DE19509503A1 - Vorrichtung mit veränderbarem Reibwert - Google Patents

Vorrichtung mit veränderbarem Reibwert

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DE19509503A1
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Andreas Pohl
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen durch Reibung, bei der zu Steuerungs- und Regelungs­ zwecken eine Änderung des Reibungswiderstands erfolgt.
Zu Vorrichtungen dieser Art gehören Reibkupplungen, bei denen wenigstens eines der die Reibpaarung bildenden Teile normal zur Reibfläche bewegt und so mit der Reibfläche des anderen Teils in Kontakt gebracht wird. Dabei müssen in vielen Fällen für das Ein- oder Auskuppeln Federkräfte überwunden werden, die die Reibflächen je nach Anwendungs­ zweck entweder auf Abstand halten oder gegeneinander pres­ sen. Durch Dosieren der Kupplungskraft kann der Reibwert und damit das übertragbare Moment geändert werden. Wegen der dabei zu bewegenden Massen und der Überwindung der Federkräfte sind mit derartigen Kupplungen keine allzu hohen Schaltfrequenzen für das Ein- und Auskuppeln bzw. für eine Änderung des Reibwertes möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der hohe Schaltfrequenzen und kurzzeitige Änderungen des Reibwertes möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die relativ zueinander bewegbaren Teile durch einen Spalt von­ einander getrennt sind, der sich in Richtung der Relativbe­ wegung der Teile erstreckt, daß die Teile gegeneinander elektrisch isoliert und mit den Polen einer Spannungsquelle verbindbar sind, daß auf der an den Spalt angrenzenden Flä­ che von wenigstens einem der Teile eine Vielzahl von kurzen Haaren, Fäden, Folienstreifen, Geweben oder dergleichen einzeln oder in Form eines Pelzes angebracht sind und daß die Haare oder dergleichen mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus einer Ruhelage, in der sie im wesentlichen parallel zur Richtung der Relativbewe­ gung der Teile ausgerichtet sind, in eine Eingriffslage bewegbar sind, in der sie mittelbar oder unmittelbar mit dem anderen Teil in Reibkontakt treten.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Reibungswi­ derstand zwischen den beiden relativ zueinander beweglichen Teilen in weiteren Grenzen geändert werden und die Mitnahme des angetriebenen Teils durch das antreibende Teil gesteu­ ert bzw. geregelt werden. Da die erfindungsgemäß eingesetz­ ten Haare oder dergleichen nur eine sehr geringe Masse auf­ weisen, erfolgt die Änderung des Reibwertes praktisch träg­ heitslos mit der Änderung der Stärke des elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes bzw. mit der Änderung der angelegten Spannung. Die relativ zueinander beweglichen Teile sind zumindest im Bereich der Reibpaarung, d. h. in dem Bereich mit den elektrostatisch oder elektromagnetisch auf ladbaren Haaren oder dergleichen als Kondensator oder als Elektromagnet aufgebaut. An den Oberflächen des Spalts befinden sich entweder entgegengesetzte Ladungen, wodurch die Haare von der gegenüberliegenden Fläche angezogen wer­ den, oder es wird ein Magnetfeld gebildet, durch das die Haare aufgerichtet werden. Hierdurch werden die beiden relativ zueinander beweglichen Teile reibend miteinander verbunden und durch elektrostatische oder elektromagneti­ sche Kräfte in Eingriff gehalten. Durch Änderung der ange­ legten Spannung wird die Haltekraft verändert, so daß das übertragbare Drehmoment proportional mit der elektrischen Spannung verändert werden kann.
Die Anordnung der Haare wird erfindungsgemäß so gewählt und kombiniert, daß die elektrostatische oder elektromagneti­ sche Anziehung oder Abstoßung zur Wirkung kommt. Die Haare oder dergleichen bzw. der Haarpelz oder das Haargewebe kön­ nen auf Zug, Biegung, Torsion, Druck belastet, d. h. elek­ trostatisch oder elektromagnetisch durch Anziehung oder Abstoßung in den genannten Belastungsarten beansprucht wer­ den. Die Haltekräfte der Haare bilden Dipole. Die Halte­ kraft ist also hauptsächlich elektrostatischer oder elek­ tromagnetischer Art. Da gleichpolige Ladungen einander abstoßen, können Haare, die zwar als Gesamthaar anziehenden Kräfte unterliegen, mit Haaren umgehen werden, die gleich­ polig aufgeladen sind und sich daher voneinander abstoßen. Das gilt auch, wenn die Haare oder dergleichen auf beiden Flächen, die die Reibpaarung bilden, angebracht sind.
Die Vorrichtung ist unempfindlich gegen einen Achsversatz der beiden relativ zueinander beweglichen Teile. Sind die Haare oder dergleichen in Ruhelage, können die Teile prak­ tisch reibungsfrei relativ zueinander bewegt werden. Zur Herstellung einer Anfangsreibung kann die Reibpaarung erforderlichenfalls aber auch unter Hinzufügung einer vis­ kosen Flüssigkeit betrieben werden.
Die Haare oder dergleichen sind vorzugsweise durch elasti­ sche Kräfte aus der Sperr- in die Ruhelage rückstellbar. Alternativ können sie auch mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes zurückgestellt werden. In Richtung der Relativbewegung sind die Haare oder derglei­ chen über eine ausreichend lange Strecke und mit ausrei­ chender Dichte angeordnet, so daß in Eingriffslage eine Relativbewegung zwischen den Teilen vollständig gehemmt werden kann. Dabei ist selbstverständlich, daß die Haare oder dergleichen durch Änderung der Stärke des elektrosta­ tischen oder elektromagnetischen Feldes in jede beliebige Position zwischen Ruhe- und Eingriffslage einstellbar sind.
Zur Verstärkung des erfindungsgemäßen Effektes kann vorge­ sehen werden, daß in den beiden relativ zueinander bewegba­ ren Teilen drei oder mehr Oberflächenbereiche ausgebildet sind, die alternierend mit den beiden Polen einer Span­ nungsquelle verbindbar sind und daß dadurch zwei oder mehr Reibpaarungen erzeugbar sind. Im einfachsten Fall bestehen die Reibpaarungen aus ebenen Oberflächenbereichen; sie kön­ nen aber auch aus zylindrischen oder kugelförmigen Oberflä­ chenbereichen gebildet werden. Eine weitere Verstärkung des erfindungsgemäßen Effektes kann dadurch erreicht werden, daß die Haare oder dergleichen auf beiden Teilen der Reib­ paarung angeordnet sind. Ferner ist es möglich, daß die Haare oder dergleichen nicht auf den relativ zueinander beweglichen Teilen sondern beidseitig auf einem zwischen den Teilen befindlichen gesonderten Träger angeordnet sind. Für diesen Fall sind der Träger mit dem einen und die rela­ tiv zueinander beweglichen Teile mit dem anderen Pol einer Spannungsquelle verbindbar. Schließlich kann eine Steige­ rung der Wirkung dadurch erreicht werden, daß die Haare oder dergleichen tannenbaumartige Verzweigungen aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt zur Her­ stellung einer Reibkupplung verwendet, bei der die beiden relativ zueinander beweglichen Kupplungshälften voneinander elektrisch getrennt und mit den beiden Polen einer Span­ nungsquelle verbindbar sind. In einem Spalt zwischen den beiden Kupplungshälften sind Haare oder dergleichen ange­ ordnet und mit einer der beiden Kupplungshälften verbunden, wobei die Haare oder dergleichen mittels eines elektrosta­ tischen oder elektromagnetischen Feldes aus einer Ruhelage, in der sie im wesentlichen parallel zur Richtung der Rela­ tivbewegung ausgerichtet sind, in eine Eingriffslage beweg­ bar sind, in der sie mit der anderen Kupplungshälfte in Reibungsgriff treten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft bei einem pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Katapult ver­ wendet werden. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung mit einem Gehäuse und einem darin abdichtend geführten Kol­ ben mit einseitig aus dem Gehäuse herausgeführter Kolben­ stange. Kolben und Kolbenstange einerseits sowie das Gehäuse andererseits sind elektrisch gegeneinander isoliert und mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbindbar. In einer Ausnehmung des Kolbens und/oder der Kolbenführung im Gehäuse sind Haare oder dergleichen angeordnet und mit dem Kolben bzw. dem Gehäuse verbunden. Bei Anlegen einer Spannung können die Haare oder dergleichen mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus der Ruhelage, in der sie parallel zur Bewegungsrichtung der Kolbenstange ausgerichtet sind, in die Eingriffslage aufge­ richtet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Sperrung eines mechanischen Gelenks benutzt werden. Dieses kann aus einem ersten und einem darin dreh- oder schwenkbar gelager­ ten zweiten Teil bestehen. Die Teile sind gegeneinander elektrisch isoliert und mit den Polen einer Spannungsquelle verbindbar. In einer Ausnehmung zwischen erstem und zweitem Teil sind Haare oder dergleichen angeordnet und mit einem der beiden Teile verbunden. Bei Anlegen einer Spannung sind die Haare oder dergleichen mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus der Ruhelage in die Eingriffslage einstellbar.
Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der besteht bei einem Längsoszillator, der im wesentlichen aus einem Schwingstab besteht, der über Antriebsrollen und Reibkupp­ lungen von je einem Antrieb für die gegenläufigen Bewe­ gungsrichtungen translatorisch antreibbar ist. Die Antriebsrollen und darin drehbar gelagerte Kupplungsschei­ ben sind gegeneinander elektrisch isoliert und mit den bei­ den Polen einer Spannungsquelle verbindbar. In einem zwi­ schen der Antriebsrolle und der Kupplungsscheibe vorgese­ henen Spalt sind Haare oder dergleichen angeordnet und mit der Antriebsrolle und/oder mit der Kupplungsscheibe verbun­ den. Bei Anlegen einer Spannung können die Haare mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus der Ruhelage in die Eingriffslage eingestellt werden.
In ähnlicher Weise können Vorrichtungen gemäß der Erfindung auch bei einem Drehoszillator angewendet werden. Dieser besitzt eine Schwingwelle, die über Antriebsrollen und Reibkupplungen von je einem Antrieb für die gegenläufigen Bewegungsrichtungen drehbar ist. Zwei Kupplungsscheiben sind mit der Schwingwelle drehfest verbunden und in Antriebsrollen drehbar gelagert, die die Kupplungsscheiben umgreifen. Die Kupplungsscheiben sind gegenüber den Antriebsrollen elektrisch isoliert und mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbindbar. In einem zwischen den Kupplungsscheiben und den Antriebsrollen ausgebildeten Spalt sind Haare oder dergleichen angeordnet und mit den Kupplungsscheiben und/oder mit den Antriebsrollen verbun­ den. Bei Anlegen einer Spannung sind die Haare aus der Ruhelage in die Eingriffslage einstellbar.
Weiter Einzelheiten der Erfindung werden anhand von in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht einer Wellenkupplung,
Fig. 2 eine Gehäusekupplung in gelöstem Zustand,
Fig. 3 die Gehäusekupplung gemäß Fig. 2 in gekuppeltem Zustand,
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Katapults,
Fig. 5 eine Vorderansicht und
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Kreuzgelenks,
Fig. 7 eine Draufsicht und
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Längsoszillators und
Fig. 9 eine Seitenansicht eines teilweise geschnittenen Drehoszillators.
Die in Fig. 1 dargestellte Wellenkupplung besteht aus zwei Wellenstümpfen 1, 2, die in Lagern 3, 4 drehbar und axial unverschieblich gehalten sind und die endseitig einander benachbarte Kupplungsscheiben 5, 6 aufweisen, zwischen denen ein Spalt 7 vorgesehen ist. Die Kupplungsscheiben 5, 6 sind elektrisch gegeneinander isoliert und mit den Polen einer Spannungsquelle U verbindbar. In dem Spalt 7 sind auf beiden Kupplungsscheiben 5, 6 Haare 8 angebracht, die mit­ tels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Fel­ des, das bei Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Kupplungsscheiben 5, 6 aufgebaut wird, aus ihrer Ruhelage (obere Bildhälfte) in eine Eingriffslage (untere Bild­ hälfte) gebracht werden können. Während der Reibungswider­ stand zwischen den Kupplungsscheiben 5, 6 in der Ruhelage praktisch gleich Null ist, weil die Haare 8 einander nicht berühren, erreicht er durch den Reibkontakt der Haare 8 in der Eingriffslage seinen größten Wert, der ausreicht, das Auslegungsdrehmoment zwischen den Wellenstümpfen 1, 2 zu übertragen.
Bei der Gehäusekupplung gemäß den Fig. 2 und 3 sind die beiden Wellenstümpfe 1, 2 wiederum in Lagern 3, 4 gehalten. An einem der Wellenstümpfe 1 ist endseitig ein rotations­ symmetrisches Gehäuse 9 angebracht, während der andere Wel­ lenstumpf 2 eine Kupplungsscheibe 6 trägt, die sich inner­ halb des Gehäuses 9 befindet, wobei zwischen dem Gehäuse 9 und der Kupplungsscheibe 6 allseits ein Spalt 7 vorhanden ist. Das Gehäuse 9 und die Kupplungsscheibe 6 sind elek­ trisch gegeneinander isoliert und mit den beiden Polen einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbindbar. Im Spalt 7 sind auf den sich gegenüberliegenden Flächen des Kupplungsflanschs 6 und des Gehäuses 9 Haare 8 oder der­ gleichen aufgebracht, die mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes, das bei Anlegen einer Spannung zwischen der Kupplungsscheibe 6 und dem Gehäuse 9 aufgebaut wird, aus der Ruhelage in Fig. 2 in die Ein­ griffslage gemäß Fig. 3 gebracht werden können. In der Eingriffslage der Haare 8 bilden Gehäuse 9 und Kupplungs­ scheibe 6 eine geschlossene Reibkupplung, über die das von einem Antrieb 10 in den Wellenstumpf 2 eingebrachte Drehmo­ ment auf den Wellenstumpf 1 übertragen werden kann. Bei abgeschwächtem elektromagnetischen oder elektrostatischen Feld kann ein definiertes Rutschmoment übertragen werden.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Katapult ist ein Kolben 11 mit einer Kolbenstange 12 in einem Zylindergehäuse 13 axial verschieblich angeordnet. Ein Verdrängungsraum 14 auf der der Kolbenstange 12 abgewandten Seite des Kolbens 11 ist mit einem Anschluß 15 versehen, durch den ein Druckmedium eingebracht werden kann. Der Verdrängungsraum 14 ist außer­ dem mit einem Druckspeicher 16 verbunden. Ein zweiter Ver­ drängungsraum 17 auf der entgegengesetzten Seite des Kol­ bens 11 kann über eine Öffnung 18 entlüftet werden. Der Kolben 11 und die Kolbenstange 12 einerseits und das Gehäuse 13 andererseits sind elektrisch gegeneinander iso­ liert und mit den Polen einer Spannungsquelle U verbindbar.
In der Mantelfläche des Kolbens 11 und in der die Kolben­ stange 12 umgebenden Bohrungsfläche des Gehäuses 13 ist je eine kreiszylindrische Ausnehmung 19 ausgebildet, in der Haare 8 angeordnet und mit dem Kolben 11 bzw. mit dem Gehäuse 13 verbunden sind. Wird eine Spannung angelegt, so werden die Haare 8 mittels eines elektromagnetischen oder elektrostatischen Feldes aus ihrer Ruhelage (obere Bild­ hälfte) in die Eingriffslage (unter Bildhälfte) gebracht. In der Eingriffslage werden der Kolben 11 und die Kolben­ stange 12 in der dargestellten Position entgegen der durch Beaufschlagung des Verdrängungsraumes 14 mit einem Druck­ mittel auf den Kolben 11 einwirkenden Kraft festgehalten. Wird die Spannung abgeschaltet, fällt die Sperrwirkung der Haare schlagartig weg und der Kolben 11 wird durch die gespeicherte Druckkraft katapultartig nach rechts geschleu­ dert. Durch geeignete Steuerung der Spannung kann die Feld­ wirkung geändert und damit das Beschleunigungs- und Brems­ verhalten des Kolbens 11 beeinflußt werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Kreuzgelenk, das mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte sperrbar ist. Das Kreuzgelenk weist zwei zylindrische Lagerzapfen 20, 21 auf, die einan­ der durchdringend rechtwinkelig zu einem Kreuz fest mitein­ ander verbunden sind. Auf den beiden Enden des Lagerzapfens 20 sind die beiden als Lagerbüchsen ausgebildeten Schenkel 22 einer Gelenkgabel 23 und auf den beiden Enden des Lager­ zapfens 21 die als Lagerbüchsen ausgebildeten Schenkel 24 einer Gelenkgabel 25 schwenkbar gelagert. Jede Gelenkgabel 23, 25 weist einen Gewindezapfen 26 zur Befestigung an einem Anschlußbauteil auf. In den Lagerbohrungen der Schen­ kel 22, 24 sind in ringförmigen Ausnehmungen Haare 8 ange­ bracht. Die Oberflächen der Ausnehmungen und die diesen gegenüberliegenden Oberflächen der Zapfen 20, 21 sind elek­ trisch magnetisierbar ausgebildet und die Magnetkräfte sind mit einer steuerbaren Spannungsquelle U1 bzw. U2 veränder­ bar. In Fig. 5 werden die Haare 8 in den Schenkeln 22 durch elektromagnetische Abstoßung in einer Ruhelage gehal­ ten, in der sie sich innerhalb der Ausnehmungen befinden. Die Gelenkgabel 23 kann sich daher frei auf dem Zapfen 20 bewegen. Dagegen sind in Fig. 6 die Haare 8 in den Schen­ keln 24 durch die mit Hilfe der angelegten Spannung erzeug­ ten Magnetkräfte in ihrer Eingriffslage aufgerichtet, wodurch sie die Gelenkgabel 25 gegenüber dem Zapfen 21 blockieren. Die Größe der Blockierkraft kann durch die Stärke der Magnetkraft variiert werden.
Ein Längsoszillator, der im wesentlichen aus einem in sei­ ner Längsrichtung beweglich gelagerten Schwenkstab 27 besteht, der zwischen zwei gleichsinnig antreibbaren Antriebsrollen 28, 29 angeordnet ist, ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Antriebsrollen 28, 29 des Längsos­ zillators haben einen zentralen, zylindrischen Hohlraum 30 in dem eine zylindrische Kupplungsscheibe 31 drehbar ange­ ordnet ist, die mit einer Antriebswelle eines Antriebsmo­ tors 32 fest verbunden ist. Zwischen der Antriebsrolle 28 bzw. 29 und der jeweiligen Kupplungsscheibe 31 ist ein Spalt 33 vorgesehen, der mit Haaren 8 gefüllt ist. Die den Spalt 33 begrenzenden Flächen der Antriebsrollen 28, 29 und der Kupplungsscheiben 31 sind entweder als Magnetplatten eines Elektromagneten oder als Kondensatorplatten eines Elektrokondensators ausgebildet und die Haare 8 sind ent­ sprechend mit Hilfe von Magnetkräften oder elektrostati­ schen Kräften von einer Ruhelage in eine Eingriffslage und umgekehrt bewegbar. Bilden die den Spalt begrenzenden Flä­ chen einen Elektrokondensator, so kann der Spalt mit einer die elektrische Kraft verstärkenden Flüssigkeit, z. B. Sili­ konöl gefüllt sein.
Sind die Haare 8 in Eingriffslage, so wird die Drehbewegung des Motors 32 von der Kupplungsscheibe 31 auf die Antriebs­ rolle 28 bzw. 29 übertragen und der Schwingstab 27 in Bewe­ gung versetzt. Werden die beiden Antriebsrollen 28, 29 alternierend ein- und ausgekuppelt, so wird der Schwingstab 26 abwechselnd in der einen oder anderen der beiden gegen­ läufigen Bewegungsrichtungen angetrieben und auf diese Weise in oszillierende Bewegung versetzt. Eine Drehrich­ tungsumkehr des Antriebsmotors 32 ist nicht erforderlich, da die auf gegenüberliegenden Seiten des Schwingstabs 27 angeordneten Antriebsrollen 28, 29 gleichsinnig angetrieben werden. Dies hat den Vorteil, daß bei einer Änderung der Bewegungsrichtung des Schwingstabs die Drehrichtung der Kupplungsscheiben und des Antriebsmotors beibehalten werden kann und die Drehmasse des Antriebsmotors und der Kupp­ lungsscheiben zur Unterstützung der Antriebskraft bei der Umkehr der Bewegungsrichtung des Schwingstabs herangezogen werden kann. Da die sehr dünnen Haare im Kiloherzbereich auf Änderung des Magnetfelds und des elektrostatischen Felds ansprechen, kann mit der beschriebenen Anordnung ein hochfrequenter Oszillator geschaffen werden.
Fig. 9 zeigt einen in analoger Weise gestalteten Drehos­ zillator, bei dem eine Schwingwelle 42 von zwei Antriebsmo­ toren 34, 35 abwechselnd rechts- und linksdrehend angetrie­ ben wird. Auf der Schwingwelle 42 sind zwei Antriebsrollen 36, 37 drehbar gelagert, die über einen Riementrieb 38 bzw. 39 von dem Antriebsmotor 34 bzw. 35 angetrieben werden. Die Drehrichtung der Antriebsrollen 36, 37 ist gegenläufig. In einem Hohlraum im Innern der Antriebsrollen 36, 37 sind Kupplungsscheiben 40, 41 angeordnet, die drehfest mit der Schwingwelle 42 verbunden sind. Zwischen den Kupplungsschei­ ben 40, 41 und den diesen benachbarten Flächen der Antriebsrollen 36, 37 ist ein Spalt vorgesehen, in dem sich Haare 8 befinden. Die Haare 8 können wie bereits beschrie­ ben durch elektrostatische oder elektromagnetische Felder aus einer Ruhelage in eine Eingriffslage gebracht werden, in der sie das Antriebsmoment von den Antriebsrollen 36, 37 auf die Kupplungsscheiben 40 bzw. 41 übertragen. Durch ab­ wechselndes elektrostatisches oder elektromagnetisches Erregen der Haare in der Antriebsrolle 36 oder in der Antriebsrolle 37 wird die Schwingwelle 42 in oszillierende Drehbewegungen versetzt. Auch diese Anordnung ermöglicht eine hochfrequente Oszillation der Schwingwelle 42.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 7 bis 9 kann der Spalt zwischen den Antriebsrollen und den Kupplungsscheiben statt mir Haaren auch mit einer elek­ trorheologischen Flüssigkeit oder Suspension ausgefüllt sein, deren Viskosität durch den Aufbau eines elektrischen Feldes derart erhöht werden kann, daß ein geeignetes Dreh­ moment zwischen den Antriebsrolle und den Kupplungsscheiben übertragbar ist. Hierbei dienen die gegeneinander isolier­ ten Kupplungsscheiben und Antriebsrollen als Elektroden, die mit den Entgegengesetzten Polen einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen durch Reibung, bei der zu Steuerungs- und Regelungszwecken eine Änderung des Reibungswiderstands erfolgt, dadurch gekennzeich­ net, daß die relativ zueinander bewegbaren Teile (5, 6) durch einen Spalt (7) voneinander getrennt sind, der sich in Richtung der Relativbewegung der Teile (5, 6) erstreckt, daß die Teile (5, 6) gegeneinander elek­ trisch isoliert und mit den Polen einer Spannungsquelle (U) verbindbar sind, daß auf der an den Spalt (7) angrenzenden Fläche von wenigstens einem der Teile (5, 6) eine Vielzahl von kurzen Haaren (8), Fäden, Folien­ streifen, Geweben oder dergleichen einzeln oder in Form eines Pelzes angebracht sind und daß die Haare (8) oder dergleichen mittels eines elektrostatischen oder elek­ tromagnetischen Feldes aus einer Ruhelage, in der sie im wesentlichen parallel zur Richtung der Relativ­ bewegung der Teile (5, 6) ausgerichtet sind, in eine Eingriffslage bewegbar sind, in der sie mittelbar oder unmittelbar mit dem anderen Teil in Reibkontakt treten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haare (8) oder dergleichen mittels elastischer Kräfte aus der Eingriffslage in die Ruhelage rückstell­ bar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Haare (8) oder dergleichen mittels eines elektro­ statischen oder elektromagnetischen Feldes aus der Ein­ griffslage in die Ruhelage rückstellbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haare (8) oder dergleichen in Richtung der Relativbewegung über eine ausreichend lange Strecke mit ausreichender Dichte angeordnet sind, so daß in Eingriffslage eine Relativbewegung zwischen den Teilen vollständig gehemmt werden kann.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand der Haare (8) oder dergleichen durch Änderung der Stärke des elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes in der Eingriffslage einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden relativ zueinander bewegbaren Teilen (5, 6) drei oder mehr Oberflächenbe­ reiche ausgebildet sind, die alternierend mit den bei­ den Polen einer Spannungsquelle (U) verbindbar sind und daß dadurch zwei oder mehr Reibpaarungen erzeugbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Spalt (7) angrenzenden Oberflächen der Teile (5, 6) als Platten eines Elektro­ magneten oder eines Kondensators ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (7) mit einer dielektri­ schen oder elektrothreologischen Flüssigkeit gefüllt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haare (8) oder dergleichen auf beiden Teilen (5, 6) der Reibpaarung angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, jedoch mit der Maßgabe, daß die Haare (8) oder dergleichen nicht auf den relativ zueinander beweglichen Teilen sondern beidseitig auf einem zwischen den Teilen befindlichen gesonderten Träger angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit dem einen und die relativ zueinander beweglichen Teile mit dem anderen Pol einer Spannungs­ quelle (7) verbindbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haare (8) oder dergleichen tan­ nenbaumartige Verzweigungen aufweisen.
13. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 bei einer Reibkupplung, bei der zwei relativ zuein­ ander drehbare in konstantem Abstand voneinander ange­ ordnete Kupplungshälften (5, 6, 9) voneinander elek­ trisch getrennt und mit den beiden Polen einer Span­ nungsquelle (7) verbindbar sind und bei der in einem Spalt zwischen den beiden Kupplungshälften (5, 6, 9) Haare (8) oder dergleichen angeordnet und mit einer der beiden Kupplungshälften (5, 6, 9) verbunden sind, die mittels eines elektrostatischen oder elektromagneti­ schen Feldes aus einer eine Relativbewegung der Kupp­ lungshälften (5, 6, 9) ermöglichenden Ruhelage in eine Eingriffslage einstellbar sind, in der sie ein Drehmo­ ment von einer Kupplungshälfte auf die andere übertra­ gen.
14. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 bei einem pneumatisch oder hydraulisch beaufschlag­ baren Katapult, mit einem Gehäuse (13) und einem darin abdichtend geführten Kolben (11) mit einseitig aus dem Gehäuse (13) herausgeführter Kolbenstange (12), wobei der Kolben (11) und die Kolbenstange (12) einerseits und das Gehäuse (13) andererseits elektrisch gegenein­ ander isoliert und mit den beiden Polen einer Span­ nungsquelle (7) verbindbar sind und wobei in einer Aus­ sparung des Kolbens (11) und/oder der Kolbenführung im Gehäuse (13) Haare (8) oder dergleichen angeordnet und mit dem Kolben (11) bzw. dem Gehäuse (13) verbunden sind, die bei Anlegen einer Spannung mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus einer eine Kolbenbewegung zulassenden Ruhelage in eine den Kolben (11) festhaltenden Eingriffslage einstellbar sind.
15. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 bei einem mechanischen Gelenk, mit einem ersten Gelenkteil (23, 25) und einem darin dreh- oder schwenk­ bar gelagerten zweiten Gelenkteil (20, 21), wobei die Gelenkteile (20, 21, 23, 25) gegeneinander elektrisch isoliert und mit den Polen einer Spannungsquelle (U1, U2) verbindbar sind und wobei in einer Aussparung zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil Haare (8) oder dergleichen angeordnet und mit wenigstens einem der beiden Gelenkteile verbunden sind, die bei Anlegen einer Spannung mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes aus einer die Bewegbarkeit des Gelenks erlaubenden Ruhelage in eine das Gelenk blockierende Eingriffslage einstellbar sind.
16. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 bei einem Längsoszillator mit einem Schwingstab (27), der über zwei Antriebsrollen (28, 29) und Reib­ kupplungen (30, 31) von einem Antrieb (32) wechselnd in gegenläufigen Bewegungsrichtungen in Längsrichtung antreibbar ist wobei in den die Antriebsrollen (28, 29) jeweils eine Kupplungsscheibe (31) drehbar gelagert ist und in einem Spalt (33) zwischen den Antriebsrollen (28, 29) und der Kupplungsscheibe Haare (8) oder der­ gleichen angeordnet und mit der Antriebsrolle (28, 29) und/oder mit der Kupplungsscheibe (31) verbunden sind und wobei die den Spalt (33) begrenzenden Flächen der Antriebsrollen (28, 29) und der Kupplungsscheiben (31) als Platten eines Elektromagneten oder eines Kondensa­ tors ausgebildet sind derart, daß die Haare (8) bei Anlegen einer Spannung mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes in eine Ruhelage und in eine Eingriffslage einstellbar sind.
17. Anwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 bei einem Drehoszillator mit einer Schwingwelle (42), die über Antriebsrollen (36, 37) und Reibkupplun­ gen von je einem Antrieb (34, 35) in gegenläufigen Drehrichtungen drehbar ist, wobei zwei Kupplungsschei­ ben (40, 41) mit der Schwingwelle (42) drehfest verbun­ den und in den sie umgreifenden Antriebsrollen (36, 37) drehbar gelagert sind und zwischen den Kupplungsschei­ ben (40, 41) und den Antriebsrollen (36, 37) ein Spalt vorgesehen ist, in dem Haare (8) oder dergleichen ange­ ordnet und mit den Kupplungsscheiben (40, 41) und/oder mit den Antriebsrollen (36, 37) verbunden sind und wobei die den Spalt begrenzenden Flächen der Antriebs­ rollen (36, 37) und der Kupplungsscheiben (40, 41) als Platten eines Elektromagneten oder eines Kondensators ausgebildet sind derart, daß die Haare (8) bei Anlegen einer Spannung mittels eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes in eine Ruhelage und in eine Eingriffslage einstellbar sind.
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CN1085855C (zh) * 1998-12-25 2002-05-29 清华大学 对金属/陶瓷摩擦副的摩擦系数进行主动控制的方法
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