DE3840727A1

DE3840727A1 - Verfahren und vorrichtung zur kraftuebertragung

Info

Publication number: DE3840727A1
Application number: DE19883840727
Authority: DE
Inventors: Bruno Gruber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-17
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1990-02-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftübertragung unter Anwendung von Schwingungen.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Kraftüber tragung bzw. Kraftausübung als Haltekraft, als Hafthalte rung sowie zur Kraft und Schwingungsübertragung sowie Vorrichtungen dafür zu schaffen, und zwar mit einfachsten Mitteln und energiesparender Arbeitsweise.

Demgemäß besteht die Erfindung in einem Verfahren, bei dem mindestens zwei Flächen längs einer Anlageebene aneinander angeordnet werden, von denen wenigstens die eine von einem oder von ihrem Mittelbereich aus in Schwingung versetzt wird, und zwar vorzugsweise mit einer vertikal zu den Flächen gerichteten Schwingungskraft- Komponente, und daß ein über den Mittelbereich allseitig lateral erweiterter Randbereich mindestens der einen Fläche vertikal zur Anlageebene elastisch schwingend gehalten wird. Konstruktiv am einfachsten ist es, wenn dabei die im Mittelbereich angelegte Schwingung zu ihrem elastischschwingend gehaltenen Randbereich hin verläuft.

Gemäß den Patentansprüchen und der Beschreibung sind erfindungsgemäß eine Vielzahl von Anwendungen und un terschiedlichen Ausführungsformen möglich.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit bestimmten Merkmalen als Haltevorrichtung, mit anderen Merkmalen als Haftvorrich tung und mit noch anderer Merkmalskombination als Kraft- und/oder Schwingungsübertragungsvorrichtung ausgebildet.

In noch weiterer Ausführungsform wird mit der Erfindung eine auf einfachste Weise arbeitende und reibungsarme Gleitbewegung für Vergleichsweise auch große Massen er möglicht, die überraschenderweise auch z. B. an nach unten gerichteten Flächen freihängend erfolgen kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von skizzenhaften Figuren in verschiedenen Ausführungsformen und Anwendungsbeispielen näher beschrieben.

Die perspektivische Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt zwei Flächen 1 und 2, die längs einer zwischen ihnen verlaufenden gedachten und schematisch angedenteten Anlageebene 3 aneinander bzw. gegeneinander angeordnet sind. Die Fläche 1 weist einen steifen Mittelbereich 5 und einen darüber seitlich hinaus rundum erweiterten, biegsam elastischen Randbereich 4 auf, dessen äußere Begrenzung 6 z. B. quadratische, reckteckige oder runde bzw. ovale Form besitzen kann.

Mittels z. B. eines über elektrische Leitungen 9/10 an geschlossenen Piezo-Schwingers 8 wird der Mittelbereich 5 der Fläche 1 in vertikale Schwingungen 11 (s. Fig. 2) versetzt, die sich allseitig in der Anlageebene 3 in den biegsam elastischen Randbereich 4 fortpflanzen. Dabei bildet sich zwischen den beiden Flächen 1 und 2 ein ganz kleiner Abstand 7, der wohl zu den äußeren Begrenzungen 6 hin dünner wird und wahrscheinlich unter Unterdruck steht, so daß die Kraft- bzw. Schwingungsübertragungs vorrichtung beide Flächen 1 und 2 einerseits kräftig aneinander und zugleich ähnlich wie auf einem dünnen Luftkissen entlang der Anlageebene 3 leichtgängig relativ zueinander bewegbar hält, und zwar umso leichtgängiger je größer die vertikale Komponente einer die Flächen auseinander ziehenden, im Mittelbereich ansetzenden Zug kraft ist.

Die Flächengröße des Mittelbereichs und die Breite des Randbereichs sowie dessen Material sind je nach Größe der in der jeweiligen Anwendung auftretenden Kräfte wählbar, wobei auch die Stärke und Art der Schwingung berück sichtig werden kann.

Anstatt eines Piezo-Schwingers kann jede Art von Schwin gungserreger verwendet werden, z. B. auch ein einfacher Elektromotor 13 mit einer Unwucht 12 vorgesehen sein (s. Fig. 3). Auch braucht die Fläche 1 auf ihrer Anlageseite nicht durchgehend (Fig. 4) zu sein, sondern der Rand bereich 4 kann (Fig. 3) an dem starren Mittelbereich 5 seitlich gesondert befestigt sein, so daß zusätzlich eine Luft- bzw. Unterdruckkammer 14 gegeben ist. Mittels eines Bügels 15 und einer Zugvorrichtung 16 kann über die Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung eine Zugkraft auf die Fläche 2 ausgeübt werden, die damit hochgehoben werden kann (vergl. auch zu Fig. 11-13 n. a.).

Gemäß Fig. 5 ruht z. B. ein Satz aus mindestens 3 Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtungen (Piezo Schwin ger 8 und Fläche 1) auf einer Auflage-Fläche 2. Auf diesem auf der Auflagefläche festgehaltenen Satz ist eine Auflageplatte 17 über in nach unten offenen Zylindern 19 (bzw. Vertikalführungen) angeordneten Federn 18 gehal tert, auf welcher ein Maschinenelement schwingungsge dampft lagerbar ist. In dieser Ausführungsform ergibt sich z. B. eine Verwendung als horizontal bewegbarer Schwingungsdämpfer.

Gemäß Fig. 6 kann die Kraft- bzw. Schwingungsübertra gungsvorrichtung für eine definierte Bewegung beispiels weise mittels z. B. Rädern eine Führung 20 besitzen. Analog sind Leitplanken oder dergleichen verwendbar. Der Elektromotor 13 mit seiner Unwucht 12 kann aber gemäß Fig. 7 auch mit vertikaler Achse z. B. innerhalb eines Zylinders 19 - in der zusätzlich eine Luftfeder 21 an geordnet sein kann - an der Fläche 1 schwingen, wodurch sich eine Taumelschwingung um die vertikale Achse herum ergibt.

An den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungs beispielen arbeitet die Kraft- bzw. Schwingungsübertra gungsvorrichtung als Flüssigkeit- oder Gaspumpe, indem die Fläche 1 über einer nach oben offenen Mündung 24 einer Passage 22 angeordnet ist, durch die z. B. Wasser 23 als flüssiges Medium zunächst in den Raum des Abstands 7 gesaugt wird und von dort zur Seite bzw. nach Außen 25 abfließt. Statt einer einzelnen Mündung 24 kann auch eine Vielzahl davon, z. B. auch ein Sieb (Fig. 9) vorgesehen sein. Übrigens wird eine besonders starke Kraftübertra gung zwischen den Flächen 1 und 2 dann erzielt, wenn der Abstand 7 mit einem flüssigen Medium, sich unter Wasser 23 befindet oder mindestens teilweise mit einer Flüssig keit ausgefüllt ist. Daher ergibt sich unter Wasser (s. Fig. 10) ein besonders guter Kraftschluß der Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung, so daß sie bei spielsweise als Unterwasserverankerung dienen kann. Auch die Pumpenanwendung gemäß Fig. 7-9 kann gänzlich unter Wasser erfolgen und eine Filter-Funktion gemäß Fig. 9 ausgeübt werden. Pumpvorrichtungen gemäß Fig. 7 und 8 sind selbstausangend.

Wenn die Vorrichtung gemäß Fig. 9 unter Wasser 23 ange wendet und durch die Passage 22 Luft oder Gas ange saugt wird und durch die siebartigen Rundungen 24 mit dem Wasserfilm im Abstand 7 erzeugt wird, läßt sich Wasser mit Luft anreichern.

Gemäß Fig. 11 kann mit der einen Fläche 1, welche in Schwingung gehalten wird, eine als zu transportierendes Produkt (s. Blech) ausgebildete Fläche 2 mittels Zug vorrichtung 16 angehoben oder hochgehalten oder gemäß Fig. 12 umgesetzt werden (s. Fläche 2 in ausgezogener und gestrichelter Darstellung), wobei das umgesetzte Blech seitlich leichtgängig abgezogen werden kann. Gemäß Fig. 13 kann die schwingende Fläche 1 auch über Kopf von einer umgekehrt (also z. B. als Raumdecke) angeordneten Flä che 2 herabhängen und eine Zugvorrichtung 16 tragen. Die dabei ausgeübten Haltekräfte sind noch deutlich höher, wenn die aneinander angeordneten Seiten der Flächen 1 und 2 feucht bzw. naß gehalten werden. Im Falle der an einer nach unten gerichteten Fläche hängenden Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung ist deren seitliche Beweglichkeit und ihre Tragfähigkeit überraschend groß.

Gemäß Fig. 14 und 15 erfolgt die Verwendung der Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung als Haftein richtung an senkrechten bzw. über hängenden Flächen.

In Fig. 14 kann die Fläche 2 z. B. eine Fensterscheibe oder eine glatte Häuser- bzw. Behälterwand sein. In diesen Anordnungen kann die Position der als Hafteinrichtung arbeitenden Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrich tung mittels der Zugvorrichtung 16 in jede gewünschte Höhenlage verstellt werden, um z. B. von einer Arbeits bühne 27 arbeiten zu können. Gemäß Fig. 15 folgt die Haft einrichtung in leichtgängig seitwärts bewegbarer Form der Bauchform eines Schiffsrumpfes.

Fig. 16 zeigt in Draufsicht schematisch, daß mehrere Flä chen 1 auf einer Gegen-Fläche 2 angeordnet sein können und zwar in jeder Anwendungsform, wobei sie auch miteinander verbunden sein können, um ein mehrfaches an Kraftübertra gung oder Haftkraft zu erzeugen.

In den Fig. 17 und 18 ist die Fläche 2 rohrförmig aus gebildet. Die an die Rohrwandungen außen (Fig. 17) oder innen (Fig. 18) angesetzten Kraft- bzw. Schwingungsüber tragungsvorrichtungen arbeiten als Gleitschuhe für eine Bewegung längs in Rohrrichtung z. B. eines Transports innerhalb eines Rohrs (Fig. 8) oder zum Bewegen bzw. Führen von Rohren (Fig. 17). Die einzelnen Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtungen sind durch Halte rungen 28 miteinander verbunden und besitzen an die Rohrkrümmung formmäßig angepaßte Mittelbereiche 5 und Randbereiche 4. Die erfindungsgemäßen Kraft- und Schwingungsübertragungsvorrichtungen entwickeln dabei die Fähigkeit unbedingt genau definiert der Lauf-Oberfläche zu folgen, und zwar auch dann, wenn sie eigentlich bei welliger oder kurvenreicher Grundfläche, d. h. bei Un ebenheiten zum Hüpfen d. h. Abheben neigen müßten (Fig. 20). Umgekehrt kann die Fläche 2 auch als laufendes Band, z. B. Transportband oder als Blechstreifen (Fig. 19) vorliegen und die als Haltevorrichtung arbeitenden Kraft- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung ortsfest angeordnet sein, so daß sie das laufende Band in Position halten oder umlenken ODER AUCH z. B. von einer Walze 27 abheben bzw. abnehmen (Abziehposition 28).

Beim Halten und Haften der Fläche 1 und 2 aneinander kann der Mittelbereich 5 mit elastisch biegsamem Randbereich 4 die eine Fläche 1 bilden, während die Schwingung selbst von der Fläche 2 erzeugt wird. Beispielsweise kann dies in Fig. 19 der Fall sein, indem nämlich das Metall band - als Fläche 2 charakterisiert - in Schwingung ver setzt gehalten wird oder durch seine rauhe Oberfläche insbesondere bei höherer Bandgeschwindigkeit auf der der Fläche 1 zugewandten Seite Schwingungen in der Anlageebe ne 3 auslöst.

Analog zur Darstellung in Fig. 16 kann die Fläche 2 aus einer flächigen Lautsprechermembran bestehen, an die eine Mehrzahl von Flächen 1 angesetzt ist (etwa analog Fig. 14), bei denen die Piezo-Schwinger durch Lautsprecher spulen ersetzt sind. Die mit den elektromagnetischen Akkustik-Schwingungen vibrierenden Flächen 1 heften sich durch die Tonschwingungen automatisch auf die Laut sprechermembran und übertragen darauf die Tonschwingungen. Durch resonanzgünstige fehlweise Aufteilung der Membran- Fläche können an den resonanzoptimalen Stellen je nachdem hoch - oder Mittel - oder baßtönende Schwingungsvorrich tungen an ein und dieselbe Lautsprechermembran ange setzt werden.

Ganz generell ist erfindungsgemäß die Haft- oder Übertragungsfunktion der Flächen 1 und 2 gegeneinander durch Abstimmung des jeweiligen Schwingungsverhaltens bzw. Einstellung von Resonanz optimal zu verbessern, wobei auch die Ausbildung der Form- und Schwingungs verhältnisse des Mittel- und des Randbereichs daran an gepaßt werden kann.

Die Erfindung umfaßt auch sämtliche anderen Anwendungs arten, beispielsweise die Halterung von Werkzeugen bei Maschinen oder auch Bewegungsspielzeug. Bei Verwendung von batterie- oder eigenmotorisch betriebenen Halte-, Haft-, Kraft- und/oder Schwingungsübertragungsvorrichtungen nach der Erfindung ist ein stromzufuhrloser Einsatz gegeben.

Fig. 21 zeigt im Querschnitt ein komplettes Laufschienen system, in dem sich mehrere Flächen 1 nach allen Seiten innerhalb eines Profils einer Fläche 2 abstützen bzw. im Abstand 7 an der Fläche 2 auch seitlich geführt reibungs arm bzw. schwebend gehalten entlang laufen und einen Laufschlitten 30 führen und tragen. Unterschiedliche Kräfteverhältnisse können durch Variation der Anzahl und durch unterschiedlich angepaßte Abmessungen insbesondere der Flächen 1 ausgeglichen werden. Die Frequenz der Schwingungen wird im wesentlichen von der Schwingungs charakteristik des Randbereichs 4 bzw. von der von der äußeren Begrenzung 6 umschlossenen Fläche 1 bestimmt, und zwar auch einschließlich der Dicke, Breite, Elastizität etc. insbesondere des elastischen Bereichs der Fläche 1 aber auch von der Schwingungscharakteristik des zugeordneten Bereichs der Fläche 2. Die Höhe der Frequenz kann im niedrigen Bereich in der Größenordnung von z. B. 30 Hz liegen, in höheren Bereichen bei Größenordnungen von über 1 KHZ.

Wegen des durch die Schwingungen veränderlichen (schwingenden) Abstands 7 kann die Anlageebene 3 auch als Anordnungsebene definiert werden.

Bezugszeichenliste

1 und 2 Flächen
3 Anlageebene
4 Randbereich
5 Mittelbereich
6 äußere Begrenzung
7 Abstand
8 Piezo-Schwinger
9 und 10 elektrische Leitungen
11 vertikale Schwingung
12 Unwucht
13 Elektromotor
14 Kammer
15 Bügel
16 Zugvorrichtung
17 Auflageplatte
18 Federn
19 Zylinder
20 Führung
21 Luftfeder
22 Passage
23 Wasser als Medium
24 Rundung
25 Außen
26 Hebezeuge
27 Walze
28 Halterungen
29 Abziehposition
30 Laufschlitten

Claims

1. Verfahren zur Kraft-Übertragung beziehungsweise Kraft- und/oder Schwingungsübermittlung unter Anwendung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Flächen längs einer Anlageebene aneinander angeordnet werden, von denen wenigstens die eine von einem oder von ihrem Mittelbereich aus in Schwingung versetzt wird und zwar vorzugsweise mit einer vertikal zu den Flächen gerichteten Schwingungskraft-Komponente, und daß ein über den Mittelbereich allseitig lateral erweiterter Randbereich mindestens der einen Fläche vertikal zur Anlageebene elastisch schwingend gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Mittelbereich angelegte Schwingung zu ihrem elastisch schwingend gehaltenen Randbereich hin verläuft.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die eine der Flächen mehrere der anderen Fläche neben einander längs der gleichen Anlageebene angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen in einer Anlageebene mit vertikaler Richtungskomponente aneinander angeordnet sind und in vertikaler Richtung gehaltert werden, wobei die eine Fläche relativ zur anderen Fläche in Richtung der Anlageebene bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils relativ bewegte Fläche bewegungsmäßig in einer ortsfesten Führung geführt und/oder nach einer un beabsichtigten Trennung beider Flächen vor einem Herab fallen gesichert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung durch Relativbewegung, insbesondere schnelle bzw. erhöhte Relativbewegung der beiden Flächen längs der Anlageebene aneinander erzeugt wird, wobei an mindestens einer der Flächen auf ihrer Seite zur Anlage ebene hin schwingungserzeugende Oberflächen-Unebenheiten vorgesehen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung durch Aufnahme von Bewegungskomponenten von mit mindestens einer der Flächen verbundenen Maschi nenelementen erzeugt wird, gegebenenfalls unter Zwischen- oder Parallelanordnung von Federelementen (auch Gasfeder elementen).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung und die Eigen-Schwingung der Flächenelemente insbesondere des Mittel- und des Randbereichs in bestimm ter Form aufeinander abgestimmt sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbeson dere nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie Halte- bzw. Schwingungsübertragungsvorrichtung nach P 38 27 832.4, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens eine der Flächen (1 oder 2) einen steifen Mittel bereich (5) und einen lateral rund um den Mittelbereich hervorstehenden, flächig steifelastisch schwingenden Randbereich (4), aufweist, und daß wenigstens eine der längs einer Anlageebene (3) aneinander angeordneten Flächen (1 oder 2) mit vertikal zu den Flächen gerich teter Schwingungs-Kraftkomponente schwingt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (4) eine begrenzte Breite seitlich über den Mittelbereich hinaus aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (4) eine seitlich rund begrenzte Form auf weist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (4) eine seitlich rechteckig begrenzte Form aufweist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich (5) exzentrisch zur Randbereich-Begrenzung (6) angeordnet ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich (5) der einen Fläche (1 bzw. 2) eine Kammer (7) vorgesehen ist, welche zeitlich nach außen von dem Randbereich (4) begrenzt ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich (5) der aneinander angeordneten, bei aufrechterhaltenem Rundum-Abschluß durch den Rand bereich (4) mit einer Öffnung (24) einer Passage (22) in Verbindung steht.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Passage (22) mit einem zu pumpenden Medium (23) z. B. Wasser in Verbindung steht.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (1 und 2) eine gleichsinnig an einer gewölbten bzw. uneben verformten Auflageebene angepaßt geformte Oberfläche aufweisen.