DE2260192A1 - Magnetisch betaetigbare positioniereinrichtung - Google Patents

Description

Kurt W. HOLLANDER
in Annapolis (USA.)

Magnetisch betätigbare Positioniereinrichtung

Die Erfindung Detrifft eine Einrichtung zum Positionieren eines Arbeitsteiles. In mechanischen Einrichtungen mit knapp nebeneinander liegenden Teilen, die sich relativ zueinander bewegen, ergibt die Verwendung mechanischer Glieder zahlreiche Nachteile infolge der Notwendigkeit, eine große Anzahl beweglicher Teile vorzusehen, die wiederum die Möglichkeit von Fehlern vergrößern und im, allgemeinen eine Schwächung der Hauptlagerungen zur Folge haben. Nicht nur, daß sich überflüssige Reibung ergibt, die den Wirkungsgrad herabsetzt, es tritt hinzu, daß die Reibung in den mechanischen Gelenken diese mit der Seit ausleiert, sodaß sie ihren ursprünglichen Zweck nur sehr schlecht erfüllen können, nämlich die genaue Bewegung bzw*

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Positionierung des Arbeltsteiles.

In der US-PS 3 228 500 ist eine variable Flüssigkeitskupplung beschrieben, bei der sich eine verbesserte Kraftübertragung in einem Bereich zwischen dem größten Schlupf und dem größten Drehmoment ergibt. Obwohl nun diese Kupplung sich an sich recht gut bewährt hat, ergaben sich insoferne doch Schwierigkeiten, alls flexible Abdichtungen für die mechanischen Einrichtungen zum Einziehen und Ausstrecken der dabei vorgesehenen Flügel erforderlich waren, die in ein Gehäuse mit einer viskosen Flüssigkeit ragten. Obwohl nun extrem dicht sitzende Dichtungen verwendet wurden, ergaben sich doch Lecks, und nach wiederholtem Gebrauch stellte sich heraus, daß die meisten Dichtungen schlechter wurden.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum mechanischen Positionieren eines Arbeitsteiles mit nur einer geringen Anzahl von mechanischen Gelenken verwirklichen. Schließlich sollte auch die Erfindung an einem Gerät zum variieren des Drehmomentes zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb mit Hilfe magnetischen Positionierens des Arbeitsteiles angewandt werden.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch eine antreibbare und mit dem Arbeitsteil verbundene Hohlwelle, in der eine Steuerstange axial beweglich ist, die ein Kopfende aus magnetischem Material in dieser Welle aufweist, und durch bewegliche Magneteinrichtungen außerhalb der Welle zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und Verstelleinrichtungen zum Verstellen der Magneteinrichtungen in Längsrichtung der Welle, wobei das magnetische Feld eine entsprechende Bewegung der Steuerstange hervorruft, welche Verstelleinrichtungen dabei jede weitere Bewegung der ,Magneteinrichtungen nach Positionierung des Arbeitsteiles verhindern

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und somit die Magnete inrieh tuag en während äe-s normalen Betriebes des Arbeitsteiles denselben solange halten, bis der Arbeitsteil wiederum verstellt wird. Dabei ist die Steuerstange in einer konzentrischen Bohrung der Welle gelagert. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein mechanischer Kontakt zwischen den einzelnen Teilen infolge des Magnetfeldes nicht erforderlich. Es tritt daher auch nur eine geringe Reibung auf, und selbst dann, wenn in der Bohrung der Welle ein Strömungsmittel erforderlich sein sollte, werden keine flexiblen Dichtungen benötigt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Pig.l ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils eines erfindungsgemäßen Gerätes. Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Verbindung eines erfindungsgemäßen Gerätes mit einem Arbeitsteil, d.h. einer variablen Flüssigkeitskupplung. Fig. 2a ist ein Schnitt noch der Linie A bis A der Fig.2. Fig.3 veranschaulicht im Schnitt eine andere Anwendung eines erfindungsgemäßen Gerätes, nämlich zur Verstellung von Rotorblättern. Fig. 3» ist eine Stirnansicht der Ausführung nach Fig.3.

Gemäß Fig. i ist eine mit einem nicht dargestelltem · Arbeil rl oil verbundene Steuerstange 10 in einem Schlitz bzw. einer konzentrischen Bohrung 20 einer Welle 18 beweglich. Das Kopfende der Stange 10 in der Bohrung 20 besteht aus magnetischem Material 12. Dieses magnetische Material kann beispielsweise an das Ende der Stange 10 angeschweißt oder auf andere Weise mit ihm verbunden sein. Außerhalb der Welle 18 sind bewegliche Magneten lh und 16 vorgesehen. Die von den Magneten 14, 16 hervorgerufenen magnetisehen Felder sind gegen das magnetische Kojffende 12 der Stange 10 gerichtet.

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Selbstverständlich sind zum störungsfreien Fuktionieren des erfindungsgemäßen Gerätes die Welle 18 und die eigentliche Stange 10 nicht magnetisch, sodaß Interferenzen mit den Magnetfeldern der Magneten 14, 16 vermieden werden. Eine Axial- bzw. Längsbewegung der Magnete 14, 16 verursacht eine gleiche Bewegung der Stange 10 über ihr magnetisches Kopfende 12, was wiederum eine Lageänderung bzw. Bewegung des am nicht

Steuerdargestellten anderen Ende der/Stange 10 befestigtem Arbeit8teilt«bewirkt. Die Bewegung der Magnete 14, 16 kann durch entsprechende Vorrichtungen bewerkstelligt werden, beispielsweise über Gelenke 44 und eine Verbindungsstange 42, die mit einem Pedal 46 eines Motorfahrzeuges verbunden sind.

Fig. 2 veranschaulicht die Verbindung der Steuerstange 10 und der Welle 18 mit einem Arbeitsteil, der im dargestellten AusfUhrungsbeisplel von einer Einrichtung zum Übertragen eines variablen Drehmomentes gebildet ist, die hydraulisch das Drehmoment von einer Antriebs- zu einer Abtriebswelle überträgt, welch letztere innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ein variables Drehmoment erhält. Gemäß Fig.2 durchsetzt die Antriebswelle 18 mit der darin gelagerten Steuerstange 10 ein mit Flüssigkeit gefülltes Gehäuse 40 durch ein Dichtungslager 41 hindurch. Am Ende der Welle 18 ist eine Antriebstrommel 22 über Schweißnähte 24 fixiert. Die Steuerstange 10 erstreckt sich innerhalb der Trommel durch einen Ring 26 und radiale Speichen 28 und ist in einem Lager 36 verschiebbar. Die Stange 10 ist mit dem Ring 26 und den Speichen 28 fest verbunden, sodaß jede Bewegung der Stange 10 eine gleichartige Bewegung des Ringes und der Speichen bewirkt. Mit den Speichen 28 und dem Ring 26 sind schiefliegende Arme 30 verbunden.

Die Antriebstrommel 22 weist mehrere bewegliche Flügel 32 auf, die beispielsweise löffelartig, gekrümmt

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oder flach ausgebildet sind und die sich durch die Trommel hindurch in voneinander in Abstand befindlichen Reihen erstrecken. Die Flügel 32 sind mit den schiefliegenden Armen 30 über Kerben 34 verbunden (Fig.2a), wobei die Flügel 32 durch eine Längsbewegung der Speichen 28 und der Arme 30 über die, Steuerstange 10 eingezogen uder ausgestreckt werden können. Wenn also sich die Steuerstange 10 in das Gehäuse 22 einwärts bewegt, d.i. gesehen in Fig. 2 nach rechts, so werden die Flügel 32 eingezogen, wogegen im umgekehrten Fall, wenn die Steuerstange 10 nach links gezogen wird, die Flügel 32 ausgestreckt werden.

Eine axiale Bewegung der Flügel 32 wird durch enge Toleranzen der Öffnungen 33 in der Trommel 22 verhindert. Auf diese Weise verursacht jede Bewegung der magnetischen Felder der Magnete 14, 16 (Fig.l) eine Bewegung der Steuerstange 10, wodurch die Flügel 32 in der gewünschten Weise eingezogen oder ausgestreckt werden.

Bin Antrieb wird nun auf das Gehäuse 40 mittels feststehender Abtriebsflügel 38 übertragen, die an der Innenwandung des Gehäuses vorgesehen sind.

Es ist klar, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel der größeren Deutlichkeit wegen zwar nur zwei Antriebsflügel 32, zwei schiefe Arme 30 und zwei radiale Speichen 28 dargestellt sind, daß aber im Rahmen der Erfindung, wie dies in den meisten Fällen bevorzugt sein wird, zusätzliche Speichen und Arme mit einer Mehrzahl von Flügeln 32 vorgesehen vein werden, welch letztere sich aus der Trommel 22 heraus erstrecken. In gleicher Weise kann statt nur vier festen Flügeln 38 das Innere des Gehäuses 40 auch eine größere Anzahl solcher Flügeln aufweisen.

Sobald nun das Gehäuse 40 mit einer entsprechend viskosen Flüssigkeit gefüllt ist, so bewirktΛβίηβ Drehung der Trommel 22, daß die Flügel 32 die Flüssigkeit

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in Bewegung versetzen. Sind nun im Betrieb die Flügel 32 voll ausgefahren, so laufen sie durch die Reihen der fixen Flügel 38 nahe der Innenwandung des Gehäuses 40. In dieser Lage ergibt sich eine maximale Übertragung der Antriebskraft und eine sehr starke Kupplung zwischen den Antriebs- und Abtriebswellen, wobei die Verstellarme 30 für das Drehmoment durch die Stange 10 ganz nach vorne geschoben sind. Die von den Antriebsflügeln 32 bewirkte viskose Strömung bewirkt über die AbtriebsflUgel 38 eine Rotation des Gehäuses 40, das in nicht dargestellter Weise mit einer Abtriebswelle verbunden sein kann.

Sobald die Steuerstange 10 gegen das hintere Ende des Gehäuses 40 gezogen wird, werden die Antriebsflügel 32 eingezogen, wobei sich die Kraftübertragung vermindert. Wenn dabei die Antriebsflügel 32 völlig eingezogen werden, sodaD ihre Außenenden vollkommen in der Trommel 22 verschwunden sind, ergibt sich die minimalste Kraftübertragung. In dieser Lage ergibt die Drehung der Antriebstrommel 22 keinen wesentlichen Abtrieb, weil eben die Antriebsflügel nicht nach außen abstehen und so auch keine rasche viskose Strömung bewirken können. Daher ergibt im wesentlichen bei eingezogenen Flügeln 32 ein vollkommener Leerlauf.

Die Figuren 3» 3a veranschaulichen eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verstellung von Rotorblättern. Eine Steuerstange 100, die in gleicher Weise wie anhand der Fig. 1 mit Bezug auf die Stange 10 beschrieben 1st, mittels des Magnetfeldes der Magnete 14, 16 bewegbar ist, ist gleitbar in einer axialen Bohrung einer drehbaren Rotorantriebswelle 102 gelagert. Die Stange 100 endet in einem verbreiterten Kopf 112. Rotorblätter 106, beispielsweise die Flügel einer Schiffsschraube sind am Kopf 112 und damit an der

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Antriebswelle 102 über Äefosstifte 107, AQ9 feefestigt, die drehbar in Lageraugen 108, 110 gelagert sing. Die Lageraugen 110 sind an einer Iiingflache ill des verbreiterten Endes 113 der Antriebswelle 102 vorgesehen. Die Bewegung der Steuerstange 100 mittels des magnetischen Feldes verursacht eine Änderung des Anstellwinkels der Rotorblätter 106. Auf diese Weise kann die Verstellung der rotierenden ScMffsschraube ohne wesentliche Schwächung der Hauptwelle bewerkstelligt werden, welche Schwächung wohl bei Verwendung mechanisch gesteuerter Stangen notwendig wäre. Der Kopf 112 kann in eine Vertiefung 115 am Ende 113 der Antriebswelle zurückgezogen werden, wenn die Nullstellung bzw. neutrale Position der Rotorflügel gewünscht ist. Auf diese Weise ist eine Kupplung entbehrlich.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (1. )Einrichtung zum Positionieren eines Arbeit steiTes, gekennzeichnet durch eine antreibbare und mit dem Arbelteteil verbundene Hohlwelle, in der eine Steuerstange axial beweglich ist, die ein Kopfende aus magnetischem Material in dieser Welle aufweist, ferner gekennzeichnet durch bewegliche Magneteinrichtungen außerhalb der Welle zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und Verstelleinrichtungen zum Verstellen der Magneteinrichtungen in Längsrichtung der Welle, wobei das magnetische Feld eine entsprechende Bewegung der Steuerstange hervorruft, welche Verstelleinrichtungen dabei jede weitere Bewegung der Magneteinrichtungen nach Positionierung des Arbeitsteiles verhindern und somit die Magneteinrichtungen während des normalen Betriebes des Arbeltsteiles denselben solange halten, bis der Arbeitsteil wiederum verstellt wird.

   2. Fiinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeltsteil eine variable Flüssigkeitskupplung ist, die mehrere, über die Welle angetriebene Flügel aufweist, deren Blattsteigung von den Verstcl!einrichtungen veränderbar ist und In eine neutrale Lage bringbar ist.

   3. Hinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsteil das Vortriebssystem eines Fahrzeuges mit mehreren Hotorblättern verstellbarer Blattsteigung 1st, die außerhalb des Fahrzeuges in (Ins Umgebungsmedium ragen, durch das sich das Fahzeug bewegt«

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   h. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der dynamischen Stabilität und der mechanischen Belastbarkeit die zylindrische Oberfläche der Welle ununterbrochen und gleichmäßig ist, wobei die Dbke der Welle über ihre gesamte Länge im wesentlichen gleich groß ist.

   5. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis hy dadurch, gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtungen eine Mehrzahl radial um die Welle in einem Abstand von ihr umstehende Magnete aufweist, die gemeinsam bewegbar sind.

   6. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Arbeiteteiles mit einer Anzahl von Rotorblättern verstellbarer Blattsteigung die Welle ein verbreitertes Ende aufweist, in dem eine Ausnehmung vorgesehen ist, die größer ist, als die Öffnung, durch welche sich die Steuerstange hindurch erstreckt, an welchem verbreitertem Ende der Welle die Rotorblätter befestigt sind, die jeweils mit einem Teil mit einem Kopfteil der Steuerstange versteilbar verbunden sind, welcher Kopfteil der Ausnehmung im verbreiterten Ende der Welle entsprechend ausgebildet ist und in diese Ausnehmung versenkbar ist. _ö

   7. Einrichtung zur Änderung des Drehmomentes zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb,gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Eine mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllte Kammer, von deren Innenwand sich eine Mehrzahl von Flügeln¹ erstrecken,

   b) eine drehbare Trommel innerhalb der Kammer mit mehreren, radial beweglichen Flügeln, die sich von der Trommel aus in eine Arbeitslage bezüglich der Flügel der Kummer erstrecken,

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   c) mit der Trommel ist eine Welle verbunden, die sich in die Kammer hinein erstreckt und eine Steuerstange aufweist, die axial beweglich in einer konzentrischen öffnung der Welle gelagert ist und sich bis in die Trommel erstreckt und dort mit den beweglichen Flügeln verbunden ist,

   d) ein Kopfende an der Steuerstange besteht aus magnetischem Material und

   e) wirkt mit einem magnetischen Feld zusammen, das von beweglichen Magneteinrichtungen an der Außenseite der Welle gebildet ist, wobei bei Bewegung des magnetischen Feldes die Steuerstange mitgenommen wird und eine radiale Bewegung der beweglichen Flügel verursacht.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dal) die beweglichen Flügel mit der Stange innerhalb der Trommel über SchrägfUhrungen verbunden sind, wobei die vom Magnetfeld verursachte Bewegung der Steuerstangc über die Schrägführungen ein Ausstrecken oder Einziehen der radial beweglichen Flügel bewirkt.

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