortabel ist, die in der Lage ist, sehr
genau die Brems-Kraft zu dosieren, leicht zu steuern ist und das
ohne herkömmliche
Zähflüssigkeits-Reibungs-Effekt auskommt.
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Dieses
Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 66 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Vorteile
der Erfindung sind:
- – nahezu verschleißfreies
Betrieb,
- – sehr
langlebig,
- – exakt
steuerbar,
- – einstellbar
und leicht steuerbar.
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Die
Erfindung sieht zwar einfach aus, hat jedoch entscheidende Unterschiede
und Vorteile gegenüber
einer herkömmlichen
Rotationsbremse. Die Erfindung benutzt den Strömungs-Widerstand einer Flüssigkeit
für den
Bremsvorgang. Das Prinzip ist nicht mit dem einer Turbo-Kupplung
vergleichbar. Während
eine Turbo-Kupplung die Flüssigkeit
in widerstandsreichen Drehbewegung versetzt, trotz relativ hohen
Energie-Verlust, eine Rotationsbremse ähnlicher Bauart könnte keine
Position halten oder ein drehenden Teil eines Geräts zum stehen
bringen.
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Die
Rotationsbremse, die in diese Erfindung hier beschrieben wird, ist
nahezu eine perfekte Lösung
für alle
Probleme, die mit einem herkömmlichen Rotations-Brems-System
verbunden sind.
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Diese
Rotationsbremse kann eine weitgehend bessere Wirkung erreichen als
die herkömmlichen.
Die Erfindung hier kann analog den Bremsvorgang steuern, wobei eine
sehr sanfte Bewegung erzeugt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der 1 bis 25 erläutert. Es
zeigen:
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1 die
neuartige Rotationsbremse, mit der Taumelscheibe und dem Teller,
der mit Hilfe von Hebel mit den Kolben gelenkartig gekoppelt ist,
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2 bis 6 Varianten
mit einem kleinen Exzentriker, der mit dem Laufrad kraftschlüssig gekoppelt
ist,
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7 einen
C- oder U-Förmig
gebauten Druckkammer, die mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, die mit zwei Enden, einen Wander-Kolben und einen Exzentriker
ausgestattet ist,
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8 einen
U- oder C-Förmigen
Druckkammer, zwischen deren Enden die Taumelscheibe in dem Spalt
des Wandler-Kolbens eingeführt
ist,
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9 eine
Variante mit einem Hohlraum-Exzentriker,
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10 eine
Variante, wobei das Ventil nicht in dem Druckkammer-Verbindungskanal
eingebaut ist, sondern in der Nähe
des Bremshebels und durch Hydraulik-Leitungen mit den Druckkammern
verbunden ist,
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11 die
Taumelscheibe, die in zwei oder mehrere Teilen trennbar ist, die
mit einander zu einer kompakten Scheibe verbindbar sind,
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12 eine
Steuerung, die mit dem Elektroventil 15 gekoppelt ist,
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13 die
Steuerung, die mit einem regelbaren Signal-Generator gekoppelt ist,
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14 eine
Variante mit mehrere Taumelscheiben, die hintereinander reihenweise
mit der Radachse fest oder abnehmbar gekoppelt sind,
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15 eine
Variante, wobei der Druckkammer/Druckzylinder U- oder C-Förmig gebaut ist, wobei an beiden
Enden jeweils ein Kolben angebracht ist,
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16 eine
Variante, wobei anstatt von Kolben, elastische Membranen oder Gummi-Wände oder
elastische Wände
an der Stellen wo sich der Kolben sein müssten, eingebaut sind,
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17 eine
Variante mit eine elektrorheologische Flüssigkeit,
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18 eine
Variante mit eine magnetorheologische Flüssigkeit,
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19 das
Rotations-Brems-Energiegewinnungs-System,
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20 eine
mechanische Steuerung mit einem Drehregler und eine Stellfeder,
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21 eine
Variante, wobei anstatt von Kugeln in dem Lager, kleine Konusse,
die abgestumpft sind, eingebaut sind,
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22 eine
Variante, wobei der Wandler-Kolben mit einem Verbindungskanal ausgestattet ist,
in dem das Ventil eingebaut ist,
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23 eine
Variante mit Hügeln
und Tälern,
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24 und 25 zeigen
Einsatzbeispiele der Erfindung.
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Diese
Rotationsbremse ist eine völlig
neuartige Variante, die das Drehen stufenlos bremsen kann. Es handelt
sich um ein System, das, mit einer bisher unerreichten und nahezu
absoluten Präzision steuerbar
ist. Die Bremskraft wird beliebig proportioniert auf die drehenden
Teile übertragen.
Ein großartiger
Vorteil ist auch die Tatsache, dass diese Rotationsbremse sehr lange
ununterbrochen betätigt
werden kann, ohne dass es zu Beschädigung kommt. Es wird nahezu
keine Hitze bei den Bremselementen selbst erzeugt und daher findet
nur eine geringe Energie-Umwandlung in Hitze statt. Es besteht sogar noch
die Möglichkeit
einer Energie-Rückgewinnung bzw.
die Brems-Energie kann relativ leicht in elektrische Energie umgewandelt
werden und diese gespeichert werden.
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Das
Funktionsprinzip dieser Rotationsbremse widerspricht nicht den physikalischen
Gesetzte, wobei eine Bremsung mit Energie-Umwandlung erfolgt. Die
kinetische Energie der drehenden Teile wird hier ebenfalls in Wärme umgewandelt,
jedoch die Bremsteile dieses Brems-Systems sind nicht oder nur sehr
gering davon betroffen.
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Das
System ist nicht sehr kompliziert gebaut, jedoch hier wird eine
relativ vereinfachte Form dargestellt. Es besteht aus einer Taumelscheibe 1,
die auch Steuerscheibe oder Taumelbrems-Scheibe genannt werden kann,
die nicht rechtwinklig sondern etwas schräg mit der Drehachse 2 gekoppelt
ist. Sie muss nicht unbedingt schräg sein, wenn die nicht von beiden
Seiten abgetastet wird, jedoch deren Kontaktfläche muss schräg oder winkelgeneigt
gebaut sein, sodass sie eine Taumelbewegung während der Drehung absolviert.
Diese Scheibe kann fest mit der Achse 2 gekoppelt oder
abnehmbar z.B. durch Schrauben oder Nieten befestigt. Am besten
soll sie fest mit der Welle 9 gekoppelt werden, bzw. eine
Einheit bilden. Falls es doch mal zum Verschleiß kommen soll, dann kann sie
zusätzlich
vom Werk aus, mit einer Zusatz-Platte 3 gekoppelt werden,
die austauschbar ist. Die schräge
Anordnung der Taumelscheibe oder zumindest deren Kontaktfläche trägt dazu
bei, dass eine steuerbare Kraftübertragung
machbar ist. Dadurch, dass die Taumelscheibe mit der Welle direkt oder
indirekt gekoppelt ist, wobei dessen Drehkraft auf ihr übertragen
wird, eine Bremsung der Taumelscheibe würde die Welle auch bremsen.
Auf der freien Oberfläche 4 der
Taumelscheibe wird ein Teller 5 gelegt, der mit Kugellager 6 ausgestattet
ist. Der Teller hat die Form eines Ringes und ist sehr stabil gebaut.
Er ist in mit einem Gelenk 11 ausgestattet, durch den er
mit der Kolben gekoppelt ist. Der Kolben befindet sich in dem Zylinder/Druckkammer 12, der/die
mit dem Maschinenrahmen gekoppelt ist. Das Gelenk erlaubt eine Schwenkung
des Tellers innerhalb eines Winkelbereichs in eine beliebige Richtung. Jedoch
eine Drehung des Tellers wird direkt von den Kolben blockiert. Als
Gelenke können
dafür auch Kardan-Gelenke
verwendet werden, die in beliebige Richtungen schwenkbar sind. Die
Befestigung für
die Druckkammer kann in einem Bereich aus einem Gummi-Teil bestehen,
der eventuelle Vibrationen dämpfen
soll. Der Gummibereich kann auch einer massiven Gummischeibe bestehen,
der sandwischartig zwischen zwei Platten eingebaut ist. Mit dem Teller 5 ist
mindestens ein Kolben 8 verbunden. Am besten sind es mehrere
Kolben, die an verschiedene Stellen mit dem Teller, vorzugsweise
mit dem Teller-Rand gekoppelt sind. Die Kolben sind diametral paarweise
auf jede Seite der Taumelscheibe angeordnet. Es können auch
eine ungerade Anzahl von Kolben verwendet werden, jedoch sie müssen in
gleichen Abstand von einander geometrisch auf dem Teller verteilt
werden. Die Verbindung erfolgt direkt durch Kugeln 27 oder
durch Hebel 10, die sowohl mit den Kolben auch mit dem
Teller-Rand gelenkartig
gekoppelt sind. Das Gelenk soll z.B. ein Kugelgelenk sein, weil
der Teller im Vergleich zu dem Kolben in beliebige Richtung innerhalb
eines Raum-Winkelbereichs schwenkt. Diese Schwenk-Bewegung soll durch
das Gelenk nicht verhindert werden. Der Kolben ist in einem Druckkammer
oder Druckzylinder/Arbeitszylinder 12 eingebaut. Die Druckzylinder 12 sind
mit einander verbunden und die Flüssigkeit 13 kann von
einem auf den anderen sich wandern. Die Druckzylinder und die Kolben
können
zweifach, dreifach oder mehr eingebaut werden. Die Befestigungspunkte
an dem Teller-Rand müssen
gleichmäßig verteilt
sein. Wenn z.B. zwei Kolben eingebaut werden sollen, dann müssen die
sie unter 180°,
bzw. diametral auf dem Teller angeordnet mit dem Teller befestigt
werden. Bei drei Kolben sind es dann 120°. Viel mehr Kolben sollten nicht
eingebaut werden, weil das System dann komplizierter wird. Die Druckzylinder
sind mit der Maschinenrahmen mechanisch gekoppelt und sie drehen
sich nicht mit der Welle mit. Durch einen Verbindungs-Kanal 14 sind
sie mit einander gekoppelt, wobei die Flüssigkeit von einem Zylinder
auf den anderen wandern kann. In dem Kanal/Flüssigkeitswanderkanal 14 befindet
sich ein Ventil 7 oder ein Elektroventil 15. Das
Elektroventil kann ein Elektromagnetventil oder ein Piezoventil sein
und es steuert den Flüssigkeits-Strom
in dem Flüssigkeitswanderkanal.
Ein Elektroventil wäre
bevorzugt in elektrischen Maschinen einzubauen, weil dort auch eine
stabile Energie-Quelle vorhanden ist. Der Teller gleitet durch die
Kugellager 6 auf der Oberfläche der Taumelscheibe 1.
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In
der 1 ist eine einfache Variante dieses Systems dargestellt
worden. Die Taumelscheibe 1 ist mit der Welle 9 in
dem Zentrum gekoppelt. Sie ist in einem gekapselten Gehäuse eingeführt. Die
Taumelscheibe ist ringförmig
gebaut und dreht sich mit der Welle mit. Der gelagerte Teller 5 gleitet über die
Oberfläche 4 der
Taumelscheibe, ohne dass er sich dabei dreht. Durch die schräge Anordnung
der Taumelscheibe, wird auf den nicht mitdrehend liegenden Teller
eine Taumelbewegung erzeugt, die die Kolben, die mit dem Teller
gelenkartig gekoppelt sind, hin und her schwenkt. Wenn der „positiver
Bereich" in der nähe der Kolben
kommt, dann schiebt er diese zurück.
Der „negativer
Bereich" zieht den
Kolben wieder in Richtung der Taumelscheibe. Der Teller kann den
Kolben zwar schieben, aber aus der erste Sicht, ziehen kann sie
sie nicht unbedingt. Das Ziehen der Kolben erfolgt dadurch, dass
der Teller gegen der Taumelscheibe durch den Kolben gegenüber gedrückt wird.
Jede Kraft auf dem gegenüberliegenden Kolben
wird spiegelverkehrt auf die andere Kolben übertragen. Eine Schiebekraft
auf der anderen Seite bedeutet eine Anziehungskraft auf dieser Seite,
sodass der Kolben gezogen wird. Der Teller kann (muss aber nicht
unbedingt) in der Mitte mit einem Kardan-Gelenk gekoppelt werden,
der in beliebige Richtung innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs schwenkbar
ist. Der Teller dreht sich zwar nicht, aber er macht die Taumelbewegung
mit. Die Kugellager sorgen für
ein verlustfreies Gleiten des Tellers auf der Taumelscheibe. Die
Flüssigkeit
in den Druckzylindern 13 wird durch die Kolbenbewegung
ebenfalls in Bewegung gesetzt. Diese wandert von einem Zylinder
auf den anderen, je nachdem welche Druckkraft auf den Kolben wirkt.
Dadurch, dass die Befestigungspunkte der Hebel der Kolben aus Kugelgelenke
bestehen, ist eine Schwenkung in energetischer Hinsicht nahezu verlustfrei.
Ein Verbindungs-Kanal 14 verbindet die Zylinder/Druckkammer 12 mit
einander. Egal wie viele Zylinder verwendet werden, alle Kanäle können in
einem Zentral-Bereich mit einander gekoppelt werden. In diesem Bereich
ist ein Ventil 7 oder ein Elektroventil 15 eingebaut,
das die Flüssigkeitsströmung steuern
kann. Es müssen
nicht viele Ventile eingebaut werden. Ein solches pro Rotationsbremse
reicht vollkommen aus. Seine Aufgabe ist es, die Strömung zu
beeinflussen, bzw. diese zu stoppen. Das Elektroventil ist so konstruiert,
dass es nicht nur zwei Stellungen hat, nämlich nur auf- und zu, sondern
es kann stufenlos eine beliebige Zwischenstellung nehmen und diese
Position auch halten. Das Elektroventil kann auch ein mechanisches
Ventil sein, das durch ein kleines Schneckengetriebe hin und her
gezogen werden kann. Das Ventil kann auch mit einer Gewinde und
einer Rückstellfeder 47 gekoppelt
werden, durch die bestimmte Kraft ausgeübt wird. In diesem Fall wäre die Rotationsbremskraft stufenlos
einstellbar. Je stärker
das Ventil durch die Feder gepresst wird, desto höher ist
die Bremskraft. Das würde
bedeuten, dass wenn eine bestimmte Kraft überschritten wird, das Ventil
durch den erzeugten Flüssigkeits-Druck
geöffnet
wird und eine Bewegung zulässt.
Sobald aber die Kraft unter dem kritischem Wert liegt, bleibt das
Maschinenteil unbeweglich.
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Diese
Rotationsbremse kann auch als einstellbares Bremselement bei Drehmoment-Maschinen
oder Werkzeugen verwendet werden (z.B. Drehmoment-Schlüssel, Bohrmaschinen,
Kran, etc.). Sobald ein einstellbares Drehmoment erreicht ist, erlaubt
die Rotationsbremse die Drehbewegung. Das Drehmoment wäre damit
exakt steuerbar.
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Auf
der Taumelscheibe können
konzentrisch angeordnete Rillen 29 eingebaut werden, auf
denen die Kugel des Kugellagers sich bewegen können. Das Prinzip dieses Systems
ist nicht zu kompliziert. Wenn das Ventil 7 offen ist,
dann fliesst die Flüssigkeit
durch die Kolbenbewegung von einem Zylinder 12 auf den
anderen über
den Flüssigkeitswanderkanal 14.
Die Flüssigkeitsmenge
kann sehr gering sein und die Kolben 8 relativ klein gebaut
werden. Je schneller das Teil der Maschine sich dreht, desto schneller
dreht sich die Taumelscheibe, die auf der Welle 9 eingebaut
ist. Die Kolben schwenken mit der Drehfrequenz hin und her. Jede
Drehung verursacht eine vollständige
hin und her Schwenkung der Kolben. Mit dieser Geschwindigkeit fliesst
auch die Flüssigkeit
in dem Verbindungs-Kanal
hin und her. Der Innendurchmesser des Kanals kann so gewählt werden,
dass er Flüssigkeitsströmungen bis
30.000 UpM nicht verhindert. Dadurch kann das Rotationsbrems-System
auch für
extrem schnelle Maschinen geeignet sein.
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Die
notwendige Menge an Flüssigkeit,
die sich in dem Druckkammern wandert, kann abhängig von der Maschinen-Größe bestimmt
werden und den Drehmoment/der Bremskraft, die kontrolliert werden muss.
Dadurch, dass die Flüssigkeit
nicht komprimierbar ist, kann man theoretisch mit ein paar Milliliter
Flüssigkeit
auch einen Panzer oder sogar einen Flugzeugträger bremsen. Man bräuchte lediglich
ein starkes Ventil, Kolben und einen Druckkammer, die den Druck
standhalten kann. Durch die kleinen Mengen an Flüssigkeit, wird erreicht, dass
die Bremswirkung, wenn sie nicht erwünscht wird, gar nicht auftritt, solange
die Rotationsbremse nicht aktiviert ist. Die Flüssigkeit wird zwar mit jeden
Umdrehung von einem Kammer auf das andere wandern und erzeugt dabei
durch die Flüssigkeitsviskosität eine Widerstand,
jedoch ist diese so klein, dass sie zu vernachlässigen ist. Bei grosse Flüssigkeitsmengen
erhöht sich
die Widerstand auch aus dem Grund, weil um die Flüssigkeits-Trägheit beim
Transfer zu überwinden,
eine Energie erforderlich ist.
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Die
Taumelscheibe ist in das Gehäuse
eingeführt
worden. Die Welle ist teilweise nach aussen durch eine Gehäuse-Öffnung gebracht.
Die Druckkammer wird einfach in das Gehäuse eingebaut, wobei die Kolben
mit dem Teller oder über
Kugellager direkt mit der Taumelscheibe kraftschlüssig verbunden sind.
Die Welle kann mit den drehbaren Maschinenteilen gekoppelt werden.
Das Gehäuse
kann fest mit einem nicht drehenden Maschinenteil verbunden. Diese
Erfindung findet überall
Verwendung, wo drehbare Teile gebremst werden müssen. Sie ist z.B. in einem
Laptop nutzvoll, wobei sie in Miniatur-Massen gebaut sein sollte.
Sie kann in dem Gelenk-Bereich des Laptop-Bildschirms eingebaut
werden, wobei der Bildschirm sanft auf- und zugeklappt werden kann. Durch
einen Drehknopf, der mit dem Ventil über eine Stellfeder gekoppelt
ist, kann man die Bremskraft beliebig einstellen. Sobald der Bildschirm
nicht mehr mit der Hand geschwenkt wird, bleibt er auch dort in
Position, weil das Ventil bei fehlenden Drehmoment-Einwirkung, bzw.
Kraft, würde
sich schliessen und eine Flüssigkeitsströmung verhindern.
Wenn man den Bildschirm mit der Hand nach unten schwenkt und das
Laptop zu klappen will, dann wird das Ventil durch die Zunahme der
Flüssigkeits-Druckkraft,
in dem Moment, wenn die Federkraft nicht mehr den Druck standhalten
kann, nachgeben und sich öffnen.
Die Flüssigkeit
kann dann von einer Kammer in das andere fließen und somit eine Schwenkbewegung
des Bildschirms erlauben.
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Das
gleiche System kann auch für
größere Geräte verwendet
werden. Mit der Erfindung können auch
Baukräne
oder schwere Baumaschinen aufgerüstet
werden. Auch der Einsatz in Militär-Bereich ist denkbar. Diese
Rotationsbremse kann für
Panzer für die
Stabilisierung der Drehkuppe (Drehturms) oder der Kanone verwendet
werden. Auch eine Verwendung für
Sternenwarten, Teleskop- oder Radar-Anlagen kann optimal sein.
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Sobald
das Ventil die Flüssigkeitsströmung zu
verhindern beginnt, dann erhöht
sich die Widerstand in dem Verbindungs-Kanal und die Flüssigkeit kann
nur durch Druckerhöhung
in dem Kanal fließen. Das
erzeugt eine Kraft auf dem Teller 5, die der Taumelbewegungen
entgegenwirkt, wobei eine Bremskraft auf der Taumelscheibe ausgeübt wird.
Wenn das Gelenk es erlauben würde,
dann würde
der Teller sich mitdrehen. Die Widerstand und damit die Bremsung
der Taumelbewegung ist intensiver, je weiter das Ventil geschlossen
wird, weil die Zeit immer länger
wird, die notwendig ist, um die Flüssigkeit von einem Zylinder
auf den anderen zu transferieren und der Druck für diese Transfer immer größer werden muss.
Die Taumelbewegung wird auf diese Weise gedämpft. Wenn das Ventil zu ist,
dann findet keine Flüssigkeitsströmung mehr
statt und die Neigungswinkel des Tellers starr bleibt. Die Kolben
erlauben nicht dass der Teller seine Winkel im Bezug auf Kolben ändert. Dadurch
dass der Teller sich nicht drehen kann (weil das Gelenk es nicht
erlaubt), wird die Taumelscheibe blockiert. Auch wenn der Teller
so eingebaut wäre,
dass er mitdrehen würde,
würde die
Taumelscheibe trotzdem genauso gut gebremst, weil die Veränderung
der Winkelneigung und eine Taumelbewegung nicht mehr möglich wären. Die
Taumelscheibe übt
eine Kraft auf dem Teller aus, die ihn zu schieben versucht. Die
Distanz zwischen dem Teller und der Taumelscheibe bleibt aber stets
unverändert, dank
des Gelenks, das den Teller gegen die Taumelscheibe presst. Eine
stabiles Gehäuse 20 und
gelagerte Begrenzungs-Platten 55 verhindern zusätzlich, dass
die Bremsteile auseinander gehen oder sie sich von einander entfernen.
Das Rotations-Brems-System kann sowohl bei langsame als auch bei
schnelleren Maschinen oder Vorrichtungen eingebaut werden. Bei langsamen
Geräten
kann die Winkelneigung der Taumelscheibe relativ schräg angeordnet
sein. Je kleiner der Neigungswinkel, desto schnell arbeitende Geräte können mit
diesem Brems-System ausgestattet werden. In diesem Fall wäre die Menge
der Flüssigkeit,
die sich hin und her in dem Kanal sich bewegt, kleiner und der Kolben-Weg
kürzer.
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Auch
schnelle Ventile können
eingebaut werden, die durch Piezo-Technik angetrieben werden. In diesem
Fall erzeugt ein Signal-Generator 21 elektrische Signale
mit regelbare Frequenz und Amplitude, wobei das Piezoventil 22 gesteuert
werden kann. Durch die hohe Frequenz des Signals, das auch als Impuls-Signal
abgegeben werden kann, ist es möglich
das Piezoventil so zu steuern, dass es in sehr kurzen oder längere Intervallen
auf und zu macht. Dadurch werden proportionierte kleine Mengen der Flüssigkeit
durch den Verbindungs-Kanal bei Kolben-Druckerzeugung strömen und eine „digitale Bremskraft" erzeugen. Das Prinzip
kann man ähnlich wie
bei elektrischen getakteten Schaltungen erklären. Diese Schaltungen sind
auf Thyristor-Basis gebaut und können
die Werte der Wechselströme
im Ausgang ändern.
Diese Steuerungen, die solche Schaltungen aufweisen, nennt man auch
Phasenanschnittsteuerung. Ähnlich
wird hier die mechanische Kraft in feinen „Paketen" dosiert auf der Stange übertragen.
Die Impuls-Frequenz kann von der Ventilsteuerung aus gesteuert werden.
Vorteilhaft ist hier, dass das Ventil nicht einen Zwischenzustand
aufweisen muss. Diese Rotationsbremsen können durch verstellbare Ventilen
oder auch durch mechanische Vorrichtungen, wie z.B. einem Bremshebel
gesteuert werden. In letzten Fall wenn man den Brems-Hebel nicht
betätigt,
dann bleibt das Piezoventil einfach offen und die Flüssigkeit
strömt
ungehindert in dem Verbindungs-Kanal 14. Beim Bremsen wird
das Piezoventil zu gemacht und die Flüssigkeit strömt nicht mehr
in dem Verbindungs-Kanal. Die Kolben werden erstarrt und eine vollständige Bremsung
findet statt. Für
eine Kraftdosierung wird das Piezoventil mit einer hohen Frequenz
auf- und zugemacht werden, sodass die Strömung der Flüssigkeit in dem Kanal geregelt
werden kann. Je nachdem wie oft das Ventil aufgemacht oder zugemacht
wird, kann man die Flüssigkeits-Strömung regeln.
Z.B. wenn das Piezoventil 100-mal pro Sekunde auf- und zugemacht
wird, wobei für
ein vollständigen
Zyklus (einmal komplett öffnen
und schliessen des Piezoventils) 0,001 Sekunden gebraucht werden,
dann wird die Brems-Kraftübertragung
ca. 5% betragen. Das weil ca. 95% der Zeit, das Ventil offen ist.
Praktisch ist dieser Wert noch niedriger, weil die Trägheit der
Flüssigkeit
und die Piezoventil-Verdrängungs-Wert
nicht mitberechnet worden sind. Wenn das Piezoventil aber 500-mal
pro Sekunde gesteuert wird, dann wird ca. 25% der Bremskraft auf
der Taumelscheibe übertragen.
Je höher
die Frequenz der Impulse ist, die das Piezoventil schliessen, desto
höher ist
die Bremskraftübertragung,
weil die Flüssigkeit
immer mehr gebremst wird. Die Bremskraftübertragung ist nicht nur von
der Frequenz des Ventils steuerbar sondern auch von dessen Zeitspanne,
während
dessen das Ventil zu bleibt. Praktisch je länger bei jedem Schließzyklus
das Ventil zu bleibt, desto stärker
ist die Bremskraft.
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Für den Aufbau
des Systems können
mehrere Wege gewählt
werden. Das System kann so konzipiert werden, dass unter Spannung
das Ventil geschlossen wird. Bei fehlender Spannung, wird es geöffnet. In
diesem Fall wäre
die Rotationsbremse bei fehlender Spannung wirkungslos. Die andere
Möglichkeit
wäre, dass
das Ventil erst dann geschlossen wird, wenn es unter Spannung steht.
Auf diese Weise wäre
die Rotationsbremse bei fehlender Spannung dauerhaft betätigt, bzw.
das Maschinenteil gebremst. Beide Variante können Vor- und Nachteile haben.
Je nach Maschinen-Art kann man die optimale Variante wählen. Die
elektrischen Varianten werden vorzugsweise im Maschinen-Bereich
eingebaut, während
die mechanischen mit Ventilen in einfacheren Vorrichtungen, wie
z.B. Schubladen, Hauben, Laptop-Bildschirm-Gelenk, PC-Laufwerke,
etc. zu verwenden sind.
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In
den 2 bis 6 sind Varianten dargestellt
worden, bei der anstatt einer Taumelscheibe ein Exzentriker 17 eingebaut
ist. Der Exzentriker ist nur leicht exzentrisch angeordnet und wird
mit einer Hülse 18 umgehüllt, die
innen gelagert ist. Mit der Hülse sind
die Kolben gekoppelt. Die Verbindung erfolgt z.B. durch eine Kugel 27,
die in einem Pfannengelenk in die Kolbenwand eingebaut werden kann.
Die Druckzylinder 12 sind diametral um den Exzentriker angeordnet.
Sobald der Exzentriker einen Kolben in dem Zylinder hinein schiebt,
dann wird die Flüssigkeit durch
den Verbindungskanal 14 in dem gegenüber liegenden Zylinder strömen und dort
den Kolben nach aussen schieben. Dieser Vorgang läuft so permanent,
bis das Ventil den Weg der Flüssigkeit
teilweise oder komplett versperrt. Wenn der Kanal nur teilweise
versperrt wird, dann wir eine Dämpfungskraft
erzeugt, die die Kolbenbewegung langsamer macht. Dadurch wird eine
Bremskraft erzeugt, die auf dem Exzentriker wirkt.
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Der
Exzentriker kann auch in Form einer Hülse gebaut werden, wobei die
Bremselemente in den Raum 54 in dem Exzentriker eingebaut
werden können.
Die exzentrische Fläche
würde dann
von innen abgetastet werden. Das ganze System würde perfekt in dem Radnaben-Bereich
passen, wobei die Radnaben-Hülle
den Exzentriker bilden würde
(9).
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Die 7 zeigt
eine C-förmigen
Druckkammer 38, der viele Vorteile aufweist. Hier wird
anstatt von zwei Kolben, nur ein Kolben, der hier als Wandler-Kolben 36 bezeichnet
wird, eingebaut. Dieser Wandler-Kolben weist einen Spalt 37 auf,
der in der Mitte eingebaut ist. Die C-förmige Druckkammer 38 weist
zwei Kammer-Enden 35 auf, an denen der Wandlerkolben eingeführt ist.
Er verbindet diese beiden Enden mit einander. In der Spalt 37 zwischen seinen
Wänden 19 ist
der Exzentriker 17 eingeführt. Die Hülse 18 des Exzentrikers
berührt
höchstens
einen der Wände,
weil diese ein wenig breiter von einander angeordnet sind, als der
Aussen-Durchmesser der Hülse
beträgt.
Das ist absichtlich so gewählt,
um eine reibungsloses Gleiten zu ermöglichen. Die exzentrische Bewegung
des Exzentrikers schiebt den Wandler-Kolben hin und her und bringt
die Flüssigkeit
in die Kammer in Bewegung. Die Krümmung der Kammer hat Vorteile,
weil in diesem Fall den Verbindungskanal praktisch die gekrümmte Kammer
bildet. Das Ventil ist in der Mitte der Kammer eingebaut.
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In
der 8 ist eine Variante dargestellt worden, die ähnlich wie
die aus der 7 gebaut ist, jedoch hier anstatt
des Exzentrikers eine Taumelscheibe 1 eingebaut ist. Die
Taumelscheibe 1 ist mit der Welle 9 direkt, fest
oder abnehmbar gekoppelt. Wenn sie abnehmbar gekoppelt sein sollte,
dann sollte die Verbindung durch Schrauben oder Einschnapp-Verschlüsse erfolgen.
Die Kontakt-Oberfläche 4 kann glatt
gebaut oder mit konzentrisch angeordneten Rillen 29 versehen
sein. Die statisch eingebaute Druckkammer (Druckzylinder oder Arbeitszylinder) 38,
die U- oder C-Förmig gebaut
ist, die mit einer Flüssigkeit 13 gefüllt ist,
weist zwei Enden 35 und einem Verbindungskanal 14 auf.
Die Flüssigkeit
wird druckübertragend
von einem Ende der Druckkammer auf das andere wandern. Der Wandler-Kolben 36,
der in den U- oder C-Förmigen
Druckkammer-Enden 35 eingeführt ist und der die beiden
Enden der Druckkammer mit einander verbindet, weist einen Spalt 37 auf,
in der die Taumelscheibe teilweise eingeführt ist. Der Spalt bildet mindestens
zwei gegenüber
liegende Wände 19,
zwischen denen die Taumelscheibe sich taumelnd dreht. In den Wänden 19 ist
jeweils ein Lager eingebaut. Die Lager berühren gleitend die beiden Flächen 4 der
Taumelscheibe 1, wobei die Taumelbewegung der Taumelscheibe
den Kolben in die Druckammer 38, vorzugsweise parallel
zu der Raddrehachse in eine hin- und her Schwenkbewegung versetzt.
Auch hier ist ein mechanisches Ventil 7 oder Elektroventil 15 vorhanden,
das in dem Verbindungs-Kanal 14 eingebaut ist, das die
Intensität
der Flüssigkeitsströmung zwischen
den Druckkammern stufenlos oder stufenweise steuern kann, und das diese
Flüssigkeitsströmung beim
Schliessen komplett unterbrechen kann, wobei dann der Wandler-Kolben
sich nicht mehr bewegen kann und die Taumelscheibe eine feste Winkelneigung
beibehält. Dadurch
werden die Drehbewegungen der Taumelscheibe blockiert und eine Bremskraft
auf das Rad übermittelt.
-
Das
Ventil muss nicht in dem Druckkammer-Verbindungskanal eingebaut
werden, sondern alternativ in der Nähe eines Drehknopf-Reglers 52 oder
eines Bremshebels eingebaut werden und durch Hydraulik-Leitungen 41 mit
den Druckkammern gekoppelt sein (10). Der
Drehknopfregler 52 kann mit einer Rückstellfeder 47 gekoppelt
werden, der die auf das Ventil ein Druck ausübt, der durch den Drehknopf
verändert
werden kann. Sobald der Flüssigkeitsdruck
die Druckkraft der Feder übertrifft,
dann wird das Ventil geöffnet
und eine Rotations-Bewegung an dem Maschinenteil möglich ist.
-
Die
Taumelscheibe kann in zwei oder mehrere Teilen trennbar sein, die
mit einander zu einer kompakten Scheibe verbindbar sind (11).
Die Scheibe kann in zwei Hälften
geteilt sein, die durch Schrauben (vorzugsweise Imbussschrauben)
verbunden sind.
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Die
Steuerung kann mit einem regelbaren Signal-Generator 21 gekoppelt
werden, der einstellbare elektrische Impulse oder Wechselströme erzeugt, wodurch
elektrisch steuerbare Elemente, vorzugsweise das Elektroventil gesteuert
wird (13). Hier können auch Phasenanschnitt-Steuerungen
eingebaut werden, die ähnlich
wie die Steuergeräte
mit Thyristor-Schaltungen
funktionieren. Ein Wechselstromsignal wird zuerst in Phasen geschnitten,
die dann zu dem Elektroventil geleitet werden. Das ermöglicht eine
dosierte Bremskraft durch eine Phasenschnitt-Steuerung des Ventils.
Das Ventil muss in diesem Fall nicht einen Zwischenstand halten
können.
Er soll lediglich den Verbindungskanal zuschließen können. Die Zwischen-Stände des
Ventils werden durch eine hohe Impuls-Anzahl erzeugt, die das Ventil
erreichen. Das Ventil beginnt sich zu schliessen und bevor das passiert,
wird es wieder elektrisch entlastet, sodass es sich zu öffnen anfängt. Die
Flüssigkeitsströmung wird
dabei nicht ganz unterbrochen sondern lediglich mehr oder weniger
gebremst, was zu einer fein dosierbaren Rotations-Bremskraft führt.
-
Das
System kann auch mit mehrere Taumelscheiben ausgestattet werden,
die hintereinander reihenweise mit der Welle 9 fest oder
abnehmbar gekoppelt sind, wobei dementsprechende Druckzylinder und
Kolben zwischen den Scheiben eingebaut sind, die in Drehachsen-Richtung hin und
her schwenkbar sind (14). Dazwischen sind die Kugellager,
Teller, Kolben- und Arbeitszylinder-Systeme eingebaut. Die Flüssigkeit
fliesst hier nur waagerecht, bzw. in der Drehachsenrichtung. Die
Ventile sollen gleichzeitig arbeiten und mehrere Kanäle simultan
schliessen oder öffnen.
-
Bei
den Varianten, wobei die Druckkammer U- oder C-Förmig gebaut ist, muss nicht
unbedingt ein Wandlerkolben eingebaut werden. An beiden Enden kann
jeweils ein Kolben angebracht werden (15). Die
Kolben sind durch den Kanal 14 mit einander kraftschlüssig verbunden.
Sobald einer der Kolben durch die Taumelscheibe geschoben wird, bewegt
sich der andere Kolben gleichzeitig Richtung Taumelscheibe. Die
Ventil-Schliesskraft
kann durch einen Schieberegler 53 geregelt werden.
-
Die
Kolben sollen anstatt durch Hebel direkt mit Kugellager gekoppelt
werden, die auf der Taumelscheibe gleitend berühren und von der die Schwenkbewegung
aufnehmen, die dann die Flüssigkeit
in Bewegung setzt. Diese Variante wäre einfacher, stabiler und
nahezu wartungsfrei.
-
Vorzugsweise
bei leichten Vorrichtungen kann man anstatt von Kolben, elastische
Membranen oder Gummi-Wände
oder elastische Wände
an der Stellen wo sich der Kolben sein müssten, einbauen (16).
Diese Membranen können
Faltkreise aufweisen und sie übertragen
die Druckkraft von einen Druckkammer auf den anderen. Die Membranen können mit
jeweils einer Metall-Platte 50 ausgestattet werden, die
gelagert ist und auf der Taumelscheibe gleitet. Die elastische Wände oder
Membranen, können
mit Verstärkungs-Fasern
ausgestattet sind. Diese Wände
schliessen die Zylinder-Öffnungen
und werden durch den Druck, aufgrund der Bewegung der schrägen Taumelscheibe,
die Flüssigkeit
hin und her strömen
lassen. Sobald das Ventil geschlossen wird, fliesst keine Flüssigkeit
mehr und die Membranen halten die Stellung. Dadurch werden die Drehbewegungen
der Taumelscheibe komplett durch das Brems-System blockiert. Die Lager können auf
dem Teller oder auf der Taumelscheibe eingebaut werden. Das würde keine
rolle spielen.
-
Anstatt
des Ventils oder Elektroventils kann eine elektrorheologische 43 Flüssigkeit,
die den Zylinder oder zumindest den Verbindungs-Kanal befüllt, angebracht
werden. In diesem Fall sind ein oder mehrere Elektroden 42 notwendig,
die den Aggregatszustand der Flüssigkeit
durch elektrische Spannung von Flüssig auf Fest und umgekehrt
steuern können.
Selbstverständlich
gehört
auch eine Energie-Quelle und eine Steuerung 45 dazu, die
mit den Elektroden gekoppelt ist (17). Das
gleiche funktioniert auch mit einer elektrorheologische Flüssigkeit 43,
die von zwei oder mehrere Elektroden 42 gesteuert wird.
Abhängig
von der Spannung kann diese Flüssigkeit
ebenfalls fest werden oder stufenlos ihre Festigkeit ändern. Die
Geschwindigkeit, mit der diese Flüssigkeiten ihren Aggregats-Zustand ändern können ist
erstaunlich hoch. Sie sind in der Lage heutzutage bis 1500-mal pro
Sekunde ihren Zustand zu ändern,
was mit sehr schnellen Ventilen mithalten kann. Wenn noch kleinere
Lamellen in dem Verbindungs-Kanal eingebaut werden, dann werden
kleine Änderungen
in den Aggregats-Zustand der Flüssigkeit
sofort grosse Wirkung zeigen. Die zäh gewordene Flüssigkeit
kann nicht mehr schnell hin und her fließen und damit bewirkt sie eine
Bremsung oder komplette Blockierung der Kolben und dadurch eine Brems-Kraftübertragung
auf das Rad. Der Aggregats-Zustand der Flüssigkeit ist analog (stufenlos) steuerbar,
sodass eine sehr genaue Dosierung der Kraftübertragung machbar ist. Vorteilhaft
gegenüber herkömmlichen
Ventilen ist diese Methode, weil sie schnell wirkt und weil keine
Verschleissteile vorhanden sind. Nachteil ist der Energieverbrauch,
daher für mechanische
Vorrichtungen, die keine Energie-Quelle aufweisen, nicht unbedingt
interessant. Für
Maschinen kann jedoch diese Variante sich leicht etablieren.
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Die 18 zeigt
ein System, wobei anstatt des Ventils oder Elektroventils eine magnetorheologische
Flüssigkeit 46,
die die Druckkammer oder zumindest den Verbindungs-Kanal befüllt, verwendet wird.
Hier sind ein oder mehrere Elektromagneten 44 notwendig,
die den Aggregatszustand der Flüssigkeit durch
Magnetfeld von Flüssig
auf Fest und umgekehrt, ähnlich
wie bei der elektrorheologische Flüssigkeit, steuern. Elektromagneten 44,
gesteuert durch eine Steuerung 45 erzeugen ein Magnetfeld, das
den Flüssigkeits-Aggregatszustand
blitzschnell von flüssig
auf fest ändert,
wobei die Kolben schwerer sich bewegen oder ganz gestoppt werden
(je nach Zähigkeits-Grad
der Flüssigkeit).
Sobald das Magnetfeld abgeschaltet wird, wird die feste Materie wieder
flüssig
und die Kolben können
sich wieder frei bewegen. Die Zähigkeits-Grad
ist stufenlos einstellbar und von der Magnetfeld-Stärke abhängig.
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Die
Variante, wobei die Taumelscheibe 1 von beiden Seiten abgetastet
wird, ist sehr robust. Ein Kapsel-Gehäuse 20 umhüllt nahezu
komplett die Taumelscheibe 1. Die andere Seite des Gehäuses ist fest
oder abnehmbar z.B. durch Schrauben mit den Maschinenteilen gekoppelt.
In dem Gehäuse
ist das Kolben-System eingebaut. Es können z.B. zwei Kolben eingebaut
werden, die den gleichen Kreissektor der Taumelscheibe von beiden
Seiten abtasten, bzw. durch ein Kugellager 6 berühren. Optimal
sind auch Systeme mit vier oder sechs Kolben geeignet. In letzen
Fall wären
jeweils drei Kolben unter 120° – Winkel
auf jede Seite der Taumelscheibe verteilt. Sobald die Taumelscheibe
sich dreht, dann schiebt sie die Kolben durch ihre winkelgeneigte
Anordnung, mit jeder Umdrehung einmal hin und her. Je nachdem in welche
Phase die Kolben sich befinden, wird auch die Flüssigkeit von einem Zylinder
auf den anderen wandern. Beim geöffneten
Ventil, findet keine Bremskraft-Übertragung
statt, weil die Kolben sich frei bewegen und die Winkelneigungen
der Taumelscheibe eine art „Wellen-Bewegung" auf den Kolben bewirkt. Wenn
das Ventil anfängt
den Flüssigkeits-Verbindungs-Kanal zu verengen,
dann erschwert sich die Flüssigkeits-Wanderung
von einem Zylinder auf den anderen. Dadurch erhöht sich die Kolben-Widerstand auf der
Taumelscheibe und als Ergebnis wird immer mehr Dämpfungs-/Brems-Kraft auf der
Taumelscheibe übertragen.
Je weiter das Ventil geschlossen wird, desto stärker nimmt die Kraftübertragung
zu. Wenn das Ventil ganz zu ist, dann ist die Kraftübertragung auf
100%. Durch eine feine Ventilsteuerung ist eine Regelung der Kraftübertragung
von 0 bis 100% stufenlos und sehr genau dosierbar möglich. Die
Rotationsbremse geht nicht kaputt auch wenn sie länger oder
ständig
benutzt wird.
-
Ein
Vorteil dieses Systems ist auch die Tatsache, dass die Rotations-Bremskraft wirklich
sehr fein dosiert werden kann. Sie kann feine Rotationsbewegungen
erlauben, die das Gerät
in dem sie eingebaut ist, einen höheren Wert verleiht. Sie blockiert
nämlich nicht,
wenn das Ventil nicht ganz geschlossen wird.
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Das
Gefäß oder der
Kanal, in dem die Flüssigkeit
sich befindet, kann U- oder
C-Förmig
gebaut, wobei die beiden Enden in der nähe der Taumelscheiben-Flächen (beidseitig)
sich befinden. Die Druckkammer umschließt ein Teil der Taumelscheibe ohne
sie zu berühren
und bringt die Kolben an jede Seite der Scheibe in Kontakt mit den
Taumelscheiben-Flächen.
-
Das
Ventil kann auch von einem kleinen Schrittmotor, der durch ein Mini-Getriebe mit dem Ventil
gekoppelt ist, angetrieben werden. Das Getriebe kann den Ventil
hin und her bewegen und somit eine Verengung des Kanals verursachen.
Die Position wird dabei auch gehalten, solange das Mini-Getriebe
inaktiv bleibt. Das Ventil kann auch durch einen Elektromagnet oder
einem Magnetostriktions-Element angetrieben werden.
-
Das
System kann sehr effektiv mit einem Energiegewinnungs-System, das
aus mindestens einer Elektromagnet-Spule 56, die statisch
eingebaut ist und einem Dauermagneten 39, der in form eines
freilaufenden Kolbens oder als Teil eines Kolbens in dem Flüssigkeitskanal
eingebaut ist, der durch seine hin- und her wandern ein elektrischen
Strom in die Spule induziert, der in einem Energie-Speicher-System weitergeleitet
wird, ausgestattet werden (19).
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Anstatt
von Flüssigkeit
kann auch einfach Luft verwendet werden. Ähnlich wie bei der Flüssigkeit
würde dabei
Luft durch den Verbindungskanal gepresst und dessen Druck durch
das Ventil gesteuert. Die Verwendung von Luft bringt einige Vorteile mit
sich: das System wird leichter und einfacher. Nachteile sind ebenfalls
dabei: das System ist nur für leichte
Vorrichtungen geeignet. Nebenbei tritt auch ein Gummi-Effekt auf,
weil die Luft komprimierbar ist und die Rotationsbremse möglicherweise
nicht sofort mit voller Kraft angreifen kann. Durch die Verwendung
von relativ breiten Druckkammern kann das Problem minimiert werden.
-
Das
Ventil kann so ausgelegt werden, dass es durch Ziehen oder Drücken zu
betätigen
ist. Auch durch Einsatz von Hebeln, kann man sehr gut das Ventil
mit einem Zugseil 16 koppeln.
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Die 21 zeigt
eine Variante, wobei anstatt von Kugeln in dem Lager, kleine Konusse 28,
die abgestumpft sind, eingebaut sind. Die Lagerelemente, die die
Form eines Kegels oder Kegelstumpfes aufweisen, sind radial auf
der Taumelscheibe oder auf dem Teller eingebaut. Der Konus-Winkel
sollte so gewählt
werden, dass der Konus einen Kreis fährt, der kleiner oder genau
so gross, wie die Taumelscheibe ist. Auch die Oberfläche/Kontaktfläche der
Taumelscheibe und/oder die des Tellers sollten leicht konusartig
geneigt gebaut werden. Dadurch wäre
die Drehbewegung sehr stabil.
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Die 22 zeigt
ein System, wobei der Verbindungskanal (51/14)
direkt in den Wandler-Kolben 36 integriert ist. Das Ventil 7 oder
ein Elektroventil 15 befindet sich ebenfalls in dem Kolben.
Diese Variante ist sehr einfach und kann optimal sowohl in schweren Maschinen
auch in kleinen Geräten,
z.B. in einer PC-Laufwerk-Schublade eingebaut werden.
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Die 23 zeigt
eine Variante, wobei anstatt der Taumelscheibe eine Scheibe mit
Tälern 57 und Hügeln 58 eingebaut
ist. Diese Drücken
wechselweise die Kolben nach unten und erzeugen die Flüssigkeitsströmung in
den Verbindungskanal 14. Diese Variante ist optimal für Werkzeuge
oder Geräte
verwendbar, die sehr langsam sich bewegen.
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Die 24 zeigt
die Verwendung dieser Vorrichtung in einem Laptop, wobei das Display
durch die Rotationsbremse in Position gehalten wird, bis das Display
von dem Benutzer mit der Hand bewegt wird. Die Bremskraft kann durch
einen Drehknopf-Regler stufenlos geregelt, sodass die notwendige
Kraft um das Display herunter oder hoch zu klappen beliebig einstellbar
ist. Das wäre
z.B. wichtig wenn man ins Freie mit dem Notebook arbeitet, wo auch
gelegentlich Wind auftaucht. Die Erfindung kann erfolgreich auch
in Fahrzeugtüren,
Heckklappen, Motorhauben, Cabrioverdecke, etc. verwendet werden.
-
Die 25 zeigt
unter anderen auch den Einsatz in Roboter-Technik-Bereich. Jedes Gelenk kann
mit der Rotationsbremse ausgestattet werden.
-
In
allen Varianten, die hier dargestellt worden sind, sind die Kräfte, die
auf den Kolben wirken, stark abhängig
von dem Gewicht und Leistung der Maschine, Winkelneigung der Taumelscheibe
und deren Größe. Das
Ventil oder Elektroventil kann so konzipiert werden, dass es nicht
sofort ganz den Verbindungs-Kanal schließt, sodass eine sanfte Brems-Kraftübertragung
auf die Maschinenteile stattfindet. Das würde bedeuten, dass anfangs
die Rotationsbremse nicht mit voller Kraft betätigt wird, sondern die Kraft
sanfter übertragen
wird. Als Ventil kann auch ein einfaches Kanal-Schließ-System
eingebaut werden, dass aus einem Schließkörper besteht, der elektromagnetisch
hin und her bewegbar ist, der ein Teil des Kanals schliessen kann.
Als Schließkörper sind
sehr gut z.B.: Kegel oder Kugel geeignet (ähnlich wie bei Kugel- oder
Kegelventile). Die Druckkammer können
so gebaut werden, dass nur wenig Flüssigkeit hin und her gepresst
wird. Der Verbindungs-Kanal, der die Druckkammer verbindet, kann sehr
breit sein, sodass die Flüssigkeit
ungehindert hin und her wandern kann. Als Flüssigkeit kann z.B. ein hydraulisches Öl, möglichst
leichtflüssig,
verwendet werden. Das Brems-System kann vielseitig eingebaut werden.
Auch andere Maschinen oder Geräte können damit
aufgerüstet
werden. Sportgeräte (Trimmrad,
Laufband, etc.), Freizeit-Geräte
(Fahrräder,
Inline-Skates, Modell-Fahrzeuge, Modell-Bahn, etc.), schwere Baufahrzeuge
(Bagger, Bulldozer, schwere LKW-s, Züge, Elektrozüge, etc.),
Industriemaschinen (Standbohrmaschinen, Fräse-Maschinen, Drehbänke, Roboter-Maschinen etc.),
Wassertransport-Fahrzeuge,
Schiffe etc. können
mit diesem Rotationsbremse ausgestattet werden. Auch Bewässerungsanlagen,
Hochdruckreiniger-Rotations-Düsen, Autowaschanlagen,
Gartengeräte,
Drehtüren, Aufzüge, etc.
können
mit diese Vorrichtung ausgestattet werden. Egal ob für lineare
Bewegung oder Rotationsbewegung, ist diese Vorrichtung optimal einsetzbar.
Für die
Bremsung von linearen Bewegungen, kann diese Vorrichtung mit Zahnräder/Zahnradgetriebe
und Zahnstangen gekoppelt werden, um eine lineare Bewegung in eine
Rotationsbewegung umzuwandeln.
-
- 1
- Taumelscheibe/Steuerscheibe
- 2
- Drehachse
- 3
- Zusatz-Platte
- 4
- Taumelscheiben
Oberfläche
- 5
- Teller
- 6
- Kugellager
- 7
- Ventil
- 8
- Kolben
- 9
- Welle
- 10
- Hebel
- 11
- Gelenk/Kugelgelenk
- 12
- Druckkammer,
Druckzylinder, Arbeitszylinder
- 13
- Flüssigkeit
- 14
- Verbindungs-Kanal
- 15
- Elektroventil
- 16
- Zugseil
- 17
- Exzentriker
- 18
- Hülse
- 19
- Spalt-Wände
- 20
- Gehäuse
- 21
- Signal-Generator
- 22
- Piezoventil
- 23
- Brems-Hebel
- 24
- Kapsel-Gehäuse
- 25
- Gehäuse Öffnung
- 26
- Steuerung
- 27
- Kugel
- 28
- Konus
- 29
- Rillen
- 30
- elastische
Wände oder
Membran
- 31
- Verstärkungs-Fasern
- 32
- Maschinenrahmen
- 33
- Pleuelstangen
- 34
- Schwenk-Gelenk
- 35
- Druckkammer-Enden
- 36
- Wandler-Kolben
- 37
- Nut
oder Spalt in den Wandler-Kolben
- 38
- C-Förmige Druckkammer
- 39
- Dauermagnet
- 40
- Bremshebel
- 41
- Hydraulik-Leitungen
- 42
- Elektroden
- 43
- elektrorheologische
Flüssigkeit
- 44
- Elektromagneten
- 45
- Steuerung
für den
Aggregatszustand
- 46
- magnetorheologische
Flüssigkeit
- 47
- Rückstellfeder
- 48
- Regler
- 49
- Energie-Quelle
- 50
- Metall-Platte
- 51
- Kolben-Kanal
- 52
- Drehknopf-Regler
- 53
- Schieberegler
- 54
- Raum
im Exzentriker
- 55
- Begrenzungsplatten
- 56
- Elektromagnetspule
- 57
- Täler
- 58
- Hügel