DE1124612B - Vorrichtung zur elektrisch steuerbaren UEbertragung von mechanischen Kraeften - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

112636VIIIcZHg

ANMELDETAG: 22. DEZEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

1. MÄRZ 1962

Es sind Vorrichtungen zur Übertragung mechanischer Kräfte bekannt, bei denen unter Ausnutzung des bekannten Johnsen-Rahbek-Effektes Änderungen der Spannungsdifferenz zwischen einem Halbleiterkörper und einem leitenden Körper in Änderungen der an den Berührungsflächen der beiden Körper wirksamen Anziehungskraft umgesetzt werden. Bei derartigen Vorrichtungen ist im allgemeinen der eine der beiden Körper als Rotationskörper ausgebildet und mit einem Antrieb verbunden. Die durch den anderen Körper dargestellte Abtriebsseite erhält die zu übertragenden mechanischen Kräfte in Abhängigkeit von dem jeweiligen Potential zwischen beiden Körpern.

Während die Oberfläche des leitenden, im allgemeinen metallischen Körpers, die mit dem Halbleiterkörper in Reibungsverbindung steht, kaum Änderungen unterworfen ist, hängt die Betriebssicherheit auf lange Zeit bei derartigen Vorrichtungen weitgehend davon ab, daß die Oberflächenbeschaffenheit des Halbleiterkörpers sich im Laufe des Betriebes möglichst wenig, im günstigsten Falle überhaupt nicht ändert. Es wurden daher Maßnahmen bekannt, zur Erzielung konstanter Reibungsverhältnisse zwischen den beiden Körpern öl oder Graphit als Schmierung zu verwenden. Jedoch wurde dadurch zwar ein gleichmäßigerer Reibungskoeffizient auf längere Zeit erhalten, zugleich aber auch die Reibungskraft grundsätzlich verringert, was hinsichtlich der übertragbaren Kräfte von Nachteil war. Andere Lösungen sind bekannt, bei denen Verunreinigungen, die sich auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers ansammeln und dessen Charakteristik ungünstig beeinflussen, durch ständig wirksame Mittel verhindert, zumindest aber beseitigt werden.

Diese bekannten Maßnahmen konnten jedoch ein gleichbleibendes Betriebsverhalten nicht gewährleisten, weil ihnen die tatsächlichen Ursachen der genannten Mängel nicht zugrunde gelegt waren. Halbleiterwerkstoffe mit einem spezifischen Widerstand von 10^e bis 10⁷ Ohm/cm, an denen der Johnsen-Rahbek-Effekt auftritt, sind für Vorrichtungen der genannten Art nicht immer gleich geeignet. Eine den betrieblichen Anforderungen genügende Elektroadhäsion ist nur erreichbar, wenn der erwähnte Effekt nicht durch Stromübergang zwischen dem Halbleiterkörper und dem leitenden Körper auf Grund elektrolytischer Vorgänge an der Oberfläche des Halbleiterkörpers beeinträchtigt wird. Neben derartigen Erscheinungen wirken sich auch Erosions- und Verdampfungsvorgänge an der Halbleiteroberfläche ungünstig auf die Nutzbarmachung dieses Effektes aus. Auch ist Vorrichtung zur elektrisch steuerbaren Übertragung von mechanischen Kräften

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H., Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1955

(Nr. 556 644 und Nr. 556 676)

Clyde James Fitch, Endicott, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

die Anziehungskraft zwischen den beiden Körpern begrenzt, wenn als Halbleiterkörper Naturstein verwendet wird, da dessen Anisotropie sich bei einem bestimmten Potentialunterschied ungünstig auswirkt. Die auf Grund der im vorhergehenden Absatz angeführten Erscheinungen sich ergebenden Mängel in der Reproduzierbarkeit des Johnsen-Rahbek-Effektes hat man auch dadurch zu beseitigen gesucht, daß man Wechselspannung an Stelle von Gleichspannung zur elektrostatischen Steuerung der Anziehungskraft zwischen dem Halbleiterkörper und dem leitenden Körper verwendete und an Stelle eines Halbleiterkörpers aus Naturstein einen synthetisch hergestellten Halbleiterkörper vorgesehen hat. Durch die Anwendung von Wechselspannung an Stelle von Gleichspannung sind elektrolytische Erscheinungen, die bei Verwendung von Gleichspannung auftreten, unterdrückbar. Synthetische Halbleiterkörper, die pulverisierten Feuerstein in einem leitenden Bindemittel, beispielsweise Wasserglas, enthalten, sind zwar isotropisch, ungünstigerweise jedoch hygroskopisch. Weiteren Versuchen, die Betriebssicherheit von elektromechanischen Wandlern, die vom Johnsen-Rahbek-Effekt Gebrauch machen, zu erhöhen, lag die Anwendung von Halbleiterkörpern zugrunde, die elektrischen Strom rein elektronisch leiten. Solche Halbleiterkörper bestehen aus Mischungen von Magnesium- und Titanoxyden. Mit allen diesen Maßnahmen konnte aber insbesondere dann keine größen-

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ordnungsmäßige Verbesserung der Betriebssicherheit Derart ausgerüstete Kupplungen haben bei unver- und der Lebensdauer solcher Vorrichtungen erzielt änderten Kennwerten eine hohe Lebensdauer. Darwerden, wenn einer der beiden Körper hohe Um- über hinaus ist die geringe Baugröße solcher Kuppfangsgeschwindigkeiten aufweist. lungen im Verhältnis zur Höhe des übertragbaren

Zusätzlich zu den angeführten Mangeln hat sich 5 Drehmomentes besonders erwähnenswert, gezeigt, daß an den sich berührenden Flächen des Zwei Ausführungsbeispiele werden im folgenden an

Halbleiterkörpers und des leitenden Körpers beträcht- Hand von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen liehe Abnutzungserscheinungen auftreten, die auf zeigt

Staubteilchen zurückzuführen sind, die auf die sich Fig. 1 einen entsprechend der Linie 1-1 in Fig. 2

berührenden Flächen wie Schleifstaub einwirken und ίο geführten Schnitt senkrecht zur Längsachse einer dadurch die Oberfiächenglattheit dieser Flächen Reibungskupplung, die als Kupplungselement eine ungünstig beeinflussen. Diese Teilchen fallen teils Vorrichtung nach der Erfindung enthält, deren Abdurch den Abrieb bei der gleitenden Reibung zwischen nutzung durch Anordnung eines starren Körpers bedem Halbleiterkörper und dem leitenden Körper und stimmter Zusammensetzung verhindert wird, teils durch Erosionserscheinungen an, deren Ursache 15 Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, darin zu sehen ist, daß an den durch die Rotation Fig. 3 das Drehmoment-Geschwindigkeits-Dia-

eines der beiden Körper sich ständig ändernden gramm der durch die Fig. 1 und 2 veranschaulichten Berührflächen zwischen dem Halbleiterkörper und Reibungskupplung,

dem leitenden Körper Lichtbogen sich fortgesetzt neu Fig. 4 einen entsprechend der Linie 4-4 in Fig. 5

bilden und wieder abreißen. Diese Abnutzungs- 20 geführten Schnitt senkrecht zur Längsachse einer erscheinungen verursachen zusätzlich eine Erhöhung Reibungskupplung, die als wesentlichen Kupplungsdes Rauhigkeitsgrades der einander berührenden bestandteil eine mit flüssigem, abnutzungsunterbin-Flächen des Halbleiterkörpers und des leitenden dendem Mittel versehene Vorrichtung nach der ErKörpers und beeinträchtigen dadurch die Betriebs- findung aufweist, sicherheit. Bürsten, welche die Staubteilchen beseiti- 25 Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4, gen sollten, sättigen sich nach kurzer Zeit mit den Fig. 6 das Drehmoment-Geschwindigkeits-Dia-

Teilchen und sind dann wirkungslos. Es ist auch gramm der durch die Fig. 4 und 5 dargestellten Reibereits versucht worden, die mechanischen Ab- bungskupplung.

nutzungserscheinungen durch Verwendung eines Bei der durch die Fig. 1 und 2 veranschaulichten

Halbleitermaterials aus Talg zu verringern, das in 30 Ausführungsform einer eine Vorrichtung nach der einem gewissen Umfang Selbstschmierung ergibt. Erfindung enthaltenden Kupplung sind auf der Welle Aber auch auf diesem Wege ist es nicht möglich, ±\ die Nabe 12 und die Riemenscheibe 13 nebeneindie Betriebssicherheit und Lebensdauer solcher ander angebracht. Die Nabe 12 besteht aus elektrisch Wandler wesentlich zu steigern. leitendem Material, vorzugsweise aus Messing, und

Der Erfindung, deren Ziel es ist, die durch nach 35 i_st durch Preßsitz mit der Welle 11 fest verbunden, dem Johnsen-Rahbek-Effekt arbeitende Vorrichten- Tjj_e Riemenscheibe 13 ist mittels eines Kugellagers 14 gen gegebenen Vorzüge voll ausnutzen zu können, _auf der Welle 11 frei drehbar. Auf der zylindrischen liegt nun die Aufgabe zugrunde, für den leitenden Außenfläche der Nabe 12 ist eine Schicht 25 aus Körper als auch — und insbesondere — für den Halbleitermaterial 24 aufgebracht, deren Zusammen-Halbleiterkörper verbesserte Werkstoffe zu finden 40 setzung im folgenden noch näher behandelt wird. Die sowie geeignete Mittel, die hinsichtlich der Reibungs- mit der Schicht 25 versehene Nabe 12 ist unter Einverhältnisse zwischen den beiden Körpern die nach- haltung eines gewissen Abstandes von einem Metallteiligen Abnutzungserscheinungen so unterbinden, ring 15 umgeben, der durch Schrauben 16 mit dem daß gleichbleibende Betriebsverhältnisse auch für der Nabe 12 zugewandten Flansch der Riemenscheibe lange Zeit gesichert sind. 45 13 mechanisch fest verbunden ist. Die in der Nähe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- des Außenumfanges des genannten Flansches der löst, daß zwischen den aneinander gleitenden Flächen Riemenscheibe 13 längs eines Kreises angeordneten beider Körper abnutzungsunterbindende Kunststoffe Schrauben 16 sind von Isolierhülsen 17 und Isolieraus der Gruppe der Polyplaste wirksam sind und die büchsen 18 so umgeben, daß der Metallring 15 von Körper aus diesen Kunststoffen angepaßten Werk- 50 der Riemenscheibe 13 isoliert ist. Der Außenumfang stoffen bestehen. des MetalWnges 15 wird von einer Kontaktbürste 19

Wenn der Halbleiterkörper Kohlenstoffteilchen im bestrichen, während der Nabe 12 die Kontaktbürste isolierenden Bindemittel heterogen eingelagert ent- 21 zugeordnet ist, welche an der von der Riemenhalten soll, so lassen sich mit einem Bindemittel auf scheibe 13 abgewandten Stirnseite der Nabe 12 an-Gummibasis oder Phenolharzbasis gute Ergebnisse 55 liegt. Die Kontaktbürste 19 ist mit dem negativen Pol erzielen. Ein Halbleiter dieser Zusammensetzung einer Gleichspannungsquelle verbunden, die in den unterliegt bei seiner Herstellung einem Preßvorgang, Fig. 1 und 2 als Batterie 22 angedeutet ist. Die Bürste der für die endgültige Form des Halbleiterkörpers 21 ist über einen Schalter 23 mit der positiven maßgebend ist. Ferner sind für die Vorrichtung nach Klemme der Batterie 22 verbunden. Ein elektrisch der Erfindung Halbleiterkörper geeignet, bei welchen 60 leitendes Band 26, vorzugsweise aus nichtrostendem durch ein Spritzgußverfahren Kohlenstoffteilchen und/ Stahl, das die mit der Halbleiterschicht 25 versehene oder Metalloxydteilchen in einem Bindemittel aus Nabe 12 umschlingt, ist an seinem einen Ende durch Ton oder einem anderen keramischen Werkstoff ein- ein Halteelement 27 in einer Ausnehmung an der geschlossen werden, der anschließend einem Brenn- Innenfläche des Metallringes 15 so befestigt, daß das Vorgang unterzogen wird. 65 Band 26 mit dem Metallring 15 leitend verbunden ist.

Vorrichtungen nach der Erfindung eignen sich in Das andere Ende des Bandes 26 ist an eine in einer ganz besonderem Maße für Reibungskupplungen, die zweiten Ausnehmung an der Innenfläche des Metallwährend des Betriebes ein- und ausgerückt werden. ringes 15 befindliche Feder 28 geführt, die ihr Wider-

lager am Metallring 15 findet. Durch die Feder 28 ist sichergestellt, daß das Band 26 an der Oberfläche der Halbleiterschicht 25 anliegt. Ein an der Innenseite des Ringes 15 gelagerter kleiner Klotz 29, der beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen-Kunstharz besteht und dessen Bedeutung nachfolgend noch zu erläutern ist, wird durch die Feder 31 an die Halbleiterschicht 25 angedrückt. Ferner ist an der Innenfläche des Metallringes 15 eine Bürste 32 aus Mohair oder

sich in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre an den Berührstellen zwischen Schicht 25 und Band 26 Lichtbogen aus, die die leitenden Teilchen, die mit dem Band 26 in Berührung kommen, ausbrennen. 5 Wenn die leitenden Teilchen auf diese Weise von der Oberfläche des Halbleitermaterials entfernt sind, ergibt sich ein hoher Oberflächenwiderstand der Halbleiterschicht 25, so daß der Großteil der von der Spannungsquelle 23 gelieferten Spannung an der Beeinem ähnlichen Textilstoff angebracht. Diese Bürste io rührschicht zwischen Band 26 und dem Halbleiterbestreicht gleichfalls die Schicht 25. Die Kupplung material 24 abfällt. Im Zuge der Abnutzung, welche ist so ausgebildet, daß entweder die Welle 11 oder die Halbleiterschicht 25 während des Betriebes der die Riemenscheibe 13 durch einen in den Zeichnun- Kupplung erfährt, schreitet der oben erläuterte Ausgen nicht näher gezeigten Motor od. dgl. in Um- brennprozeß fort, so daß der hohe Widerstand der drehung versetzt wird. Wenn der Schalter 23 geöffnet 15 Kontaktschicht an der Berührfläche zwischen dem ist, reicht die gleitende Reibung zwischen der Halb- Halbleiter 24 und dem Band 26 dauernd erhalten

leiterschicht 25 und dem Band 26 nicht dazu aus, daß der antreibende Teil der Kupplung den anzutreibenden Teil mitnimmt, wenn letzterer belastet ist. Wird der Schalter 23 geschlossen, so bildet sich zwischen dem Band 26 und der Halbleiterschicht 25 eine Spannung in der Höhe der Batteriespannung aus. Die hierbei entstehende elektroadhäsive Kraft an der Berührfiäche der Halbleiterschicht 25 und des Bandes 26 führt die Kupplung der Riemenscheibe 13 mit der Welle 11 herbei. Die Kupplung ist auch bei Vertauschung der Anschlüsse an der Batterie 22 betriebsfähig. Zweckmäßig wird jedoch die Batterie 22 so angeschlossen, daß das Band 26 negatives Potential und die Halbleiterschicht 24 positives Potential annimmt. Die Kupplung ist darüber hinaus auch für Wechselstrombetrieb geeignet. Wenn die Welle 11 durch eine auf sie einwirkende Antriebseinrichtung in Umdrehung versetzt wird, bildet die Nabe 12 mit der Halbleiterschicht 25 den antreibenden Teil und das Band 26 den angetriebenen Teil der Kupplung. Unterliegt die Riemenscheibe 13 einer äußeren Krafteinwirkung, so vertauschen die mit der Halbleiterschicht 25 versehene Nabe 12 und das Band 26 ihre

bleibt. Die elektrische Anziehungskraft zwischen dem Band 26 und der Halbleiterschicht 25 errechnet sich aus der Formel

0,561 KAE²

d? 10¹²

Hierin bedeutet

/ die Anziehungskraft in Gramm,

K die relative Dielektrizitätskonstante (für Luft ist K = 1),

A die Größe der Berührfläche in Quadratzentimetern,

d den Abstand zwischen der Oberfläche des leileitenden Körpers und den dieser am nächsten gelegenen Leiterteilchen des Halbleiterkörpers in Zentrimetern,

E die längs der Strecke d sich ausbildende Spannung in Volt.

Die oben angegebene Formel läßt leicht erkennen, daß der Abstand zwischen der auf der Oberfläche des Halbleiters 24 aufliegenden Leiterschicht des Bandes Funktion als antreibender bzw. anzutreibender Kupp- 40 26 und den dieser Leiterschicht benachbarten Leiterlungsteil, teilchen unterhalb der Oberfläche der Halbleiter-Bei der Kupplung gemäß den Fig. 1 und 2, die mit schicht 25 so klein als möglich sein muß, wenn hohe einem Wandler nach der Erfindung als dem wesent- Elektroadhäsionskräfte zustande kommen sollen, liehen Kupplungsbestandteil ausgerüstet ist, besteht Auch dann, wenn die Oberfläche der Halbleiterschicht die Schicht 25 zweckmäßig aus einem Halbleiter- 45 25 einen sehr hohen Grad von Glattheit aufweist,

material, bei welchem leitende Teilchen in einem isolierenden Bindemittel aus natürlichem oder synthetischem Gummi, Phenolharzen und Asbest eingebettet sind. Leitfähiger Bestandteil des Halbleitermaterials

berührt das Band 26 die Halbleiterschicht nur an isolierenden Bestandteilen dieser Schicht. Um den Abstand zwischen der leitenden Schicht des Bandes 26 und den leitenden Teilchen unterhalb der Oberfläche

24 ist vorzugsweise Kohlenstoff. Ein Halbleiter- 50 der Halbleiterschicht 25 so klein als möglich zu material, mit dem sich besonders zufriedenstellende halten, ist ein hoher Glattheitsgrad der Oberfläche Ergebnisse haben erzielen lassen, weist folgende Zusammensetzung auf: 162 Gewichtsteile Gummi,

der Halbleiterschicht 25 anzustreben. Um während des Betriebs einen hohen Glattheitsgrad der Oberfläche der Halbleiterschicht 25 aufrechtzuerhalten, teile Asbest, 6 Gewichtsteile Zinkoxyd, 6 Gewichts- 55 ist die die Oberflächenglattheit beeinträchtigende teile Schwefel, 3 Gewichteteile Stearinsäure, 3 Ge- Wirkung von Staubteilchen, die auf die bereits besprochenen Abnutzungs- und Erosionserscheinungen zurückzuführen sind, weitestgehend auszuschalten. Dies wird durch einen sogenannten Starrschmierung 60 bewirkenden Schmierkörper von niedriger spezifischer Leitfähigkeit erreicht, der zugleich als Spülmittel dient. Dieser Schmierkörper wird bei der durch die Fig. 1 und 2 gezeigten Kupplung so angeordnet, daß er eine der beiden Reibflächen der Kupplung be-

bindung mit dem Band 26 herstellen. Wenn der 65 streicht. Der Schmierkörper nutzt sich hierbei ab und Schalter 23 geschlossen wird, fließt Strom zwischen hinterläßt einen dünnen Film auf der Kupplungsdem Band 26 und der Schicht 25. Auf Grund des fläche. Abriebteilchen des Schmiermittels kleben nicht unendlich kleinen Kontaktwiderstandes bilden aneinander und ziehen an der Oberfläche befindliche

200 Gewichtsteile Phenolkunstharz, 240 Gewichtswichtsteile Zinkstearat, 3 Gewichtsteile Antioxydationsmittel, 1,5 Gewichtsteile Mercaptobenzothiazol, 0,3 Gewichtsteile Zinkdimethyldithiocarbamat und 166 Gewichtsteile Ruß.

Die Oberfläche einer Schicht 25 aus einem Halbleitermaterial 24 der oben angegebenen Zusammensetzung weist viele leitende Kohlenstoffteilchen auf, von welchen eine gewisse Anzahl eine leitende Ver-

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Staubteilchen vermutlich durch auftretende Reibungs- so umkleidet, daß der Metallring 115 von der Riemenelektrizität an. Auf diese Weise werden Verschleiß- scheibe 113 isoliert ist. Der Außenumfang des Metallerscheinungen, die sonst durch Staubteilchen hervor- ringes 115 wird von einer Kontaktbürste 119 begerufen werden, vermieden. Ein kleiner Klotz aus strichen, während an der der Riemenscheibe 113 Polytetrafluoräthylen-Kunstharz, das unter dem Han- 5 abgewandten Stirnseite der Nabe 112 eine Kontaktdelsnamen »Teflon« bekanntgeworden ist, hat sich bürste 121 vorgesehen ist. Die Kontaktbürste 119 ist als Schmier- und Spülmittel besonders vorteilhaft mit der negativen Klemme einer Spannungsquelle erwiesen. Wie aus den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen verbunden, die in den Fig. 4 und 5 als Batterie 122 ersichtlich, ist ein solcher kleiner Klotz 29 aus Poly- dargestellt ist. Die Bürste 121 ist über einen Schalter tetrafluorethylen-Kunstharz zweckmäßig in einer io 123 mit der positiven Klemme der Batterie 122 ver-Ausnehmung an der Innenfläche des Ringes 15 vor- bunden. Ein mit Perforationslöchern 129 versehenes zusehen. Der aus dieser Ausnehmung ragende Klotz Band 126 umspannt die die Halbleiterschicht 125 wird dabei durch eine Feder 31 an die Halbleiter- aufweisende Nabe 112. Das vorzugsweise aus nichtschicht 25 gedrückt. Auf diese Weise läßt sich die rostendem Stahl bestehende Band 126 ist an seinem Abnutzung des Halbleiters in genau bestimmbaren 15 einen Ende an eine Befestigungsvorrichtung 127 ange-Grenzen halten. Die Bürste 32 hat die Aufgabe, schlossen, die eine leitende Verbindung des Bandes etwaige größere Zusammenballungen des Polytetra- . 126 mit dem Ring 115 herstellt. Für die Befestigungsfluoräthylen-Kunstharzes von der Oberfläche der vorrichtung 127 ist eine Ausnehmung an der Innen-Halbleiterschicht zu entfernen. Die Bürste 32 ist fläche des Metallringes 115 vorgesehen. Das andere jedoch nicht unbedingt erforderlich. ₂o Ende des Bandes 126 ist mittels einer Feder 128 an

In Fig. 3 ist das von einer Kupplung gemäß Fig. 1 einer Haltevorrichtung befestigt, die in einer anderen und 2 übertragene Drehmoment in Abhängigkeit von Ausnehmung an der Innenfläche des Metallringes 115 der Geschwindigkeit bei einer Spannung von 200 V angeordnet ist. Die Feder 128 legt das Band 126 zwischen dem Band 26 und der Halbleiterschicht 25 unter Vorspannung an die Halbleiterschicht 125 der aufgetragen. Ferner geht aus dem Diagramm gemäß 25 Nabe 112 an. Die Oberfläche der Halbleiterschicht Fig. 3 das geringfügige Drehmoment hervor, das im 125 ist von einem dünnen, dielektrische Eigenschafspannungslosen Zustand des Bandes 26 und der ten aufweisenden Film eines flüssigen Schmiermittels, Halbleiterschicht 25 auf Grund der gleitenden Rei- beispielsweise eines Silikonöles, umgeben. Dieses bung zwischen diesem Band und der Halbleiterschicht Schmiermittel wird im Laufe des Betriebes der Kuppverbleibt und das bei hohen Umdrehungsgeschwin- 30 lung aus dem Raum zwischen den Oberflächen der digkeiten noch weiter absinkt. Halbleiterschicht 125 und des Bandes 126 heraus-

Es hat sich gezeigt, daß eine Kupplung, die einen gequetscht. Durch eine Bürste 131 aus Mohair oder Wandler nach der Erfindung enthält und unter Be- ähnlichem Material, die eine kleine Menge der rücksichtigung der im vorhergehenden dargelegten Schmierflüssigkeit enthält, wird die aus dem Raum konstruktiven Gesichtspunkte aufgebaut ist, eine lange 35 zwischen der Halbleiterschicht 125 und dem Band Lebensdauer sowie gleichbleibende Eigenschaften 126 ausgetretene Schmiermittelmenge ergänzt, während des Betriebs aufweist und auch bei hohen Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Kupplung kann

Geschwindigkeiten des antreibenden Kupplungsteils ebenso wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kuppsehr zuverlässig arbeitet. Selbst bei der Übertragung lung so betrieben werden, daß entweder die Welle 111 großer Drehmomente arbeitet die in den Fig. 1 und 2 40 oder die Riemenscheibe 113 den antreibenden Teil gezeigte Kupplung noch völlig schlupffrei, so daß sie der Kupplung bildet, der mit einem in den Zeichauch für Kupplungsaufgaben geeignet ist, bei welchen nungen nicht gezeigten Motor od. dgl. verbunden ist. der synchrone Lauf von antreibendem Teil und Bei geöffnetem Schalter 123 ist die Kupplung ausangetriebenem Teil vorausgesetzt werden muß. gerückt. Die gleitende Reibung zwischen dem Band Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungs- 45 126 und der Halbleiterschicht 125 ist bei offenem form einer einen Wandler nach der Erfindung auf- Schalter 123 nicht hinreichend groß, um nennenswerte weisenden Kupplung sind ebenso wie bei der Kupp- Kräfte vom antreibenden Teil auf den anzutreibenden lung gemäß den Fig. 1 und 2 auf der Welle 111 eine Teil der Kupplung zu übertragen. Die Kupplung wird elektrisch leitende Nabe 112 und eine Riemenscheibe durch Schließung des Schalters 123 eingerückt. Durch nebeneinander angeordnet. Die vorzugsweise aus 50 Schließung des Schalters 123 wird praktisch die geMessing bestehende Nabe 112 ist durch Preßsitz mit samte Klemmenspannung der Batterie 122 zwischen der Welle 111 fest verbunden, während die Riemen- dem Band 126 und der Halbleiterschicht 125 wirksam, scheibe 113 durch das Kugellager 114 bei ausgerückter wodurch elektroadhäsive Kräfte zwischen dem Band Kupplung sich unabhängig von der Welle 111 drehen 126 und der Halbleiterschicht 125 in Erscheinung kann. Auf den Außenumfang der Nabe 112 ist eine 55 treten. Die Wirkungsweise der durch die Fig. 4 und 5 Halbleiterschicht125 aufgebracht. Hinsichtlich der veranschaulichten Kupplung ist ebenso wie bei der Zusammensetzung des Halbleitermaterials 124 gelten in den Fig. 1 und 2 gezeigten Kupplung im grunddie bereits für das Halbleitermaterial 24 der Kupp- sätzliehen unabhängig von der Wahl der Polarität der lung gemäß den Fig. 1 bis 3 aufgeführten Gesichts- durch die Batterie 122 an das Band 126 und die punkte. Die die Halbleiterschicht 125 tragende Nabe 60 Halbleiterschicht 125 angelegten Potentiale. Es ist ist von einem Metallring 115 umgeben, dessen jedoch auch hier wiederum zweckmäßig, das leitende Innendurchmesser größer ist als der Außendurch- Band 126 mit der negativen Klemme und die Halbmesser der Nabe 112 bei aufgebrachter Halbleiter- leiterschicht 125 mit der positiven Klemme der schicht 125. Der Metallring 115 ist mittels Schrauben Batterie 122 zu verbinden. Bei der Kupplung gemäß an der der Nabe 112 zugewandten Stirnseite der 65 den Fig. 4 und 5 ist ebenso wie bei der durch die Riemenscheibe 113 in der aus den Fig. 4 und 5 her- Fig. 1 und 2 veranschaulichten Kupplung an Stelle vorgehenden Weise befestigt. Die Schrauben 116 sind einer Gleichspannungsquelle eine Wechselspannungsvon Isolierhülsen 117 sowie von Isolierbuchsen 118 quelle verwendbar. Wenn die Welle 122 von außen

her angetrieben wird, bildet die mit einer Halbleiterschicht 125 versehene Nabe 112 den antreibenden Teil der Kupplung und das Band 126 den angetriebenen Teil der Kupplung. Wird die Riemenscheibe 113 angetrieben, so vertauschen Nabe 112 und Band 126 ihre Funktion als antreibender bzw. angetriebener Kupplungsteil.

Soll die Kupplung bei höheren Temperaturen betrieben werden, so dient als flüssiges Dielektrikum vorteilhaft geschmolzenes Methyl-Metacrylat.

Um das flüssige Dielektrikum in Form eines dünnen Films auf die Oberfläche der Halbleiterschicht 125 aufzubringen, wird zweckmäßig die mit der Halbleiterschicht 125 versehene Nabe 112 langsam gedreht und die Schmierflüssigkeit der Oberfläche der Halb- *5 leiterschicht 125 in reichlichen Mengen zugeführt. Die Oberfläche der Halbleiterschicht 125 wird anschließend mit einem reinen Textilstofflappen aus feinem Gewebe abgerieben. Der Schmiermittelfilm wird während des Betriebs der Kupplung durch eine kleine Bürste 131 aufrechterhalten, die vor ihrer Anbringung in die dielektrische Schmierflüssigkeit getaucht und anschließend ausgedrückt wird. Es genügen ganz geringe Ölmengen, und die Aufbringung überschüssiger Schmiermittelmengen muß vermieden werden. Nach einer Einlaufzeit von einigen Stunden unter Belastung der Kupplung zeigt eine an die rotierende Halbleiterschicht 125 angelegte reinweiße Schleifbürste keine Verfärbung. Hierdurch ist nachgewiesen, daß praktisch keine Abnutzung bzw. lediglieh eine verschwindend geringe Abnutzung der Reibflächen der Kupplung auftritt.

Ein Vergleich der in den Fig. 3 und 6 wiedergegebenenDrehrnornent-Geschwindigkeits-Diagramme zeigt, daß sich die Drehmomentcharakteristik der durch die Fig. 4 und 5 veranschaulichten Kupplung von der durch die Fig. 1 und 2 dargestellten Kupplung wesentlich unterscheidet. Aus Fig. 6 geht hervor, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 mit Annäherung der Drehgeschwindigkeit an Null auch das übertragene Drehmoment nach dem Wert Null zustrebt. Die Kupplung gemäß den Fig. 4 und 5 hat somit die Drehmoment-Geschwindigkeits-Charakteristik einer Flüssigkeitskupplung, was für eine Vielzahl von Anwendungszwecken sehr erwünscht ist. Ferner ist mit der durch die Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Kupplung ein höheres Drehmoment bei kleinerem Spannungsbedarf übertragbar. Die Frage nach der Ursache dieser Erscheinung könnte dahingehend beantwortet werden, daß bei der Kupplung gemäß den Fig. 4 und 5 in der Formel für die Haftkraft der Reibflächen die hohe Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schmierflüssigkeit an Stelle der Dielektrizitätskonstante für Luft einzusetzen ist. Diese Erklärung ist jedoch insofern nicht voll befriedigend, als sie der Tatsache, daß das übertragbare Drehmoment bei kleiner werdender Geschwindigkeit des antreibenden Teils der Kupplung zurückgeht, nicht gerecht wird. Die Kupplung gemäß den Fig. 4 und 5 weist ferner einen bei wechselnder Umdrehungsgeschwindigkeit gleichmäßigeren sowie zeitlich weniger veränderlichen Drehmomentverlauf auf.

Wie aus dem Drehmoment-Geschwindigkeits-Diagramm gemäß Fig. 6 hervorgeht, überträgt die Kupplung gemäß den Fig. 4 und 5 bei abgeschalteter Spannungsquelle ein Drehmoment, dessen Maximum bei etwa 50 Umdr./Min. des antreibenden Kupplungsteils liegt. Wenn das Band 126 weniger Perforations löcher aufweist, als in Fig. 5 angedeutet sind, oder wenn überhaupt keine Perforationslöcher 129 in dem Band 126 vorgesehen werden, so verschiebt sich dieses Maximum in das Gebiet höherer Umdrehungsgeschwindigkeiten des antreibenden Kupplungsteils. Wird dagegen eine größere Anzahl von Perforationslöchern 129 im Band 126 vorgesehen, so wandert das bei spannungsloser Kupplung auftretende unerwünschte Drehmomentmaximum in das Gebiet kleiner Geschwindigkeiten des antreibenden Kupplungsteils oder verschwindet ganz. Vermutlich ist diese Erscheinung darauf zurückzuführen, daß in gewissem Umfange Luft an das flüssige Dielektrikum gelangen muß, damit die für den Anpreßdruck zwischen den Reibflächen maßgebende elektroadhäsive ölschicht möglichst rasch zusammenbricht. Im Band 126 vorhandene Perforationslöcher 129 erleichtern den Zutritt der hierfür erforderlichen Luftmenge.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ~ 1. Vorrichtung zur elektrisch steuerbaren Übertragung von mechanischen Kräften zwischen einem mittels Einlagerungen von unterschiedlich leitenden Teilchen halbleitenden Körper und einem diesem unmittelbar benachbarten leitenden Körper durch die beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einer auf dem Halbleiterkörper angebrachten Elektrode und dem leitenden Körper entstehende Anziehung zwischen beiden, in welcher die Abnutzung des Halbleiterkörpers unterbindende Mittel vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den aneinander gleitenden Flächen beider Körper abnutzungsunterbindende Kunststoffe aus der Gruppe der Polyplaste wirksam sind und die Körper aus diesen Kunststoffen angepaßten Werkstoffen bestehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit dem leitenden Körper in Berührung kommende Fläche des Halbleiters ein starrer Körper (29) ständig einwirkt.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Körper (29) aus Fluorkunststoff, vorzugsweise aus einem Polymerisationsprodukt von Polytetrafluorethylen, besteht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit dem leitenden Körper in Berührung kommende Fläche des Halbleiters über eine Bürste (131) eine Flüssigkeit ständig einwirkt.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Silikonöl ist.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit geschmolzenes Methylmetacrylat ist.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 sowie 2 und 3, 4 und 5 oder 4 und 6, gekennzeichnet durch einen als Preßmasse hergestellten Halbleiterkörper, der Kohlenstoffteilchen in einem Bindemittel auf Gummibasis oder Phenolharzbasis enthält.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen im Spritzgußverfahren hergestellten sowie einem Brennvorgang unter-

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   zogenen Halbleiterkörper, der Kohlenstoffteilchen und/oder Metalloxydteilchen in einem Bindemittel aus Ton oder einem anderen keramischen Bindemittel enthält.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem synthetisch hergestellten Halbleiterkörper Kohlenstoffteilchen in einem isolierenden Bindemittel aus natürlichem oder künstlichem Gummi, Phenolharzen und Asbest eingebettet sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Halbleiterkörper aus 162 Gewichtsteilen Gummi, 200 Gewichtsteilen Phenolkunstharz, 240 Gewichtsteilen Asbest, 6 Gewichtsteilen Zinkoxyd, 6 Gewichtsteilen Schwefel, 3 Gewichtsteilen Stearinsäure, 3 Gewichtsteilen Zinkstearat, 3 Gewichtsteilen Antioxydationsmittel, 1,5 Gewichtsteilen Mercaptobenzothiazol, 0,3 Gewichtsteilen Zinkdimethyldithiocarbamat und 166 Gewichtsteilen Ruß zusammensetzt.
11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 sowie 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers sich ausbildende Zusammenballungen von Fluorkunststoff mittels einer ständig wirksamen Bürste (32) selbsttätig entfernt werden.
12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Halbleiterkörper in Abhängigkeit von der jeweiligen Spannungsdifferenz gleitende oder haftende leitende Körper ein nichtrostendes Stahlband (26, 126) ist.
13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband (126) mit Perforationslöchern (129) versehen ist.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 384 028, 412 874, 002;
    USA.-Patentscbrift Nr. 2 417 850.

    Hierzu I Blatt^Zeichnungen

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