DE2236159A1

DE2236159A1 - DRIVE UNIT

Info

Publication number: DE2236159A1
Application number: DE19722236159
Authority: DE
Inventors: Hans Kleinwaechter; Juergen Kleinwaechter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-07-22
Filing date: 1972-07-22
Publication date: 1974-01-31
Also published as: FR2194276A5

Description

Patent application

Anmelder: Prof. Dr.-Ing. Hans Kleinwächter . /1Z O D I 0 3 Forschungs- und Entwicklungslabor 7850 Lörrach, Kreuzstrasse 105 'Applicant: Prof. Dr.-Ing. Hans Kleinwächter. / 1Z O D I 0 3 Research and development laboratory 7850 Lörrach, Kreuzstrasse 105 '

Erfinder: Prof. Dr.-Ing. Hans Kleinwäch'ter Jürgen KleinwächterInventor: Prof. Dr.-Ing. Hans Kleinwäch'ter Jürgen Kleinwächter

AntriebseinheitDrive unit

- BSaa9BCSS3S»333- BSaa9BCSS3S »333

PatentanmeldungPatent application ((

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Antriebseinheit, die aus Motor und Getriebe besteht, zu verwirklichen, welche den Forderungen moderner Technologien nach leichten, leistungsfähigen, trägheitsarmen und robusten Antriebselementen nachkommt. Dabei soll ein von einem flüssigen, gasförmigen oder magnetischen Arbeitsmittel betriebener Motor über ein Deformatiohsgetriebe entweder Rotations- oder Translationsbewegungen erzeugen. Die Energie des Arbeitsmittels soll dabei über ein System von elastisch verformbaren Expan— sionskammern oder ein System von Magneten eine kontinuierlich fortschreitende Deformationswelle in einer biegsamen Fläche erzeugen, die den Flexplineteil (θ) eines Deformationswellengetriebes darstellt.The present invention has set itself the task of realizing a drive unit consisting of a motor and a gearbox, which meets the demands of modern technologies for light, powerful, robust, low-inertia drive elements. Included if a motor operated by a liquid, gaseous or magnetic working medium is to be either rotationally driven via a deformation gear or generate translational movements. The energy of the work equipment is supposed to use a system of elastically deformable expandable sion chambers or a system of magnets a continuously progressing Generate deformation wave in a flexible surface, which represents the Flexplineteil (θ) of a deformation wave transmission.

Die erfindungsgemässe Antriebseinheit dient der Umwandlung der Energie eines flüssigen, gasförmigen oder magnetischen Arbeitsmittels in die Rotation oder Translation einer Abtriebsachse. - Zunächst sei der Fall der Umwandlung in die Rotation der Abtriebsachse bei flüssigen oder gasförmigen Arbeitsmitteln besprochen. Hierbai sind zwei grundsätzliche Fälle zu unterscheiden: Im ersteren Falle führen die Expansionskammern eine radiale (Fig.i) im zweiten Falle eine axiale Bewegung ""bezüglich der Rotationsachse (Fig.2) aus. Im ersteren Falle wird auf die bekannten Konstruktionsmerkmale eines Deformationswellengetriebes zurückgegriffen. In bekannter Weise wirkt an einem solchen Getriebe ein verformbares Zahnrad mit einem starren (3) zusammen. Die Wellenachsen beider Zahnräder liegen koaxial zueinander; bei dem verformbaren Zahnrad ist der Zahnkranz aussen auf einen dünnwandigen, in radialer Richtung'leicht verformbaren Zylindermantel aus Metall angebracht. Das starre Zahnrad hat eine Innenverzahnung mit der gleichen Zahnteilung, wie das verformbare Zahnrad und mindestens einen Zahn mehr als das verforrnbare Zahnrad. Ein sogenannter Daformationswellenarzeugerj der auf der sbenfalls koaxialen Antriebswelle angebracht ist, sorgt dafür,The drive unit according to the invention is used to convert the energy a liquid, gaseous or magnetic working medium into the rotation or translation of an output shaft. - First of all, be the case the conversion into the rotation of the output axis for liquid or gaseous working media. Hierbai are two basic ones To differentiate between cases: In the first case the expansion chambers move radially (Fig.i) in the second case an axial movement "" with respect to the axis of rotation (Fig.2). In the former case will be on the known design features of a deformation shaft gear used. Acts in a known manner on such a transmission a deformable gear with a rigid (3) together. The shaft axes both gears are coaxial with one another; In the case of the deformable gear, the gear rim is on the outside on a thin-walled one, on a radial one Direction 'easily deformable cylinder jacket made of metal attached. The rigid gear has internal teeth with the same pitch as the deformable gear and at least one more tooth than the deformable Gear. A so-called daformation wave generator the coaxial drive shaft is also attached, ensures that

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dass wenigstens an einer Stelle ein Teil des Radkranzes des verformbaren Zahnrades gegen den festen Zahnkranz gedrückt wird und damit dia Zähne beider Räder damit in Eingriff kommen. Die mit dem starren Zahnrad verbundene Abtriebsachse (1) bewegt sich im selben Drehsinn wie der Wellengenerator, jedoch stark untersetzt.that at least at one point part of the rim of the deformable Gear is pressed against the fixed ring gear and thus the teeth of both wheels come into engagement with it. The one with the stare Gear connected output shaft (1) moves in the same direction of rotation like the wave generator, but heavily scaled down.

Erfindungsgemäss wird im vorgeschlagenen FbIIb der mechanisch rotierende Deformationswellenerzeuger durch ein System von elastisch deformier— baren Expansionskammern ersetzt. Diese befinden sich in regelmassigen Abständen längs des.Umfanges einer starren Kreisscheibe, die konzentrisch auf einem Rohr sitzt, dessen Mittelgerade diesslbe wie die der Antriebsachse ist.According to the invention, in the proposed FbIIb, the mechanically rotating Deformation wave generator through a system of elastically deformed expansion chambers replaced. These are in regular Distances along the circumference of a rigid circular disc, which are concentric sits on a pipe, the center line of which is the same as that is the drive axle.

Erfindungsgemäss werden jeweils zwei bis vier metral gegenüber liegende Expansionskammern von einem das flüssige oder gasförmige Arbeitsmittel enthaltenden Behälter aus über pneumatische oder hydraulische Steuerschieber unter Druck gesetzt, während sich die anderen Kammern in drucklosem Zustand befinden. Die Steuerschieber verteilen so in fortschreitender Weise den Druck auf alle diametralen Kammerpaare. Der Druck dieser Kammerpaare breitet sich erfindungsgemäss auf den dünnwandigen, in radialer Richtung leicht verformbaren Zylindermantel aus, dessen äusserer Rand mit einer Verzahnung versehen ist und an den Andruckstellen mit der Innenverzahnung des starren Antriebsrades in Eingriff kommt. Bei der in diesem Falle beschriebenen Ausführung der vorgeschlagenen Erfindung wird also der sich auf einer rotierenden Antriebsachse befindliche rotierende Spannungswellengenerator durch einen nicht rotierenden auf einer nicht rotierenden Scheibe befestigten pneumatischen oder hydraulischen Spannungswellengenerator ersetzt. Das System, das aus dem Behälter mit dem Arbeitsmittel, den Steuerschiebern und den Expansionskammern besteht, stellt gleichzeitig einen Motor dar. Die vorgeschlagene Konstruktion beschreibt somit eine Antriebseinheit, bestehend aus Motor und Getriebe, bei der nur ein einziger rotierender Teil, nämlich die Antriebsachse, vorkommt und bedeutet somit eine wesentliche technische Verbesserung.According to the invention, there are two to four metrically opposite one another Expansion chambers are pressurized from a container containing the liquid or gaseous working medium via pneumatic or hydraulic control slides, while the other chambers are in are depressurized. The control slide distribute so in progressive Apply pressure to all diametrical pairs of chambers. According to the invention, the pressure of these pairs of chambers spreads over the thin-walled, in the radial direction easily deformable cylinder jacket, the outer edge of which is provided with a toothing and to the Pressure points comes into engagement with the internal teeth of the rigid drive wheel. In the case of the execution of the The proposed invention is thus the rotating voltage wave generator located on a rotating drive axle replaces a non-rotating pneumatic or hydraulic voltage wave generator mounted on a non-rotating disc. The system, which consists of the container with the working fluid, the control slides and the expansion chambers, provides one at the same time Motor is. The proposed construction thus describes a drive unit, consisting of motor and gearbox, in which only one The only rotating part, namely the drive axle, occurs and thus represents a significant technical improvement.

Im zweiten Teil (Fig.2) wird der oben beschriebene erfindungsgemäss neuartige Spannungswellengenerator zur axialen Verformung einer leicht deformierbaren Kreisscheibe benutzt. Die elastisch verformbarenIn the second part (FIG. 2) , the inventive voltage wave generator described above is used for the axial deformation of an easily deformable circular disk. The elastically deformable

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Expansionskammern liegen in diesem Falle längs dBS äusseren Randes der starren Kreisscheibe, die koaxial auf Teil (IG) sitzt. Erfindungsgemäss befindet sich im Abstand d.(d kleiner als die Höhe einBr Expansionskammer unter Druck) eine parallele, ebenfalls koaxiale, am Teil (θ) sitzende, elastische, deformierbare Kreisscheibe. Unter dem paarweisen Druck der Expansionskammern verformt sie sich. Dies führt zur Ausbildung einer periodisch umlaufenden Deformationswelle, deren Umlauffreidquenz von der Steuerfrequenz der Schieber abhängt. Die den Expansionskammern abgewandte äussere ringförmige Zone der biegsamen Kreisscheibe ist ebenso wie die äussere Seite des Abtriebsrades, das im Abstand d' (d, ist ungefähr die Höhe einer Expansionskarnmer unter Druck) von der biegsamen Kreisscheibe konzentrisch auf der drehbaren Antriebsachse sitzt, mit Mitteln versehen, die an den von der Deformationswelle verformten Orten eine form- oder kraftschlüssige Verbindung gewährleistet. Bei einem Umlauf der Spannungswelle wird auf diese Weise die äussere Zone der biegsamen Kreisscheibe auf dem Umfange des Abtriebsrades abgewickelt. Die Abtriebsachse rotiert im gleichen Drehsinn wie die Deformationswelle, jedoch stark untersetzt. Die in diesem Falle beschriebene Konstruktion hat erfindungsgemäss gegenüber der ersten verschiedene Vorteile:Expansion chambers are in this case along the outer edge of the dBS the rigid circular disc, which sits coaxially on part (IG). According to the invention is at distance d. (d less than the height of a Br expansion chamber under pressure) a parallel, also coaxial, elastic, deformable circular disk seated on part (θ). It deforms under the pressure of the expansion chambers in pairs. This leads to Formation of a periodically revolving deformation wave, its revolving frequency depends on the control frequency of the slide. The outer annular zone of the flexible circular disk facing away from the expansion chambers is just like the outer side of the driven gear, which is at a distance d '(d, is approximately the height of an expansion chamber under pressure) of the flexible circular disc sits concentrically on the rotating drive shaft, provided with means that are deformed by the deformation shaft Places a positive or non-positive connection guaranteed. at In this way, the outer zone becomes one revolution of the tension wave the flexible circular disc on the circumference of the output gear. The output shaft rotates in the same direction as the deformation shaft, but is strongly reduced. The construction described in this case according to the invention has various advantages over the first:

1. Lässt sich die Antriebseinheit nach viel kleineren Norman realisieren, da der biegsame Teil des Spannungswellengenerators hier statt eines Zylinders eine Kreisfläche istj1. If the drive unit can be implemented according to much smaller standards, because the flexible part of the stress wave generator is here instead of a cylinder a circular area is j

2. ist - mit den Worten der analytischen Geometrie ausgedrückt- beim Betrieb des Getriebes die Gauß'sehen Krümmung an jeder Stelle der verofrmten Fläche des flexiblen Elementes zu jedar Zeit gleich 0.2. is - expressed in the words of analytical geometry - at Operation of the gears the Gaussian curvature at every point of the Formed area of the flexible element is 0 at all times.

Die Fläche ist eine Torse. Folglich gibt es im Gegensatz zu den herkömmlichen Spannungswellengetrieben bei der erfindungsgemässen Antriebseinheit keinerlei Flächendehnung mit all ihren Nachteilen. In beiden Punkten besteht ein grundsätzlicher und wesentlicher technischer Fortschritt bei erfindungsgemässen Antriebseinheiten gegenüber bisher bekannten Systemen dieser Art. Ferner ist es erfindungsgemäss möglich, dis beiden oben genannten Antriebseinheiten mit einem Getriebe derart zu versehen, dass zwischen Abtriebsachse und umlaufender Deformationswelle das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 besteht (Fig.3). Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Abtriebselement die Form zweier Rollen (17) hat, die auf dem äusseren Umfang derThe area is a torse. As a result, in contrast to the conventional tension wave gears in the case of the invention Drive unit no area expansion with all its disadvantages. In both points there is a fundamental and essential technical one Progress in drive units according to the invention compared to previously known systems of this type. It is also according to the invention It is possible to equip the two above-mentioned drive units with a gearbox in such a way that between the output shaft and the rotating shaft Deformation shaft has a transmission ratio of 1: 1 (Fig. 3). According to the invention, this is achieved in that the output element has the shape of two rollers (17) which are positioned on the outer circumference of the

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elastisch verformbaren Kreisscheibe (18) mit der Umlauffrequenz der Deformationswelle abrollen.elastically deformable circular disc (18) with the rotational frequency of the Roll off the deformation shaft.

Im folgenden sei der Fall beschrieben, bei dem die Energie des gasförmigen oder flüssigen Arbeitsmittels in die Translationsbewegung einer Antriebsachse verwandelt wird, was einen linearen Antrieb darstellt. Die elastisch deformierbaren Expansionskammern sind in diesem Falle erfindungsgemäss so angeordnet, dass es in einem radial leicht auszubiegendem Streifen (19) zur Ausbildung einer geradlinig fortschreitenden Deformationswelle kommt. Der verformbare Streifen stellt wieder den Flexplineteil .eines Spannungsgetriebes dar und ist an seiner Oberseite mit form- oder kraftschlüssigen Mitteln versehen, die wiederum zum Eingriff mit den form- oder kraftschlüasigen Mitteln eines beweglichen Teiles von einer Stange kommt und somit eine Bewegung dieses Teiles verursacht. Die Stange bewegt sich in entgegengesetzter Richtung wie die Deformationswelle, jedoch mit stark untersetzter Geschwindigkeit.The following describes the case in which the energy of the gaseous or liquid working medium is converted into translational motion a drive axle is transformed, which represents a linear drive. The elastically deformable expansion chambers are in this Case according to the invention arranged so that it is easy in a radial direction strip to be bent (19) comes to form a rectilinearly progressing deformation wave. The deformable strip represents again the Flexplineteil .eines tension gear and is provided on its top with positive or non-positive means, which in turn for engagement with the form-fitting or force-fitting means of a moving part comes from a rod and thus causes this part to move. The rod moves in opposite directions Direction like the deformation wave, but with a strongly reduced speed.

Weiterhin ist es erfindungsgemäss vorgesehen, die umlaufende Deformationswelle durch magnetische Zugkräfte zu erzeugen. Erfindungsgemäss wird ein ringförmig konisches Rad aus ferromagnetischem Material, das mit form- oder kraftschlüssigen Mitteln versehen ist, durch Elektromagnete erregt. Die Erregung wandert kontinuierlich längs des Umfanges des Zahnrades, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass die ebenfalls ringförmig angeordneten Elektromagnete so angesteuert werden, dass zwei sich diametral gegenüber liegende Magnetpolpaare magnetisiert werden und dies in zeitlicher Reihenfolge nacheinander mit allen Magnetpolpaaren geschieht. Eine axial leicht verformbare, aus ferrömagnetischen Material bestehende Scheibe, die ebenfalls mit form- oder kraftschlüssigen Mitteln versehen ist, wird durch die magnetischen Zugkräfte an das konische Zahnrad gedruckt. Da die Orte, von denen magnetische Zugkräfte ausgehen, in periodischer Weise umlaufen und zwischen der Anzahl der form- oder kraftschlüssigen Mittel des konischen Zahnrades und der auf der biegsamen Kreisscheibe der Unterschied zwei besteht, bewegt sich die biegsame Kreisscheibe (4), die auf einer drehbaren Welle (5) angebracht ist, mit stark untersetzter Bewegung. Die die umlaufende Deformationswelle erzeugenden Elektromagnete besitzen keinerlei mechanische TrägheitFurthermore, it is provided according to the invention to generate the revolving deformation wave by means of magnetic tensile forces. According to the invention a ring-shaped conical wheel made of ferromagnetic material, which is provided with positive or non-positive locking means, is excited by electromagnets. The excitement travels continuously along the circumference of the gear, which is achieved according to the invention in that the electromagnets, which are also arranged in a ring, are controlled in such a way that that two diametrically opposite pairs of magnetic poles are magnetized and this happens in chronological order one after the other with all magnetic pole pairs. An axially easily deformable, made of ferromagnetic Material of the existing disc, which is also provided with form-fitting or force-fitting means, is applied by the magnetic tensile forces to the conical gear printed. As the places from which magnetic pulling forces go out, circulate in a periodic manner and between the number of positive or non-positive means of the conical gear and on the flexible circular disc consists of two differences, the flexible circular disc (4), which is mounted on a rotatable shaft (5), moves is, with strongly squat movement. The electromagnets generating the rotating deformation wave have no mechanical inertia whatsoever

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und auch bei der rotierenden verformbaren Kreisscheibe ist diese sehr klein, aodass diese vorgeschlagene Antriebseinheit einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt. ■ . ■ >and also with the rotating deformable circular disk this is very small, so that this proposed drive unit represents a significant technical advance. ■. ■>

Claims

Patent claims :

(1J drive unit, consisting of motor and gearbox, the requirements modern technologies for lightness, indolence, efficiency and robustness, characterized that the energy of a liquid, gaseous or magnetic working medium creates an elastic component in such a way deformed so that this becomes plastically in the manner of a continuous advancing deformation wave and deformed due to non-positive or positive means that are located on its surface, itself or an output element, which also provided with non-positive or positive means in the way is that due to the deformation wave described above a strong stocky movement comes about, moves.

2. Drive unit according to claim 1, characterized in that that the energy of the liquid or gaseous working medium over an arrangement of hydraulic or pneumatic control slides is directed into the elastically deformable expansion chamber, the are arranged so that a controlled by pneumatic or hydraulic slide expansion of the Expansion chambers in the elastic component generates a continuously progressing deformation wave.

3. Drive unit according to claim 1, characterized in that that the elastic deformation wave in the deformable bag occurs through tensile forces from suitably controlled electromagnets, the deformable part at the points of magnetic attraction with its form-fitting or force-fitting means with the ones on the Positive or non-positive fit on the surface of a rigid surface Means comes into engagement and moves itself strongly reduced in relation to the circulating magnetic deformation energy.

4. Drive unit according to claim 1, characterized in that

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net, the expansion chambers that are located at regular intervals on the circumference of a rigid circular disc and deform a thin-walled easily deformable in the radial direction of the cylinder shell such that a periodically rotating deformation wave is formed on it.

5. Drive unit according to claim 1, characterized in that the expansion chambers are at regular intervals along the outer edge of a rigid circular disk and deform the outer edge of a flexible circular disk that is parallel and coaxial with it in such a way that a periodic circumferential deformation wave arises.

6. Drive unit according to claim 1, characterized in that the non-positive or positive means between the elastic component and the rigid output element consist of small rollers attached to the output element, which have the consequence that between the rotational speed of the deformation shaft and that of the output element the ratio is 1: 1.

7. Drive unit according to claim 1, characterized in that the deformation chambers are arranged so that it comes to form a rectilinearly propagating deformation shaft, which moves an output member in a rectilinear, the movement of the deformation shaft opposite direction with strongly-set speed, which corresponds to a linear Drive «corresponds.

Loerrach, July 1, 1972 (Prof. Dr.-Ing.Hans Kleinwächter)

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