DE10237686B4

DE10237686B4 - Kraftumsetzer

Info

Publication number: DE10237686B4
Application number: DE10237686A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: DE10237686A1

Abstract

Kraftumsetzer (1), bei dem die Kraftumsetzung durch eine ortsfeste, im wesentlichen geschlossene Gehäusewand (7) erfolgt, mit einer Eingangswelle (4), einer Ausgangswelle (6) und einer mit der Ausgangswelle (6) verbundenen Taumelscheibe (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) mit einer Antriebsscheibe (3) drehfest verbunden ist, dass sich die ortsfeste Gehäusewand (7) zwischen Antriebsscheibe (3) und Taumelscheibe (5) befindet, dass die Gehäusewand (7) Bohrungen (31, 32, 33) aufweist, in denen sich mit der Taumelscheibe (5) gekoppelte Kolben (34, 35, 36) befinden, und dass die Antriebsscheibe (3) und die antriebsscheibenseitigen Stirnseiten der Kolben (34, 35, 36) mit magnetischen Mitteln (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) ausgerüstet sind, die eine Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben (34, 35, 36), die taumelnde und drehende Bewegung der Taumelscheibe (5) und damit die Drehbewegung der Ausgangswelle (6) bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftumsetzer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein Kraftumsetzer dieser Art ist aus der DE 17 75 637 A1 , 2, bekannt. Er weist auf beiden Seiten der Gehäusewand je eine Taumelscheibe auf, von denen eine mit der Eingangswelle, die andere mit der Ausgangswelle in Verbindung stehen. Zwischen den Taumelscheiben befindet sich eine Mehrzahl von Stößeln. Außerdem ist jedem der Stößel ein Faltenbalg zugeordnet. Über die Stößel erfolgt die Kraftumsetzung. Die Faltenbälge, die mit ihrer einen Seite an den Stößeln und mit ihrer anderen Seite an der Gehäusewand befestigt sind dienen der Abdichtung der Gehäusewand. Die Faltenbälge beeinträchtigen die Kraftumsetzung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftumsetzer der hier betroffenen Art bezüglich der Kraftumsetzung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfassen die Kraftübertragungsmittel eine Antriebsscheibe, die mit der Eingangswelle in Verbindung steht, sowie eine Taumelscheibe, die mit der Ausgangswelle in Verbindung steht. Zwischen der Antriebsseite und der Taumelscheibe befindet sich eine ortsfeste Trennscheibe (Gehäusewand), die im wesentlichen senkrecht zur Antriebsscheibe angeordnete Bohrungen aufweist. Diese Bohrungen bilden Laufbuchsen für Kolben, deren taumelscheibenseitige Stirnseiten mit der Taumelscheibe gekoppelt sind. Die Antriebsscheibe und die antriebsscheibenseitigen Stirnseiten der Kolben sind mit magnetischen Mitteln ausgerüstet, die eine Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben, die taumelnde und gleichzeitig drehende Bewegung der Taumelscheibe und damit die Drehbewegung der Ausgangswelle bewirken.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile liegen darin, dass eine von abdichtenden Faltenbälgen nicht beeinträchtigte Kraftumsetzung durch eine im wesentlichen geschlossene Gehäusewand (Trennscheibe bzw. Trennwand) realisiert werden kann. Es ist nicht erforderlich, dass die Gehäusewand von einer Welle durchsetzt ist. Weiterhin können die magnetischen Mittel so ausgebildet werden, dass mit der Umsetzung der Kräfte von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle eine Kraftverstärkung verbunden ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umsetzers in Höhe der Linie I-I in 2,
2 eine Ansicht derjenigen Seite der Antriebsscheibe, die den Kolben zugewandt ist und
3 ein vergrößerter Teilschnitt mit einer Variante für eine vollkommen dichte Gehäusewand.
Wesentliche Bestandteile des in 1 dargestellten Ausführungsbeispieles für einen Umsetzer 1 nach der Erfindung sind ein Gehäuse 2, eine angetriebene Scheibe (Antriebsscheibe 3), die mit einer Eingangswelle 4 in Verbindung steht sowie eine im Gehäuse 2 befindliche Taumelscheibe 5, die mit einer Ausgangswelle 6 verbunden ist. Eine der Gehäusewandungen ist mit 7 bezeichnet. Sie befindet sich zwischen der Antriebsscheibe 4 und der Taumelscheibe 5. Die vom Umsetzer bewirkte Kraftübertragung erfolgt von der einen Seite der Gehäusewandung 7 auf ihre andere, ohne dass diese Wandung von einer Welle durchsetzt ist. Die Gehäusewand 7 kann eine beliebige Trennwand zwischen zwei Systemen sein, die voneinander getrennt gehalten werden müssen und bei denen eine Kraft von einem der Systeme auf das andere übertragen werden muss.
Die Antriebsscheibe 3 ist mit einem Wellenstumpf 11 ausgerüstet. Er stützt sich in einem Lager 12 ab, das sich in einer Aussparung 13 in der Gehäusewand 7 derart abstützt, dass der Abstand zwischen Antriebsscheibe 3 und Gehäusewand 7 möglichst klein ist. Ein weiteres Lager der Eingangswelle 4 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Die Ausgangswelle 6 stützt sich in ähnlicher Weise (Lager 14, Aussparung 15) auf der gegenüberliegenden Seite in der Gehäusewand 7 ab. Die gemeinsame Achse von Eingangswelle 4, Antriebsscheibe 3, Ausgangswelle 6 und Taumelscheibe 5 ist mit 16 bezeichnet. In an sich bekannter Weise stützt sich die Taumelscheibe 5 über das Kalottenlager 17 auf der Ausgangswelle 6 ab. Zur Übertragung der Drehbewegung von der Taumelscheibe 5 auf die Ausgangswelle 6 ist die Taumelscheibe 5 mit einem Mitnehmernocken 18 ausgerüstet, der mit einer starr auf der Ausgangswelle 6 befestigten Scheibe 19 gekoppelt ist. Über ein zweites Lager 20 stützt sich die Ausgangswelle 6 im Gehäuse 2 ab.
Zur Kraftübertragung sind magnetische Mittel vorgesehen. Diese bestehen zum einen aus Magnetscheiben 21, 22, 23, die Bestandteile der Antriebsscheibe 3 sind. Dazu ist die der Gehäusewand 7 zugewandte Seite der Antriebsscheibe 3 (vgl. 2) mit kreisringförmigen Aussparungen 24, 25, 26 versehen, in denen sich die Magnetscheiben 21, 22, 23 befinden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen und Magnetscheiben in drei kreisringförmigen Reihen 27, 28, 29 konzentrisch um die Achse 16 angeordnet. Die Durchmesser der Aussparungen/Magnetscheiben sind derart gewählt, dass jede der Reihen die gleiche Anzahl von Magnetscheiben hat (beim dargestellten Ausführungsbeispiel dreißig). Dadurch ergibt sich ein sich von außen nach innen verringernder Durchmesser der Aussparungen/Magnetscheiben.
Die Gehäusewand 7 ist mit Bohrungen 31, 32, 33 versehen, die als Laufbuchsen für darin befindliche Kolben 34, 35, 36 ausgebildet sind. Die Anzahl und Anordnung der Bohrungen/Kolben entspricht der Anzahl und Anordnung der von der Antriebsscheibe 4 getragenen Magnetscheiben 21, 22, 23 derart, dass jeder Magnetscheibe je eine Bohrung bzw. je ein Kolben mit etwa gleichem Durchmesser zugeordnet ist.
Auf ihren der Taumelscheibe 5 zugewandten Stirnseiten sind die Kolben 34, 35, 36 derart mit der Taumelscheibe 5 gekoppelt, dass sie Druck- und Zugkräfte aufnehmen können. Bei der nur schematisch in 1 dargestellten Lösung gleiten die Stirnseiten der Kolben 34, 35, 36 auf ringförmigen Gleitflächen 37, 38, 39. In diesem Bereich sind die Kolben mit Kragen 41, 42, 43 ausgerüstet, die von im Querschnitt winkelförmigen Vorsprüngen 44, 45, 46 an der Taumelscheibe 5 umgriffen werden.
Jeder der Kolben 34, 35, 36 trägt auf seiner der Antriebsscheibe 3 zugewandten Stirnseite jeweils eine Magnetscheibe 47, 48, 49, deren Magnetfelder mit den Magnetfeldern der Magnetscheiben 21, 22, 23 an der Antriebsscheibe in Wechselwirkung treten und die gewünschte Kraftübertragung berührungsfrei bewirken. Die Darstellung des Ausführungsbeispieles nach 1 zeigt die Antriebsscheibe 3 in einer Stellung, bei der jedem Magneten 21, 22, 23 an der Antriebsseite 3 je eine Magnetscheibe 47, 48, 49 koaxial gegenüberliegt.
Die Magnetfelder der Magnetscheiben 21, 22, 23 an der Antriebsscheibe 3 sowie 47, 48, 49 an den Kolben 34, 35, 36 sind jeweils axial magnetisiert. Als Beispiel ist jeweils ein Pfeil dargestellt, der eine der beiden Polaritäten kennzeichnet. Sämtliche Magneten 47, 48, 49 sind in Bezug auf ihre Polarität gleich ausgerichtet. Die jeweiligen Pfeile, die z. B. den Nordpol kennzeichnen, zeigen sämtlich in Richtung Taumelscheibe 5.
Die Magneten 21, 22, 23 der Antriebsscheibe sind in Bezug auf ihre Polarität derart angeordnet, dass die Magneten 47, 48, 49 der Kolben während einer ersten halben Umdrehung der Antriebsscheibe 3 einander anziehen und während der zweiten halben Umdrehung der Antriebsscheibe 3 einander abstoßen, In 1 ist der Wechsel der Polarität durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. In 2 sind im Bereich des Polaritätswechsels die Buchstaben N (für Nordpol) und S (für Südpol) eingetragen.
Während der Drehung der Antriebsscheibe 3 um ihre Achse 6 wird auf die Kolben 34, 35, 36 derart wechselweise eine Kraft ausgeübt, dass sie eine Hin- und Herbewegung ausführen und dabei die Taumelscheibe 5 und die Ausgangswelle 6 in Drehung versetzen. Die für die seitlich gerichtete Relativbewegung der Magnetscheiben 21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49 erforderliche Kraft ist geringer (ca. 1/3) als die Kraft, die kurzzeitig immer wieder einander gegenüberliegende Magnetpaare aufeinander ausüben, so dass der Vorteil einer Kraftverstärkung besteht.
3 zeigt einen Teilschnitt durch 1, und zwar in dem Bereich, in dem die Magnete 21, 22, 23 der Antriebsscheibe 3 und die Magnetscheiben 47, 48, 49 der Kolben während des Betriebs des Umsetzers miteinander in Wechselwirkung sind. Unterschiedlich gegenüber 1 ist, dass die Bohrungen! Laufbuchsen 31, 32, 33 der Kolben 34, 35, 36 durch dünne Scheiben 51, 52, 53 dicht verschlossen sind. Sie bestehen aus einem Werkstoff, der die Wechselwirkung der Magnetfelder im wesentlichen nicht stört. Diese Maßnahme ermöglicht eine Kraftumsetzung zwischen zwei Räumen z. B. auch dann, wenn darin unterschiedliche Drücke herrschen oder unterschiedliche Gasgemische getrennt gehalten werden müssen.

Claims

Kraftumsetzer (1), bei dem die Kraftumsetzung durch eine ortsfeste, im wesentlichen geschlossene Gehäusewand (7) erfolgt, mit einer Eingangswelle (4), einer Ausgangswelle (6) und einer mit der Ausgangswelle (6) verbundenen Taumelscheibe (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) mit einer Antriebsscheibe (3) drehfest verbunden ist, dass sich die ortsfeste Gehäusewand (7) zwischen Antriebsscheibe (3) und Taumelscheibe (5) befindet, dass die Gehäusewand (7) Bohrungen (31, 32, 33) aufweist, in denen sich mit der Taumelscheibe (5) gekoppelte Kolben (34, 35, 36) befinden, und dass die Antriebsscheibe (3) und die antriebsscheibenseitigen Stirnseiten der Kolben (34, 35, 36) mit magnetischen Mitteln (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) ausgerüstet sind, die eine Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben (34, 35, 36), die taumelnde und drehende Bewegung der Taumelscheibe (5) und damit die Drehbewegung der Ausgangswelle (6) bewirken.
Kraftumsetzer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Antriebsscheibe (3) zugewandten Stirnseiten der Kolben (34, 35, 36) und die den Kolben zugewandte Seite der Antriebsscheibe (3) mit Magnetscheiben (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) ausgerüstet sind.
Kraftumsetzer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Mittel (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) konzentrisch zur Achse (16) des Systems angeordnet sind.
Kraftumsetzer (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von in kreisringförmigen Reihen (27, 28, 29) angeordnete Magnetscheiben (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) Bestandteile der Antriebsscheibe (3) oder Bestandteile der Kolben (31, 32, 33) sind.
Kraftumsetzer (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetscheiben (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) axial magnetisiert sind, dass alle Magnetscheiben (47, 48, 49) der Kolben (31, 32, 33) oder alle Magnetscheiben (21, 22, 23) der Antriebsscheibe (3) gleiche Polarität besitzen, und dass die Polarität der Magnetscheiben (21, 22, 23) der Antriebsscheibe (3) oder die Magnetscheiben (47, 48, 49) der Kolben wechselnde Polarität haben.
Kraftumsetzer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (3) mit einem Wellenstumpf (11) und die Ausgangswelle (6) in jeweils einer Aussparung (13 bzw. 15) in der Gehäusewand (7) gelagert sind.
Kraftumsetzer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Antriebsscheibe (3) zugewandten Seiten der Bohrungen (31, 32, 33) in der Gehäusewand (7) verschlossen sind.
Kraftumsetzer (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dünne Scheiben (51, 52, 53) aus einem die Wechselwirkung der Magnetscheiben (21, 22, 23 bzw. 47, 48, 49) im wesentlichen nicht störenden Werkstoff die Verschlüsse bilden.