DE1447343A1

DE1447343A1 - Vorrichtung zum Stabilhalten zweier einander benachbarter Teile ohne materielle Beruehrung

Info

Publication number: DE1447343A1
Application number: DE19641447343
Authority: DE
Inventors: Sylvain Janssen
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1963-11-04
Filing date: 1964-09-24
Publication date: 1968-11-14
Also published as: GB1018638A; FR1388739A; CH426385A; DK109624C; DE1447343B2

Description

3 Rue Dosne,
Paris 16-

Unser Zeichen; C 2025

Vorrichtung zum StaMlhalten zweier einander benachbarter Teile ohne materielle Berührung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Halterung zweier einander benachbarter Teile ohne materielle Berührung und in stabilisierter lage, wobei das eine Teil eine Schwingungskraftquelle nach Art eines Schall- oder Ultraschallwellenwandlers aufweist. Die Halterung erfolgt dabei in erster Linie auf Grund einer beträchtlichen Zunahme des durch die Kraftquelle zwischen den beiden Teilen erzeugten Strahlungsdruck und andererseits auf Grund von Führungsvorrichtungen des beweglichen Teils.

Die

>i Ü9808;C482

Die bereits bekannten Vorrichtungen, die ein"e Führung ohne Reibung ergeben, wie z.B. der Luftstrahl und der Magnetismus, haben gewisse Unzulänglichkeiten. Beim Luftstrahl ist die Rückstoßkraft im allgemeinen vom •Abstand zwischen den beiden Teilen unabhängig, wenigstens wenn der Abstand der Teile in Bezug auf ihre kleinere Querausdehnung klein ist. Beim Magnetismus ist es nicht möglich, ein stabiles Gleichgewicht· in allen Richtungen! zugleich herzustellen, ohne ein System der Unterdrückung in Anspruch zu nehmen (Lehrsatz von Earnshaw)o

Die Erfindung hat zum Ziel, diese Unzulänglichkeiten zu vermelden. Sie betrifft Einrichtungen,, die das erwähnte Verfahren anwenden und die insbesondere dazu bestimmt sind, die Halterung eines beweglichen Teiles in Bezug auf ein festes Teil, das die Schwingungskraftquelle aufweist, ohne materielle Berührung und ohne materielle Aufhängungsvorrichtungen herzustellen, sowie das bewegliche Teil in einer- Stellung mit stabilem Gleichgewicht längs einer festgelegten, gedachten Achse oder ,Ebene zu halten. Das bewegliche Teil kann sich längs des festen Teils verschieben oder sogar noch um dieses feste Teil schwingen oder sich drehen und zwar unter der Wirkung einer äußeren Kraft oder

eines

η Q « η ö / η /. α ο

eines Kräftepaars, ohne daß seine eigentliche Schwingungsaehse, Rotationsachse oder Verschiebungsachse sich von der gedachten Achse oder Ebene entfernt. Ist Jedoch keine äußere Kraft oder ein entsprechendes Kräftepaar vorhanden, so ermöglichen es die Vorrichtungen gemäß der Erfindung, das bewegliche Teil in einer anhaltend stabilen Lage zu haltern ohne irgend eine materielle Berührung und ohne eine Verbindung mit dem festen, den Wandler aufweisenden Teil.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß mitt'lr: mehrfacher Reflexionen von Schall- oder Ultra Vq: ·· , I-Uf}.; len zwischen einem Sender (beispielsweise vinorr. ι!Bioelektrischen* einem magnetos tr iktiven oder jrfcr.'i einem anderen Sender) und einer reflektierenueri, : eukrecht zur Richtung dieser Wellen liegenden Oberfläche der Strahlungsdruck beträchtlich zunimmt, wenn der Abstand Sender - Reflektor viel kleiner ist ale die Wellenlänge in dem umgebenden Medium (beispielsweise Luft). Wenn diese Mehrfachreflexio nen stattfinden, wird der gewöhnliche Strahlungsdruck auf den Reflektor wie auf den Sender mit einem Faktor Jt vervielfacht, der vom Abstand D zwischen der abstrahlenden and reflektierenden Oberfläche, den

Reflexi onsko eff1zi enten

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Reflexionskoeffizienten R: Luft - Sender und Luft Reflektor, sowie dem Absorptionskoeffizienten der Luft abhängt. Der Paktor K kann auch von der Art der verwendeten Materialien abhängen» Die Erfahrung zeigt, daß dieser Paktor nach sehr großen Werten hin tendiert, je kleiner der Wert von D wird.

Beispielsweise wurde für einen Abstand D von ungefähr 0,1 m mit einer Schwingungsfrequenz von 20 KHz und einer Schwingungspamplitude von ca 10 AX/ ein Strah-'

3
lungsdruck von ungefähr 2.10 Pascal aufgenommen₀

Eine Platte, die mehrere Hundert Gramm wiegt kann um 0,1 bis 0,2 mm in die Höhe gehoben werden.

Diese Eigenschaft wird gemäß der Erfindung als Verfahren zur Halterung eines Teils verwendet, das einem anderen Teil, das einen Schall- oder Ultra-Schallwellensender beliebiger Art aufweist, benachbart ist, ohne daß zwischen den Teilen eine materielle Verbindung besteht.

Die Erfindung hat außerdem gewisse Ausführungsformen zum Ziel, welche dieses Verfahren anwenden, und gemäß diesen Ausführungsformen wird das die Schalloder

η η η ο η Q / Π /.QO

oder Ultraschallwellen reflektierende Teil überdies in einer stabilen Gleichgewichtslage auf einer genau festgelegten, gedachten Ebene oder einer Achse gehalten.

Durch die Erfindung werden nicht nur gewisse Ausführung sformen dieses Verfahrens geschaffen, sondern sire bezieht sich außerdem auf die den sendenden und reflektierenden !Teilen in Hinsicht darauf zu gebende Gestaltung, daß ohne andere Kunstgriffe eine stabile führung mindestens in zwei Richtungen, d„h» in einer Ebene oder um eine Achse, erreicht wird.

Um die Führung in der dritten Richtung zu erreichen, ist es nötig, zusätzliche, bekannte Vorrichtungen in Anspruch zu nehmen oder eventuell auch eine andere Vorrichtung geriäß der Erfindung. Wenn es sich um die Führung in einer Ebene handelt, kann die Stabilität des reflektierenden Teiles hinsichtlich der Richtung senkrecht zu seiner Ebene erreicht werden; dabei kann jedoch dieses Teil ohne nennenswerte Kraft in seiner Ebene verschoben werden,, Anschlagvorrichtungen ergeben keine Reaktion. Handelt es sich dagegen um die Führung um eine Achse, so wird das auf

stabile

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stabile Weise zum Verbleib auf dieser Achse festgehaltene Teil sich dennoch tun diese Achse drehen und außerdem sich parallel zur Achse ohne nennenswerte Kräfte verschieben lassen. Will man dieser Verschiebung entgegentreten, so müssen magnetische oder mechanische Anschläge oder irgendwelche anderen bekannten Vorrichtungen vorgesehen werden oder auch noch eine Einrichtung gemäß der Erfindung, die entsprechend angeordnet ist. Wie in dem vorhergehenden Fall sind die Reaktionen der Anschläge durchaus vernachlässigbar.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalbei erläutert. Es zeigen:

Fig» 1 schematisch eine Vorrichtung zum Hochheben und Führen einer Platte in einer Ebene nach dem Verfahren gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Vorrichtung zum Hochheben und Führen einer Platte in einer Ebene,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Schwebenlassen und Führen eines horizontalen Zylinderteils entlang seiner Achse,

Fig. 3b

die
Fig. 3b ^Vorrichtung nach Pig. 3a in Vorderansicht,

Pig. 4a eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wandlers, der ein horizontales Vollzylinderteil schweben läßt und führt,

Pig. 4b die Vorrichtung nach Fig.4a in Vorderansicht,

Fig. 4c eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Wandlers mit dem es möglich ist, ein hohles, horizontales Zylinderstück schweben zu lassen und zu führen.

Yig,, 4d jie Vorrichtung nach Fig. 4c in Vorderansi :-ht,

Vig, 5 eine weitere Ausführungsform finer Vorrichtung, bei der eine Hatte in einer -&bene h chgehoben und geführt wird,

Pig. 6 und 7

zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung, bei der ein Rahmen schwebt und eine Führung erhält.

In

8 0 9 8 0 8 / 0 A 8 2

In Fig.1 ist ein Wandler gezeigt, beispielsweise ein magnetostriktiver Wandler, der in Form eines Stabes 11 ausgeführt ist, dessen Längsachse Z vertikal ausgerichtet ist. Me Erregerwicklungen des Wandlers sind mit einem nicht dargestellten Wechselstromgenerator verbunden. Am oberen Ende des Stabes ist eine Platte 1? befestigt, deren Außenseite eine kugelförmige Vertiefung 14 in der Längsachse Z aufweist. Die Platte 12 bildet den Strahler für die Schall- oder Ultraschallwellen. Eine ebene Platte ist mit einem kugelförmigen, komplementären Vorsprung versehen, welcher die reflektierende Fläche für die Wellen bildet. Die Kräfte des Strahlungsdrucks auf die ebene Fläche der Platte 12 sind zu dieser Platte senkrecht gerichtet; die Wellen, die durch die konkave Fläche der Vertiefung 14 der Platte 12 ausgestrahlt werden, sind ebenfalls senkrecht zur konvexen Fläche des Vorsprungs 15 der hochgehobenen d.h. getragenen Platte 13 gerichtet.

Die Kräfte der Strahlungsdrücke sind senkrecht zur ebenen Fläche der Platte 13 gerichtet. Sie sind ebenso in jedem Punkt der konvexen Fläche des Vorsprungs dieser Platte senkrecht gerichtet. Da dieser Strahlungsdruck größer wird, wenn der Abstand zwischen

den

BAD OR»G^lNAU

8 0 9 8 0 8 -' C k 8 2

den beiden einander benachbarten Flächen abnimmt, ist es klar, daß für den Fall, daß sich die Platte beispielsweise nach links verschiebt, sich eine Vergrößerung des Strahlungsdrucks auf den linken Abschnitt der kovexen Fläche des Vorsprungs 15 ergibt, welche es bewirkt, daß die Platte 13 nach rechts, in eine symmetrische Lage in Bezug auf die Längsachse Z zurückgedrängt wird.

Figo 2 zeigt eine andere Vorrichtung zum Hochheben d.h. Schwebenlassen und Führen einer Platte in einer Ebene. Diese Vorrichtung ist ähnlich derjenigen nach Fig.1; jedoch werden die abstrahlende und die reflektierende Fläche, die dort kugelförmig ausgebildet waren, durch kegelstumpfartige Flächen ersetzt. An einem Wandler 21 ist eine den Strahler für die Wellen bildende Platte 22 angebracht, deren Außenseite eine konkave, kegelstumpfartig ausgebildete Fläche hat. Ein abzustützendes und zu führendes Teil 23 ist für die entsprechende Wechselwirkung mit einer reflektierenden, konvexen Fläche 25 versehen, die auf ergänzende Weise kegelstumpfartig ausgebildet ist.

Die Figuren 3a und 3b zeigen in schematischer Darstellung in Seitenansicht und in Vorderansicht eine Vorrichtung

- ίο - "

richtung zum Schwebenlassen und Führen eines horizontal angeordneten Zylinderteils entlang seiner Achse χ - x¹. Das Zylinderteil 35 mit seitlichen, reflektierenden Flächen ist zwischen zwei diametral einander benachbarten Wandlern 31 und 32 angeordnet, welche jeweils mit zylindrischen Strahlungsflächen bzw. 34 versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kräfte der Strahlungsdrücke senkrecht zu den benachbarten zylindrischen Flächen und gehen durch die Achse χ - x¹, wie es die Pfeile in Fig«3a zeigen. Das Zylinderteil 35 kann auf diese Weise sich frei um seine Achse drehen und sich in der Axialrichtung verschieben.

Fig. 4a und 4^ zeigen schematisch in Seitenansicht und in Vorderansicht eine andere Ausführungsform, mit der es möglich ist, ein horizontal angeordnetes Vollzylinderteil mittels eines zylindrischen Wandlers, der in radialen Richtungen Schwingungen erzeugt, schweben zu lassen und zu führen» In einem Wandler sind Löcher 42 für den Durchgang von Leitungen 44 angebracht, welche die Erregerwicklungen bilden, die mit der Wechse!stromquelle verbunden sind. Eine zylindrische Innenfläche 43 des Wandlers 41 bildet die

Strahlungsfläche, 809808/0482

~ 11 -

Strahlungsfläche. Im Inneren ist das Voll zylinderteil 45 angeordnet, dessen Auswandern in Längsrichtung mittels zweier Anschläge 46 begrenzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kräfte der Strahlungsdrücke ebenfalls senkrecht zu den einander benachbarten, zylindrischen Flächen und gehen durch die Achse, wie ee die Pfeile in Fig.4a verdeutlichen. Das Vollzylinderteil 45 bleibt frei gelagert für eine Drehung uin seine Achse; seine Verschiebung in der Axialrichtung Jedoch wird durch die Anschläge 46 begrenzt.

Die Figuren 4 c und 4 d zeigen eine Variante des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, bei dem der Wandler nicht mehr am Umfang der zu führenden Zylinderfläche angeordnet ist, sondern im Inneren des Zylinderteils selbst. Ein horizontal angeordnetes, äußeres Hohlzylinderteil 47 enthält einen Wandler 41a_o Eine zylindrische Fläche 43a des in radialen Richtungen Schwingungen erzeugenden Wandlers bildet die Strahlungsfläche. Die Innenfläche des Hohlzylinderteils 47 bildet die reflektierende Fläche, und die Kräfte der Strahlungsdrücke wirken wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel senkrecht zu den Zylinderflächen. Seitliche Anschläge 46a sind ähnlich, wie es in Fig.4b

gezeigt

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gezeigt ist, vorgesehen und "begrenzen beim beweglichen Hohlzylinderteil 47 das Auswandern in Längsrichtung.

In Fig. 5 ist schematisch eine Vorrichtung zum Hochheben und Führen einer ebenen Platte in einer Ebene gezeigt, bei der zum Führen der Platte zusätzlich zu den Kräften der Strahlungsdrücke magnetische Kräfte in Anspruch genommen werden. Der Wandler 51 wird, ähnlich wie es in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 der Fall war, von einem vertikalen Stab gebildet, in dessen Achse beispielsweise zwei Polarisationsmagnete 16 entsprechend an jedem Ende angeordnet sind, oder wenigstens ein Magnet, der auf dem Wandler angebracht ist. Eine Platte 53 ist zur Erzeugung einer Wechselwirkung mit einem Führungsmagneten 17 versehen, so daß die zwischen den einander benachbarten Magneten und 17 stattfindende magnetische Anziehung die Lage der Platte in ihrer Ebene gegenüber dem Wandler festlegt.

In Fig.6 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gezeigt, mit der es möglich ist, einen Rahmen schweben zu lassen und zu führen. Ein Wandler 61 in Stabform ist in der Achse ζ - ζ¹ im Inneren eines

zu

zu führenden Rahmens 64 angeordnet. Strahlungsflachen 62 und 62', welche an den Enden entsprechend auf jeder wirksamen Seite des Wandlers angeordnet sind, haben eine Ausführungsform, die beispielsweise ähnlich derjenigen ist, wie sie in Fig.1 verwendet wurde; sie arbeiten mit zwei reflektierenden, komplementär ausgebildeten Flächen 63 bzw. 63¹ zweier innen auf dem Rahmen 64 sitzender Teile zusammen»

In Pig.7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen nach Fig. 6 gezeigt. Das eine Paar der einander benachbarten Strahlungs- und Reflektionsfläohen ist mit ebenen Flächen 72 bzw. 73 ausgebildet. Das andere Paar, bestehend aus der Strahlungsfläche 72' und der Reflektionsflache 73', hat einander sich ergänzende, kugelförmige Flächen und sichert bei sich alleine die Führung des Rahmens 74.

Patentans prüche

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Claims

-H- P a t e n t a ns ρ r ü ο h e

1) Verfahren zum Stabilhalten zweier einander "benachbarter Teile ohne materielle Berührung, welches die physikalische Erscheinung des akustischen Strahlungsdrucks verwendet, dessen Wirkung durch die aufeinanderfolgenden Reflektionen .zwischen den einander benachbarten Flächen der zwei Teile vervielfacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand, der die beiden Teile voneinander trennt, viel kleiner ist, als die Wellenlänge in dem den Zwischenraum zwischen den beiden Teilen ausfüllenden Medium.

2) Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsfläche und die Reflexoinsfläche der beiden Teile so gewählt sind, daß ein Führungseffekt erreicht wird, sei es in einer Ebene, sei es um eine Achse, der Art, daß die Komponenten der Grundkräfte, die von den Strahlung8drücken herrühren und die nicht zum Auftrieb beitragen, eine Resultierende Hull haben.

3)

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* - 15 -

3) Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1, bei der das eine Teil einen Strahler für Schalloder Ultraschallwellen aufAveist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile mit zwei einander benachbarten Abschnitten versehen sind, welche Drehflächen haben, beispielsweise kugelförmige oder kegelstumpfartige, welche sich gegenseitig ergänzen, der Art, daß die Führung des beweglichen Teiles,in einer Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung erreicht wird.

4) Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1, bei dem das eine Teil mindestens einen Strahler für Schall- oder Ultrasehallwellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil zylindrisch geformt ist und zwischen zylindrischen, koaxial zum beweglichen Teil liegenden Strahlungsflächen angeordnet ist, der Art, daß die Führung des beweglichen Teils um die gemeinsame Achs<; der beiden Teile erreicht wird₀

5) Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile zylindrisch und koaxial ausgeführt sind und daß der

Strahler

BAD ORtGiNAL

P O 9 8 O 8 ' C k 8 2

~ 16 -

Strahler für die Schall- oder Ultraschallwellen entweder außerhalb oder innerhalb des zu führenden Teils angeordnet ist.

6) Vorrichtung nach dem Verfahren von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil in drei zueinander senkrechten Richtungen durch die Kombination einer Führungsvorrichtung gemäß den vorhergehenden Ansprüchen mit einer magnetischen oder irgend einer anderen,' bekannten Führungsvorrichtung geführt wird»