DE3117505C2 - Magnetisches Getriebe zum Umsetzen einer Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung und umgekehrt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Getriebe zum Umsetzen einer Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung und umgekehrt mit einem ersten Permanentmagneten und einem zweiten ihm axial gegenüberliegenden sich drehenden Permanentmagneten, wobei beide Magnete an ihrer dem jeweiligen anderen Magneten zugewandten Stirnseite Nord- und Südpole aufweisen, die synchron mit der Hin- und Herbewegung magnetisch ge- und entkoppelt werden.

Es sind eine Vielzahl von Getriebe zum Umsetzen einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung und umgekehrt bekannt Hierunter fallen beispielsweise Zugmittelgetriebe, Kettenrädergetriebe, Vorschubgetriebe, Zahnstangengetriebe und Schaltwerke. Getriebe, die sine B.ehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umsetzen, sind beispielsweise Schraubgetriebe, Hebelgetriebe mit umlaufendem Antriebsglied, wie Deispielsweise Kurvenscheibengetriebe und Kurbelschleifengetriebe. Getriebe, welche eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umsetzen sind beispielsweise Hebelgetriebe mit nicht umlaufendem Antriebsglied und Kurbelgetriebe. Es wird hier beispielsweise Bezug genommen auf Richter, Voss, Kotzer »Bauelemente der Feinmechanik« 8. Auflage, Verlag Technik Berlin Seiten 387 und folgende.

Diesen Getrieben ist der Nachteil gemeinsam, daß ihr Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Bewegungen relativ gering ist Dies rührt einerseits durch den direkten Eingriff der Getriebeteile miteinander und die dadurch bedingten Reibungsverluste und andererseits durch die Lagerung der Getriebeteile und die dadurch bedingten Reibungsverluste, insbesondere bei einseitiger Belastung der Lager her.

Der DE-AS 10 34 769 ist ein magnetisches Getriebe der eingangs genannten Art entnehmbar, bei dem erste Permanentmagnete auf einem eine hin- und hergehende Drehbewegung ausführenden Welle angeordnet sind. Jedem dieser ersten Permanentmagnete steht ein zweiter Permanentmagnet gegenüber, die je auf einem Kegelrad angeordnet sind. Diese beiden Kegelräder kämmen mit einem dritten Kegelrad, auf dessen Welle ein Sperrad sitzt, das in Eingriff mit einer Klinke steht.

Fuhrt die die erste Permanentmagnete tragende Welle eine hin- und hergehende Bewegung aus, dann wird diese in eine Drehbewegung der das dritte Kegelrad tragenden Welle umgesetzt Möglich ist jedoch nur eine Drehbewegung in einer Richtung, die durch das Sperrad vorgegeben ist, das mit der Klinke in Eingriff steht

Soll eine Drehbewegung der das dritte Kegelrad tragenden Welle umgesetzt werden in eine hin- und hergehende Drehbewegung der die ersten Permanentmagnete tragenden Welle, dann ist es erforderlich, das diese ersten Permanentmagnete tragende Teil mit einem Anschlag zu versehen, der gegen einen feststehenden Anschlag anschlägt wodurch eine Bewegungsumkehr bewirkt wird.

Ausgehend von diesem bekannten magnetischen Getriebe stellt sich die Aufgabe, den Bauteileaufwand zu verringern und ohne Änderungen am Getriebe die Umsetzung einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung und umgekehrt zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den UnteransprSchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiel werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Grundausführungsform;

F i g. 2 eine erweiterte Ausführungsform nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Grundausführungsform nach F i g. 1 verwirklicht ist

Die grundlegende Arbeitsweise wird nachfolgend anhand der F i g. 1 erläutert Der feststehende Permanentmagnet 1 weist stirnseitig eine Nord-Südpolarisierung auf. In seiner axialen Verlängerung ist ein zweiter Permanentmagnet 2 vorgesehen, der stirnseitig ebenfalls eine Nord-Südpolarisierung aufweist Dieser Permanentmagnet 2 ist mit einer Welle 5 verbunden, die in einem Wandungsteil 6 gelagert ist. Im Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1 und 2 ist ein Weicheisenstück 7 angeordnet Dieses Weicheisenstück 7 ist schwenkbar auf einer Welle 8 gelagert. Die Abmessungen des Weicheisenstücks 7 im Bereich des Luftspaltes zwischen den Magneten 1 und 2 sind mindestens gleich den stirnseitigen Abmessungen der Permanentmagnete 1,2. An der Welle 5 ist beispielsweise ein exzentrisches Gewicht 9 angeordnet.

Die Ruhetage des Permanentmagneten 2 ist durch das Gewicht 9 bestimmt, derart, daß wenn das Gewicht 9 nach unten zeigt gleichnamige Pole der Permanentmagneten 1, 2, die durch das Weicheisenstück 7 voneinander getrennt sinü, einander gegenüberstehen.

Wird nun das Weicheisenstück 7 in Pfeilrichtung 10 aus dem Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1, 2 geschwenkt, was durch Drehen der Welle 8 erfolgt, dann führt der Permanentmagnet 2 eine Drehung um 180° aus, derart, daß nunmehr ungleichnamige Pole der Permanentmagneten 1, 2 einander gegenüberstehen. Schwenkt nunmehr das Weicheisenstück 7 durch Drehen der Welle 8 wieder in den Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1,2, dann führt der Permanentmagnet 2 eine weitere Drehung um 180° aus und nimmt wieder seine Ursprungslage, wie in Fig. i dargestellt, ein. Durch Hin- und Herbewegen des Weicheisenstücks 7 aus dem Luftspalt und zurück in den Luftspalt ist es somit möglich, dem Permanentmagneten 2 eine kontinuierliche Drehung zu verleihen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Permanentmagneten 2 und somit der Welle 5 und de? Gewichtes 9 hängen ab von der Frequenz der hin- iwd hergehenden Bewegung des Weicheisenstücks 7, Auf diese Weise kann eine hin- und hergehende Bewegung, welche über die Welle 8 eingeleitet wird, in eine Drehbewegung der Welle 5 s umgesetzt werden, wobei die Umsetzung dieser Bewegungen einen sehr hohen Wirkungsgrad nahe 1 aufweist

In umgekehrter Weise kann eine Drehbewegung der Wellet umgesetzt werden in eine hin- und hergehende ίο Bewegung der Welle 8. Wird die Welle 5 gedreht wozu das Gewicht 9 als Kurbel ausgebildet ist dann bewirkt die Drehung des Permanentmagneten 2, daß das Weicheisenstück 7 in und aus dem Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1 und 2 schwingt Ausgehend von der Stellung nach F i g. 1 wird bei einer Drehung der Welle 5 um 180° das Weicheisenstück 7 aus dem Luftspalt bewegt und kehrt bei einer weiteren Drehung der Welle 5 um 180° in die in Fig.! gezeigte Stellung zurück.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der linksseitige Aufbau identisch mit fr sijenigen nach F i g. 1, Zusätzlich ist jedoch mit der Welle 5 verbunden ein dritter drehbarer Permanentmagnet 3, der ebenfalls eine stirnseitige Nord-Südpolarisierung aufweist In seiner axialen Verlängerung ist ein vierter feststehender Magnet 4 vorgesehen, der ebenfalls stirnseitig eine Nord-Sücipolarisierung aufweist Auf der Welle 8 angeordnet ist ein weiteres Weicheisenstück 11, das demjenigen des Weicheisenstücks 7 entspricht und in und aus dem Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 3 und 4 bewegbar ist Die winkelmäßige Anordnung der Weicheisenstücke 7, 11 auf der Welle 8 ist derart daß wenn sich das Weicheisenstück 7 im Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1, 2 befindet das Weicheisenstück 11 außerhalb des Luftspaltes zwischen den Permanentmagneten 3, 4 ist Dies gilt natürlich genau umgekehrt ebenso. Weiterhin ist die Anordnung der Polaritäten der Permanentmagnete 2,3 derart, daß wenn gleichnamige Pole bei den Permanentmagneten 1, 2 übereinander gegenüberstehen, bei den Permanentmagneten 3, 4 dann ungleichnamige Pole einander gegerübstehen. Hierdurch ist die Ruhelage der Permanentmagnete 2, 3 abhängig von der Stellung der Weicheisenstücke 7,11 bestimmt.

Wird das Weicheisenstück 7 durch Drehen der Welle 8 in Pfeilrichtung 12 aus dem Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 1, 2 bewegt wobei sich gleichzeitig das Weicheisenstück 11 in den Luftspalt zwischen den Permanentmagneten 3, 4 bewegt, dann führen die

so Permanentmagnete 2, 3 eine Drehung um 180° aus. Wird die Welle 8 entgegen der Pfeilrichtung 12 bewegt, wobei am Ende dieser Bewegung die Weicheisenstücke 7, 11 wiederum die in Fig.2 gezeigte Stellung einnehmen, dann führen die Permanentmagnete 2, 3 eint weitere Drehung um 180° aus. Durch Hin- und Herbewegung der Welle 8 in Richtung und entgegen der Richtung des Pfeiles 12 ist es somit möglich die hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung der Welle 5 umzusetzen. Diese Welle 5 ist mit einem nicht dargestellten Ritzel versehen. Ein exzentrisches Gewicht bei der Welle 5 kann hierbei entfallen, da die Ruhelage der Permanentmagnete 2, 3 bestimmt ist durch die relative Polarität zwischen den Magneten 1,2 einerseits und den Magneten 3,4 andererseits.

Eine Drehung der Welle 5 kann wie im Beispiel nach F i g. 1 umgesetzt werc'?o in eine hin- und hergehende Bewegung der Welle 8. Es findet hierbei eine hin- und hergehende Bewegung der Welle 8 in Richtung und

entgegen der Richtung des Pfeiles 12 statt.

Die F i g. 3 zeigt ein praktisches Anwendungsbeispiel des in F i g. I dargestellten Prinzips. An einer Wand 18 sind mehrere Permanentmagnete 1 kranzförmig angeordnet. In einer dazu zentralen Bohrung der Wand 18 ist die Welle 8 gelagert, welche ein sternförmiges Weicheisenteil 13 trägt. In einer weiteren Wand 6 sind die drehbaren Permanentmagnete 2 gelagert, welche ebenfalls entsprechend den Permanentmagneten 1 kranzförmig angeordnet sind. Jede Welle 5 trägt an den den Permanentmagneten 2 abgewandten Ende ein Ritzel 15. Jedes Ritzel 15 kämmt mit einem Sonnenrad 16, welches mit einer Außenverzahnung versehen ist. Mit dem Sonnenrad 16 verbunden ist die Welle 17.

Das sternförmige Weicheisenteil 13 weist Flügel 14 auf, welche jeweils in den Luftspalt zwischen zwei einander gegenüberstehenden Permanentmagneten 1,2 ragen.

Wird die Welle 8 in hin- und hergehende Bewegungen versetzt, derart, dsß die Flugs! 14 in und aus d^n Luftspalten zwischen einander gegenüberliegenden Permanentmagneten 1, 2 schwingen, dann wird die Drehbewegung der Permanentmagnete 2 und damit der Wellen 5 in eine Drehbewegung der Welle 17 umgesetzt. Deren Drehgeschwindigkeit ist abhängig von der Frequenz der Hin- und Herbewegung der Welle 8.

Wird dagegen die Welle 17 angetrieben dann führen die Permanentmagneten 2 Drehbewegungen aus, welche bewirken, daß die Flügel 14 in und aus den Luftspalten zwischen benachbarten Permanentmagneten 1,2 bewegt werden, mit dem Resultat, daß die Welle 8 eine definierte Hin- und Herbewegung ausführt. An der Welle 8 kann beispielsweise über einen Hebelarm ein Stößel angelenkt sein. Wird dieser Stößel hin- und herbewegt führt diese Hin- und Herbewegung zu einer Hin- und Herbewegung der Welle 8, welche in eine Drehbewegung der Welle 17 umgesetzt wird. Umgekehrt wird bei einem Antrieb der Welle 17 über die Hin- und Herbewegungen der Welle 8 dieser Stößel hin- und herbewegend betätigt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 kann erweitert werden durch die Ausführungsform gemäß F i g. 2, indem die Wellen 5 mit Permanentmagneten 3 verbunden werden, welche feststehenden Permanentmagneten 4 in axialer Verlängerung gegenüberstehen. Außerdem ist dann entsprechend den Weicheisenstükken 11 ein weiteres sternförmiges Weicheisenteil entsprechend dem Weicheisenteil 13 auf der Welle 8 zwischen den Permanentmagneten 3,4 vorzusehen. Die winkelmäßige Stellung von deren Flügel und die Polarität der Permanentmagnete relativ zueinander wird entsprechend F i g. 2 vorgenommen.

Die Welle 5 bzw. die Welle 17 können mit einer Schwungmasse versehen sein, welche eine gleichmäßige Drehbewegung sichert. Die Weicheisenstücke 7,11 bzw. die Weicheisenteile 13 können in Richtung der axialen Verlängerung der Permanentmagnete laminiert sein, um Wirbelstromverluste weitgehend zu reduzieren. Weiterhin ist es möglich, daß die zweiten und dritten Magnete 2, 3 einstückig zueinander s,nd und an ihrem Außenumfang ein Ritzel entsprechend dem Ritzel 15 tragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche;

1. Magnetisches Getriebe zum Umsetzen einer Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung und umgekehrt mit einem ersten Permanentmagneten und einem zweiten ihm axial gegenüberliegenden sich drehenden Permanentmagneten, wobei beide Magnete an ihrer dem jeweils anderen Magneten zugewandten Stirnseite Nord- und Südpole aufweisen, die synchron mit der Hin- und Herbewegung magnetisch ge- und entkoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet (1) feststehend ist und ein Weicheisenstück (7) vorgesehen ist, daß die Hin- und Herbewegung ausführt und dabei in und aus dem Luftspalt zwischen den !5 Magneten (1,2) schwenkt

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Magneten (2) eine exzentrische Last (9) angreift

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Magneten (2) ein dritter sich drehender Permanentmagnet (3) verbünden ist, dem ein feststehender vierter Permanentmagnet (4) axial gegenüberliegt, wobei der dritte und vierte Magnet (3, 4) an ihrer dem jeweils anderen Magneten zugewandten Stirnseite Nord- und Südpole aufweisen und eip weiteres Weicheisenstück (11) vorgesehen ist, das ebenfalls eine Hin- und Herbewegung ausführt und dabei in und aus dem Luftspalt zwischen dem dritten und vierten Magneten (3, 4) schwenkt und mit dem einen Weicheisenstück (7) /erbunden ist, wobei, wenn das eine Weicheisenstück (7) in seinem zugehörigen Luftspalt geschwenkt ist, das weitere Weicheisenstück (11) aus seinem Luftspalt geschwerkt ist und hierbei ungleichnamige Pole des dritten und vierten Magneten (3,4) einander gegenüberstehen.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und dritte Magnet (2, 3) koaxial zueinander angeordnet sind.

5. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (2) einstückig zum dritten Magnet (3) ist

6. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Magneten (2) eine Schwungmasse verbunden ist

7. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mehrere erste feststehende Magnete

(1) kranzförmig angeordnet sind, jedem dieser ersten Magnete (1) ein zweiter drehbar gelagerter Magnet

(2) axial gegenüberliegt und ein sternförmiges erstes Weicheisenteil (13) mit seinen Flügeln (14) in den Luftspalten zwischen diesen Magneten (1, 2) hin- und herschwenkbar gelagert ist.

8. Getriebe nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere feststehende erste und vierte Magnete (1,4) kranzförmig angeordnet sind, jeder« dieser ersten und vierten Magnete (1, 4) ein zweiter und dritter drehbar gelagerter Magnet (2,3) axial gegenübersteht, ein sternförmiges Weicheisenteil (13) mit seinen Flügeln (14) in den Luftspalten zwischen den ersten und zweiten Magneten (1, 2) und ein sternförmiges weiteres Weicheisenteil mit seinen Flügeln in den Luftspalten zwischen den dritten und vierten Magneten (3, 4) hin- und herschwenkbar gelagert ist, wobei die Flügel des einen Weicheisenteils in die zugehörigen Luftspalte eingeschwenkt sind, wenn die Flügel des weiteren Weicheisenteils aus den zugehörigen Luftspalten ausgeschwenkt sind,

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Weicheisenstücke bzw. -teile (7,11,13) mit einem eine hin- und hergehende Bewegung ausführenden Teil (8) verbunden sind,

10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die drehbaren zweiten bzw. dritten Magnete (2,3) mit einem eine Drehbewegung ausführenden Teil (5, 15, 16, 17) verbunden sind.

11. Getriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (5) der drehbaren Magnete (2) Ritzel (15) tragen, welche mit einem Sonnenrad (16) kämmen.

IZ Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Weicheisenstücke bzw. -teile (7, 11, 13) in Richtung der axialen Verlängerung der Magnete (1, 2, 3, 4) laminiert sind.