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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur Verschiebung einer Stellelementanordnung entlang eines Verschiebewegs, umfassend eine Antriebsanordnung zur Bereitstellung einer Antriebsdrehbewegung und eine Fliehkraftstellvorrichtung, die eine Abtriebsanordnung zur Aufnahme der bereitgestellten Antriebsdrehbewegung umfasst und ausgebildet ist, unter Nutzung einer Fliehkraft die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung in eine Position der Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs umzusetzen, wobei die Antriebsanordnung eine erste Koppelanordnung aufweist und die Abtriebsanordnung eine zweite Koppelanordnung aufweist.
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Eine Stellvorrichtung der genannten Art ist beispielsweise im Zusammenhang mit einem Fliehkraftregler bekannt. Ein Fliehkraftregler wird in der Regel dazu eingesetzt, eine von einer Maschine bereitgestellte Antriebsdrehbewegung auf eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit zu regeln. Dabei überträgt die Maschine die zu regelnde Antriebsdrehbewegung mittels einer Antriebsanordnung, wie beispielsweise einer Antriebswelle, auf eine Abtriebsanordnung des Fliehkraftreglers. Die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung sind zu diesem Zweck über jeweilige Koppelanordnungen mechanisch miteinander gekoppelt. Die Abtriebsanordnung stellt beispielsweise eine Abtriebswelle einer Fliehkraftstellvorrichtung des Fliehkraftreglers dar. Über die Abtriebswelle nimmt die Fliehkraftstellvorrichtung die Antriebsdrehbewegung auf und setzt die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung in eine Position einer Stellelementanordnung entlang eines Verschiebewegs um. Dies bedeutet, dass die Stellelementanordnung eine Position entlang des Verschiebewegs einnimmt, die von der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung abhängt. Zu diesem Zweck umfasst die Fliehkraftstellvorrichtung beispielsweise ein oder mehrere Gewichte, die drehfest und radial auslenkbar an der Abtriebsanordnung befestigt sind. Die Gewichte nehmen die Antriebsdrehbewegung auf und werden aufgrund der auf die Gewichte wirkenden Fliehkraft gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung radial zur Abtriebsanordnung ausgelenkt. Die Gewichte sind an die Stellelementanordnung gekoppelt und bewirken durch ihre Auslenkung eine Verschiebung der Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs. Über die Verschiebung der Stellelementanordnung wird wiederum die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsanordnung beeinflusst, indem beispielsweise eine die Antriebskraft bestimmende Drosselklappe der Maschine entsprechend der Verschiebung der Stellelementanordnung geöffnet bzw. geschlossen wird. Auf diese Weise erzielt der Fliehkraftregler eine Regelung der von der Maschine bereitgestellten Drehbewegung.
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Eine Kombination aus einer Antriebsanordnung, Fliehkraftstellvorrichtung und Stellelementanordnung wird im Folgenden auch als Stellvorrichtung bezeichnet. Die vorliegende Erfindung betrifft eine solche Stellvorrichtung.
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Die
DE 30 31 647 A1 beschreibt eine Magnetkupplung mit einem Primärteil und einem Sekundärteil, an denen Dauermagnete angebracht sind. Der Primärteil ist auf einem Wellenstumpf axial verschiebbar angeordnet und mit einem Fliehkraftmechanismus verbunden. Aufgrund des Fliehkraftmechanismus rastet der Primärteil bei einer entsprechenden Drehzahl aus dem bestehenden Abstand zum Sekundärteil aus.
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In der Veröffentlichung „Magnetismus: Dauermagnete aus Hochtemperatursupraleitern: Anwendungen für Lager, Motoren oder Transportsysteme sind in Sicht“, Günter Fuchs und Gernot Krabbes, Physikalische Blätter 57 (2001) Nr. 5, Seite 61 bis 64 wird die Verwendung von supraleitenden Massivmaterial zur Herstellung von Dauermagneten diskutiert.
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Die
DE 10 2014 001 526 A1 beschreibt eine Rühreinrichtung mit einem als Rührmittel ausgebildeten Stellmittel. Eine Steuereinrichtung stellt ein um eine Rotationsachse rotierendes elektromagnetisches Wanderfeld bereit, das auf eine im Stellmittel vorgesehene Magnetanordnung einwirkt.
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Die
DE 1 031 048 A beschreibt ein Reguliergestänge mit einer Welle, an der Fliehgewichte gekoppelt sind, die unter dem Einfluss von Fliehkraft ausschwingen und über ein Drucklager eine Reglerfeder zusammendrücken.
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Die
US 7,959,139 B2 beschreibt einen Rotationsbeschichter mit einem Rotationskopfteil, der in einem luftdichten Container rotiert, und einem Befestigungsteil, der den Rotationskopfteil antreibt. Der Befestigungsteil befindet sich unterhalb des luftdichten Containers. Zwischen dem Befestigungsteil und im Rotation Kopfteil ist eine Bodenwand vorgesehen.
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Die
DE 10 2014 001 529 A1 beschreibt eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung für eine berührungslose, kraftübertragende Kopplung eines ersten Kupplungsteils mit einem zweiten Kupplungsteil. Die Kupplungsteile sind derart aufeinander abgestimmt, dass eine ortsfeste und relativ zur Rotationsachse drehbewegliche Lagerung des ersten Kupplungsteils gegenüber dem zweiten Kopplungsteil erreicht wird.
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Die
DE 955 524 B betrifft eine permanentmagnetische Kupplung.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, bei einer Stellvorrichtung der eingangs genannten Art Maßnahmen zu ergreifen, so dass diese flexibler eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wird für eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art anhand der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist eine der beiden Koppelanordnungen, die der Antriebsanordnung bzw. der Abtriebsanordnung zugehörig sind, als Magnetanordnung ausgebildet und die andere Koppelanordnung als Supraleiteranordnung ausgebildet. Die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung sind aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der ersten und zweiten Koppelanordnung kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine magnetische Wechselwirkung zwischen einer Magnetanordnung und einer Supraleiteranordnung genutzt, um eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung der Antriebsanordnung mit der Abtriebsanordnung zu erzielen. Somit kann die Übertragung der Antriebsdrehbewegung erfolgen, ohne dass die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung miteinander in mechanischem Kontakt stehen müssen. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann daher sehr vielseitig eingesetzt werden und insbesondere auch in Fällen Verwendung finden, in denen eine räumliche Trennung zwischen der Antriebsanordnung und der Abtriebsanordnung erforderlich ist.
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Die kontaktlos kraftübertragende Kopplung beruht auf dem sogenannten Flux-Pinning- bzw. dem Flussverankerungs-Effekt in einem Supraleiter. Dieser Effekt ermöglicht es, in einem Supraleiter eine bestimmte Flussdichteverteilung eines den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds einzuprägen bzw. gewissermaßen einzuspeichern. Der Supraleiter nimmt dann relativ zu dem Magnetfeld eine Vorzugsposition ein, bei der die Flussdichteverteilung des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds mit der eingeprägten Flussdichteverteilung übereinstimmt bzw. die selbe Ausrichtung wie die eingeprägte Flussdichteverteilung aufweist.
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Die Einspeicherung einer Flussdichteverteilung in einen Supraleiter kann dadurch erfolgen, dass zunächst der Supraleiter in einer gewünschten räumlichen Position gegenüber einem Magnetfeld angeordnet wird, bei der das Magnetfeld den Supraleiter durchdringt. Der Supraleiter weist zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur oberhalb seiner Sprungtemperatur auf. Anschließend erfolgt eine Abkühlung des Supraleiters auf seine Sprungtemperatur oder darunter, wobei die Flussdichteverteilung des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds in der Supraleiteranordnung eingespeichert bzw. eingeprägt wird.
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Solange der Supraleiter auf oder unter seiner Sprungtemperatur gehalten wird, ist der Supraleiter bestrebt, die Übereinstimmung zwischen seiner eingespeicherten Flussdichteverteilung und der Flussdichteverteilung des ihn durchdringenden Magnetfelds beizubehalten. Die Supraleiteranordnung nimmt relativ zu dem Magnetfeld eine Position ein, bei der sich die Flussdichteverteilung des Magnetfelds und die eingeprägte Flussdichteverteilung entsprechen. Bewegungen des Magnetfelds, die in einer Richtung erfolgen, in der die eingespeicherte Flussdichteverteilung bzw. die Flussdichteverteilung des externen Magnetfelds nicht homogen sind, führen dementsprechend dazu, dass der Supraleiter der Bewegung des externen Magnetfelds folgt. Der Supraleiter ist somit kontaktlos kraftübertragend mit dem Magnetfeld gekoppelt.
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Diese kontaktlos kraftübertragende Kopplung wirkt nicht nur vom Magnetfeld auf den Supraleiter, sondern auch in umgekehrter Richtung. Stammt das externe Magnetfeld beispielsweise von einem Permanentmagneten, so ist dieser bestrebt, eine Position relativ zu dem Supraleiter beizubehalten, bei welcher die Flussdichteverteilung des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds mit der eingespeicherten Flussdichteverteilung des Supraleiters übereinstimmt.
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Zur Nutzung des beschriebenen Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z.B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxid) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid) genannt.
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In der vorliegenden Erfindung wird die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung eingesetzt. Zu diesem Zweck ist in einem Supraleiter der Supraleiteranordnung eine Flussdichteverteilung eingespeichert, die der Flussdichteverteilung eines von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds entspricht.
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Insbesondere ist dabei die eingespeicherte Flussdichteverteilung bzw. die Flussdichteverteilung des erzeugten Magnetfelds in Richtung der Antriebsdrehbewegung nicht homogen; d.h. dass die eingespeicherte Flussdichteverteilung bzw. die Flussdichteverteilung des erzeugten Magnetfelds um die Drehachse der Antriebsdrehbewegung herum nicht rotationssymmetrisch ist. Somit ist die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung in Bezug auf die Antriebsdrehbewegung drehfest. Auf diese Weise kann die Antriebsdrehbewegung über die kontaktlos kraftübertragende Kopplung von der Antriebsanordnung auf die Abtriebsanordnung übertragen werden.
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Die Magnetanordnung kann aus einem einzelnen Magnetelement, wie beispielsweise einem Permanentmagneten ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet ein Stabmagnet. Die Magnetanordnung kann ferner eine Vielzahl von Magnetelementen, wie beispielsweise Permanentmagneten umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Magnetanordnung auch ein einstückig ausgebildetes Magnetelement umfassen, das eine Vielzahl von unterschiedlich magnetisierten Abschnitten umfasst. Die Permanentmagnete bzw. magnetisierten Abschnitte können um die Drehachse der Antriebsbewegung herum in ihrer Polrichtung alternierend angeordnet sein. Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial oder Voll- bzw. Bulkmaterial bestehen.
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Die Supraleiteranordnung kann aus einem einzigen Supraleiterelement bestehen. Vorzugsweise weist das Supraleiterelement dabei die Form einer Scheibe auf, deren größte Oberfläche insbesondere senkrecht zur Drehachse der Antriebsdrehbewegung ausgerichtet ist. Die Supraleiteranordnung kann eine Vielzahl von Supraleiterelementen umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass die Supraleiteranordnung ein einstückig ausgebildetes Supraleiterelement umfasst, dass eine Vielzahl von unterschiedlich geprägten Abschnitten umfasst; d.h., dass in den verschiedenen Abschnitten unterschiedliche Flussdichteverteilungen eingeprägt sind. Die Supraleiterelemente bzw. -abschnitte können um die Drehachse der Antriebsbewegung herum in ihrer Polrichtung alternierend angeordnet sein. Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial oder Voll- bzw. Bulkmaterial bestehen.
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Vorzugsweise ist die erste Koppelanordnung als Supraleiteranordnung ausgebildet und die zweite Koppelanordnung als Magnetanordnung ausgebildet.
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Die Antriebsanordnung umfasst beispielsweise eine Antriebswelle, die z.B. von einem externen Motor angetrieben wird. Die erste Koppelanordnung ist in diesem Fall an der Antriebswelle außen angeordnet oder in dieser eingelassen bzw. integriert. Alternativ dazu kann sich die Antriebsanordnung auch in der ersten Koppelanordnung erschöpfen, d.h. ausschließlich aus dieser bestehen. Die erste Koppelanordnung kann dann über verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Antriebsverfahren in die Antriebsdrehbewegung versetzt werden.
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Die Fliehkraftstellvorrichtung ist grundsätzlich ausgebildet, die Stellelementanordnung gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung entlang des Verschiebewegs zu verschieben und so die Winkelgeschwindigkeit in eine Position der Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs umzusetzen. Als Fliehkraftstellvorrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung eingesetzt werden, bei der eine Anzahl an Gewichten drehfest und radial auslenkbar an einer drehbaren Abtriebsanordnung befestigt sind. Die Gewichte nehmen die Drehbewegung der Abtriebsanordnung auf und werden aufgrund der auf die Gewichte wirkenden Fliehkraft gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung radial zur Abtriebsanordnung ausgelenkt. Die Gewichte sind ferner an die Stellelementanordnung gekoppelt und bewirken durch ihre Auslenkung eine Verschiebung der Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung drehfest miteinander gekoppelt sind.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Fliehkraftstellvorrichtung eine gemäß der Winkelgeschwindigkeit verschiebbare Verschiebeanordnung, die eine dritte Koppelanordnung umfasst, und die Stellelementanordnung umfasst eine mit der dritten Koppelanordnung gekoppelte vierte Koppelanordnung.
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In bevorzugter Ausgestaltung umfasst eine der dritten und vierten Koppelanordnung eine Magnetanordnung und die andere der dritten und vierten Koppelanordnung eine Supraleiteranordnung, und die Verschiebeanordnung und die Stellelementanordnung sind aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung der dritten und vierten Koppelanordnung kontaktlos miteinander gekoppelt.
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Vorzugsweise sind die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung voneinander beabstandet angeordnet.
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Vorzugsweise sind die Verschiebeanordnung und die Stellelementanordnung voneinander beabstandet angeordnet.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Fliehkraftstellvorrichtung mindestens zwei erste Stabelemente, die über eine Gelenkeinrichtung mit der Abtriebsanordnung verbunden sind und gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung relativ zur Abtriebsanordnung aufgrund der wirkenden Fliehkräfte ausgelenkt werden, wobei die ersten Stabelemente mit der Verschiebeanordnung und/oder der Stellelementanordnung gekoppelt sind und so die Verschiebung der Verschiebeanordnung und/oder der Stellelementanordnung bewirken.
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Insbesondere sind die erste und die vierte Koppelanordnung als Supraleiteranordnungen ausgebildet und die zweite und die dritte Koppelanordnung als Magnetanordnungen, vorzugsweise als Permanentmagnetanordnungen, ausgebildet.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind eine oder mehrere Kühleinrichtungen vorgesehen, die ausgebildet sind, eine oder mehrere Supraleiteranordnungen auf oder unter deren Sprungtemperaturen zu kühlen.
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Vorzugsweise ist jeder Supraleiteranordnung eine eigene Kühleinrichtung zugeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine vorzugsweise als Schiene ausgebildete Führungsanordnung vorgesehen, gegenüber welcher die Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs beweglich gelagert ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Führungsanordnung eine Magnetbahn.
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Die Stellelementanordnung umfasst insbesondere eine Feder, die mit einem externen Befestigungselement verbunden werden kann, um eine Federkraft bereitzustellen, die einer durch die Fliehkraftstellvorrichtung bewirkte Verschiebung der Stellelementanordnung entgegenwirkt.
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Zweckmäßigerweise ist zwischen der ersten und der zweiten Koppelanordnung eine erste Trennwand vorgesehen, die die Antriebsanordnung vorzugsweise abdichtend von der Fliehkraftstellvorrichtung abtrennt.
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Zweckmäßigerweise ist zwischen der dritten und der vierten Koppelanordnung eine zweite Trennwand vorgesehen, die die Fliehkraftstellvorrichtung vorzugsweise abdichtend von der Stellelementanordnung abtrennt.
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Eine beispielhafte Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine Stellvorrichtung 10 zur Verschiebung einer Stellelementanordnung 1 entlang eines Verschiebewegs 2.
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Die Stellvorrichtung 10 umfasst eine Antriebsanordnung 3 zur Bereitstellung einer Antriebsdrehbewegung 4. Die Antriebsanordnung 3 ist dabei als Supraleiteranordnung 11a ausgebildet, die beispielsweise über einen nicht in der Zeichnung dargestellten Motor in die Antriebsdrehbewegung 4 um die nicht körperlich vorhandene Drehachse 25 versetzt wird. Die Supraleiteranordnung 11a wird hier auch als erste Koppelanordnung 7 bezeichnet.
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Die Stellvorrichtung 10 umfasst ferner eine Fliehkraftstellvorrichtung 5, die eine Abtriebsanordnung 6 aufweist. Die Abtriebsanordnung 6 ist hier als Magnetanordnung 9a ausgebildet. Die Magnetanordnung 9a wird auch als zweite Koppelanordnung 8 bezeichnet.
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Die Supraleiteranordnung 11a und die Magnetanordnung 9a sind kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt. In die Supraleiteranordnung 11a ist dabei eine Flussdichteverteilung eingeprägt, die der Flussdichteverteilung des von der Magnetanordnung 9a erzeugten Magnetfelds, das die Supraleiteranordnung 11a durchdringt, entspricht. Das von der Magnetanordnung 9a erzeugte Magnetfeld ist dabei um die Drehachse 25 nicht rotationssymmetrisch. Auf diese Weise erfährt die Supraleiteranordnung 11a eine Änderung des von der Magnetanordnung 9a erzeugten Magnetfelds, wenn sich die Supraleiteranordnung 11a relativ zu der Magnetanordnung 9a um die Drehachse 25 dreht. Aufgrund der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung 11a und der Magnetanordnung 9a wirken einer solchen Änderung magnetische Reaktionskräfte entgegen, die bewirken, dass die Magnetanordnung 9a der Drehbewegung der Supraleiteranordnung 11a folgt. Folglich besteht eine drehfeste Kopplung zwischen der Magnetanordnung 9a und der Supraleiteranordnung 11a. Die als Magnetanordnung 9a ausgebildete Abtriebsanordnung 6 dient somit der Aufnahme der von der Antriebsanordnung 3 bereitgestellten Antriebsdrehbewegung 4.
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Die Antriebsanordnung 3 und die Abtriebsanordnung 6 bzw. die Magnetanordnung 9a und die Supraleiteranordnung 11a sind dabei voneinander beabstandet angeordnet.
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Die Fliehkraftstellvorrichtung 5 ist ausgebildet, unter Nutzung einer Fliehkraft die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung 4 in eine Position der Stellelementanordnung 1 entlang des Verschiebewegs 2 umzusetzen. Zu diesem Zweck umfasst die Fliehkraftstellvorrichtung 5 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Stabelemente 15, die über eine Gelenkeinrichtung 17 mit der Abtriebsanordnung 6 verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Stabelementen 15 und der Abtriebsanordnung 6 ist dabei drehfest, so dass die Stabelemente 15 ebenfalls die Antriebsdrehbewegung 4 aufnehmen.
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Dabei wirkt eine radial von der Drehachse 25 nach außen gerichtete Fliehkraft auf die Stabelemente 15, die bewirkt, dass die Stabelemente 15 gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung 4 relativ zur Abtriebsanordnung 6 ausgelenkt werden. Die Auslenkungsbewegung ist in der Figur durch die mit dem Bezugszeichen 24 versehenen Pfeile angedeutet. An den Stabelementen 15, vorzugsweise an den von der Gelenkeinrichtung 17 abgewandten distalen Enden der Stabelemente 15 können jeweilige Gewichte angeordnet sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stabelemente 15 mit jeweiligen Stabelementen 16 gekoppelt. Zu diesem Zweck befinden sich an den von der Gelenkeinrichtung 17 abgewandten distalen Enden der Stabelemente 15 angeordnete Gelenkeinrichtungen 23, die jeweils ein Stabelement 15 mit einem Stabelement 16 zueinander auslenkbar koppeln.
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Die Stabelemente 16 sind wiederum mit ihren den Gelenkeinrichtungen 23 abgewandten distalen Enden mittels einer Gelenkeinrichtung 22 an einer Verschiebeanordnung 12 befestigt. Die Verschiebeanordnung 12 ist demnach über die Stabelemente 16 mit den Stabelementen 15 gekoppelt. Eine Auslenkung der Stabelemente 15 bewirkt folglich eine Verschiebung der Verschiebeanordnung 12.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann die Verschiebeanordnung 12 als die zu verschiebende Stellelementanordnung dienen. Die in der 1 unterhalb der Stellelementanordnung 12 gezeigten Komponenten, insbesondere die mit den Bezugszeichen 1, 17, 18, 19, 20 versehenen Komponenten sind in diesem Fall optional. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, dass ein bestimmter Abschnitt eines Stabelements 15, wie beispielsweise ein von der Gelenkeinrichtung 23 abgewandtes distales Ende, die zu verschiebende Stellelementanordnung darstellt und der Verschiebeweg beispielsweise entlang des durch den Pfeil 24 angedeuteten Bewegungswegs verläuft. In diesem Fall sind die in der 1 unterhalb der Stabelemente 15 dargestellten Komponenten optional. Auch ist es möglich, dass die Fliehkraftstellvorrichtung nur ein Stabelement 15 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hier beschriebene Ausgestaltung einer Fliehkraftstellvorrichtung beschränkt, sondern kann auch mit anders ausgestalteten, aus dem Stand der Technik bekannten Fliehkraftstellvorrichtungen realisiert werden. Entscheidend ist letztendlich, dass mittels der verwendeten Fliehkraftvorrichtung die Stellelementanordnung gemäß der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung entlang eines Verschiebewegs verschoben wird; bzw. dass die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsdrehbewegung in die Position der Stellelementanordnung entlang des Verschiebewegs umgesetzt wird.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verschiebeanordnung 12 mit der Stellelementanordnung 1 gekoppelt, so dass eine Verschiebung der Verschiebeanordnung 12 eine entsprechende Verschiebung der Stellelementanordnung 1 bewirkt. Die Kopplung zwischen der Verschiebeanordnung 12 und der Stellelementanordnung 1 ist im gezeigten Beispiel kontaktlos kraftübertragend ausgestaltet. Die Verschiebeanordnung 12 und die Stellelementanordnung 1 sind im gezeigten Beispiel voneinander beabstandet angeordnet. Die Verschiebeanordnung 12 und die Stellelementanordnung 1 können alternativ oder zusätzlich mechanisch miteinander verbunden sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verschiebeanordnung 12 als eine Magnetanordnung 9b ausgebildet. Die Magnetanordnung 9b wird hier auch als dritte Koppelanordnung 12 bezeichnet. Die Magnetanordnung 9b kann dabei in einer vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein. Die Stellelementanordnung 1 ist als Supraleiteranordnung 11b ausgebildet, und kann ebenfalls in einer vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein. Die Supraleiteranordnung 11b wird hier auch als vierte Koppelanordnung 14 bezeichnet.
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Die Magnetanordnung 9b und die Supraleiteranordnung 11b sind kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt. Die Kopplung zwischen der Magnetanordnung 9b und der Supraleiteranordnung 11b kann der Kopplung zwischen der Magnetanordnung 9a und der Supraleiteranordnung 11a entsprechen. Insbesondere ist in der Supraleiteranordnung 11b eine Flussdichteverteilung eingeprägt, die der Flussdichteverteilung des von der Magnetanordnung 9b erzeugten Magnetfelds entspricht. Die Magnetanordnung 9b und die Supraleiteranordnung 11b können dabei drehfest miteinander gekoppelt sein, oder relativ zueinander drehbar um die Drehachse 25 gekoppelt sein. Im letzteren Fall kann die Flussdichteverteilung des von der Magnetanordnung 9b erzeugten Magnetfelds bzw. die in der Supraleiteranordnung 11b eingeprägte Flussdichteverteilung rotationssymmetrisch um die Drehachse 25 ausgestaltet sein.
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Die Kopplung zwischen der Magnetanordnung 9b und der Supraleiteranordnung 11b ist derart ausgebildet, dass die relative Positionsbeziehung zwischen der Verschiebeanordnung 12 und der Stellelementanordnung 1 in Richtung eines Verschiebewegs 2 festgelegt ist, so dass die Stellelementanordnung 1 einer Bewegung der Verschiebeanordnung 12 in dieser Richtung folgt. Im gezeigten Beispiel entspricht die Richtung des Verschiebewegs 2 der Axialrichtung der Drehachse 25. Je nach Ausgestaltung der beteiligten Einheiten kann die Richtung des Verschiebewegs 2 auch von der Axialrichtung der Drehachse 25 verschieden sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Kühleinrichtungen 17 vorgesehen, um die Supraleiteranordnungen 11a und 11b auf oder unter deren Sprungtemperaturen zu kühlen. Jeder Supraleiteranordnung 11a, 11b ist dabei eine eigene Kühleinrichtung 17 zugeordnet. Alternativ dazu kann auch eine einzige Kühleinrichtung 17 vorgesehen sein, die beide Supraleiteranordnungen 11a und 11b kühlt. Die Kühleinrichtungen 17 sind hier als separate Einheiten gezeigt. Alternativ dazu können die Kühleinrichtungen 17 jeweils auch in der Antriebsanordnung 3 und/oder der Stellelementanordnung 1 integriert sein. Ferner ist es möglich, die Stellvorrichtung 10 in einem entsprechend temperierten Raum zu betreiben, so dass die Kühleinrichtungen 17 nicht erforderlich sind.
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Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Führungsanordnung 18 vorgesehen, gegenüber welcher die Stellelementanordnung 1 beweglich gelagert ist. Insbesondere definiert dabei die Führungsanordnung 18 den Verschiebeweg 2, und die Stellelementanordnung 1 ist entlang dieses Verschiebewegs 2 gegenüber der Führungsanordnung 18 beweglich gelagert.
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Vorzugsweise ist die Führungsanordnung 18 eine Magnetbahn, die mit einem Supraleiter der Stellelementanordnung 1 kontaktlos kraftübertragend gekoppelt ist. Insbesondere ist die Magnetbahn dabei mit einem Abschnitt der Supraleiteranordnung 11b gekoppelt. Alternativ dazu kann die Magnetbahn mit einem zusätzlich vorgesehenen Supraleiter gekoppelt sein. Die Kopplung zwischen der Magnetbahn und dem Supraleiter bzw. dem Supraleiterabschnitt ist dabei derart ausgestaltet, dass eine Relativbewegung zwischen der Stellelementanordnung 1 und der Magnetbahn entlang des Verschiebeweg 2 möglich ist.
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Alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen kontaktlosen Kopplung können die Stellelementanordnung 1 und die Führungsanordnung 18 auch mechanisch miteinander gekoppelt sein.
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Die Führungsanordnung 18 ist ein optionales Merkmal. Die Definition des Verschiebewegs 2 kann auch über eine entsprechende Ausgestaltung der Fliehkraftstellvorrichtung 5 erfolgen. Beispielsweise können die Gelenkeinrichtungen 17, 22 und/oder 23 derart ausgestaltet sein, dass sich die Gelenkeinrichtung 22 bzw. die Verschiebeanordnung 12 nur entlang eines definierten Verschiebewegs verschieben lässt. Zudem ist es auch möglich, die Verschiebeanordnung 12 über beispielsweise ein stabförmiges Führungselement entlang der Axialrichtung der Drehachse 25 linearbeweglich zu lagern, um so den Verschiebeweg 2 zu definieren.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner eine an der Stellelementanordnung 1 befestigte Federeinrichtung 19 vorgesehen, die mit einem externen Befestigungselement 20 verbunden werden kann, um eine Federkraft 21 bereitzustellen, die einer durch die Fliehkraftstellvorrichtung bewirkten Verschiebung der Stellelementanordnung 1 entgegenwirkt. Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung kann die Federeinrichtung 19 auch an der Verschiebeanordnung 12 befestigt sein. Die Federeinrichtung 19 ist ein optionales Merkmal.
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Die beschriebene Stellvorrichtung 10 kann ferner eine in der 1 nicht dargestellte optionale erste Trennwand aufweisen. Insbesondere kann im Betrieb der Stellvorrichtung 10 zwischen der ersten und der zweiten Koppelanordnung 7, 8 bzw. zwischen der Antriebsanordnung 3 und der Abtriebsanordnung 6 eine erste Trennwand vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Verwendung der beschriebenen Stellvorrichtung 10 besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht, kontaktlos über eine Trennwand hinweg eine Bewegung entlang eines definierten Verschiebewegs 2 zu bewirken. Insbesondere kann dabei der Verschiebeweg 2 senkrecht bzw. normal zur Trennwand ausgerichtet sein. Eine solche kontaktlos bewirkte Verschiebung senkrecht zu einer Trennwand ist sonst nur sehr schwierig zu realisieren, da eine solche Verschiebung in der Regel voraussetzt, dass eine Antriebsanordnung senkrecht zu der Trennwand verschoben wird, um eine an die Antriebsanordnung kontaktlos gekoppelte Abtriebsanordnung auf der anderen Seite der Trennwand entsprechend zu verschieben. Handelt es sich dabei um eine starre Trennwand, so ist der erzielbare Verschiebehub der Stellelementanordnung auf den Abstand zwischen der Antriebsanordnung und der Antriebsanordnung abzüglich der Dicke der Trennwand beschränkt.
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Durch die erfindungsgemäße kontaktlose Einleitung einer Drehbewegung auf eine Fliehkraftstellvorrichtung kann diese Beschränkung elegant aufgehoben werden. Da zur Bewirkung der Verschiebung der Stellelementanordnung 1 die Antriebsanordnung 3 lediglich rotiert, nicht jedoch senkrecht zur Trennwand verschoben werden muss, ist der erzielbare Verschiebehub der Stellelementanordnung 1 nicht durch den Abstand zwischen der Antriebsanordnung 3 und der Abtriebsanordung 6 begrenzt. Somit ist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung sehr flexibel einsetzbar.
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In bevorzugter Ausgestaltung stellt in diesem Fall die Verschiebeanordnung 12 oder ein Stabelement 15 die zu verschiebende Stellelementanordnung dar, so dass die in der Figur unterhalb der Verschiebeanordnung 12 angeordneten Komponenten nicht erforderlich sind.
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Vorzugsweise trennt die erste Trennwand die Antriebsanordnung abdichtend von der Fliehkraftstellvorrichtung ab.
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Die beschriebene Stellvorrichtung 10 kann zudem eine in der 1 nicht dargestellte optionale zweite Trennwand aufweisen, die zwischen der dritten und der vierten Koppelanordnung vorgesehen ist und die Fliehkraftstellvorrichtung vorzugsweise abdichtend von der Stellelementanordnung abtrennt.
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In der beschriebenen Ausführungsform ist die erste Koppelanordnung 7 als Supraleiteranordnung 11a ausgebildet und die zweite Koppelanordnung 8 als Magnetanordnung 9a. Alternativ dazu kann die erste Koppelanordnung 7 auch als Magnetanordnung 9a ausgebildet sein und die zweite Koppelanordnung 8 als Supraleiteranordnung 11a. Ferner kann auch die dritte Koppelanordnung 13 als Supraleiteranordnung 11b ausgebildet sein und die vierte Koppelanordnung 14 als Magnetanordnung 9b.
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Insbesondere wenn die erste Koppelanordnung 7 als Magnetanordnung 9a ausgebildet ist, kann als die Magnetanordnung 9a auch eine ein Magnetfeld erzeugende Spulen- bzw. Wicklungsanordnung verwendet werden. Die Spulen- bzw. Wicklungsanordnung wird dabei derart angesteuert, dass sich das Magnetfeld mit der Antriebsdrehbewegung 4 um die Drehachse 25 dreht und so die Antriebsdrehbewegung 4 bereitstellt.
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Die vorstehend beschriebenen, über den Gegenstand des Anspruchs 1 hinausgehenden Merkmale sind nicht nur in ihrem oben beschriebenen, beispielhaften Kontext einsetzbar, sondern sind selbstverständlich auch jeweils einzeln und unabhängig voneinander mit anderen hier beschriebenen Merkmalskombinationen verwendbar, um die mit den jeweiligen Merkmalen zusammenhängenden zusätzlichen Vorteile zu erzielen.
