DE4418458A1 - Verfahren und Einrichtung zum Antrieb oder Verringerung der Antriebskräfte von Vorrichtungen zur Simulation künstlicher Schwerkraftbedingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum alleinigen oder hilfsweise unterstützenden Antrieb oder Verringerung der Antriebskräfte terrestrischer Vorrichtungen zur vorzugsweise periodischen Simulation künstlicher Schwerkraftbedingungen, insbesondere Mikrogravitation, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Aus der DE-PS 36 35 258 ist ein Magnetkraftsystem zur reibungsarmen Bewegung von Lasten bekannt. Das System bezieht sich jedoch nur auf Bewegungen innerhalb einer horizontalen Ebene und auf hängende Lagerung.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verringerung der Antriebskräfte.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies durch ein Magnetlager erreicht.

Dieses Magnetlager besteht aus einem C-förmigen Profil eines magnetisch leitfähigen Materials, in dessen Spalt die Magnetkräfte eines oder mehrerer an der Unterseite des Schlittens befestigten Magneten angreifen und so eine Haltekraft erzeugen.

Durch diese Ausführung wird eine liegende Lagerung erreicht, vergleichbar der bisher bekannten hängenden Lagerung mittels eines auf dem Kopf stehenden U-förmigen Profils, wobei der oder die Magnete nach dem Stand der Technik angeordnet sein können und das C-Profil vertikale Ausformungen bzw. Bänder nach unten und/oder nach oben haben kann wie in Fig. 4 dargestellt.

Ein weiteres Lager wird vorgeschlagen, indem auf einem magnetisch nicht leitfähiges Material, das als Unterbau fungiert, ein magnetisch leitfähiges Material angebracht ist und der oder die Magnete seitlich versetzt positioniert ist bzw. sind und der Einsatz der Magnetfelder sowie deren Verbindung mittels magnetisch leitfähigen Materials oder die parallele Anordnung mehrerer Lager gemäß dem Stand der Technik erfolgen kann.

Durch eine sensorisch überwachte Abstandsregelung kann - neben einer mechanischen Führung durch Rollen oder Schienen - z. B. mittels eines Elektromagneten eine berührungslose Gleitbewegung erzeugt werden.

Speziell bei einer U-förmigen Bewegungsbahn wird vorgeschlagen, das Magnetlager im bogenförmigen Teil zur Kompensation der Fliehkräfte zu verwenden, indem bei einer festen Führung des Schlittens der Abstand zur Bahn so gewählt wird, daß der Magnet innerhalb des C-Profils angeordnet ist und so mit der gewünschten Kraft nach außen gezogen wird und der Zentrifugalkraft entgegenwirkt.

Bei der U-förmigen Bewegung muß der Schlitten in den Wurf-/Fallstrecken an die Führung gepreßt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Magnetlager ist, daß mit ihm im Bereich der Schenkel der U-förmigen Bahn durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Magnetlager und dem auf einer festen Bahn geführten Schlitten eine Anpreßkraft erzeugt werden kann, da sich der Magnet nun außerhalb des C-Profils befindet und nach innen gezogen wird.

Die Abstandsänderung zwischen Magnetlager und Schlitten kann dabei sprunghaft oder stetig, wie in Fig. 1 dargestellt, erfolgen.

Die Vorteile bestehen neben dem Wegfall von Stützen, die bei einer bekannten hängenden Lagerung nötig sind und einer Reduzierung der Lagerkräfte der mechanischen Führung sowie der Reibungskräfte in einem kostengünstigen und einfachen konstruktiven Aufbau, der Kurven und eine Verlegung der Magnetlager auf Gleisbreiten getattet.

In der DE-PS 38 72 943 T2 ist die Verwendung von Federn zur Unterstützung eines freien, hauptsächlich vertikalen Wurfs vorgesehen.

Als eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird vorgeschlagen, magnetische oder mechanische Energiespeicher wie Federn oder Gasfedern bei der Umlenkung der Bewegungsrichtung eines auf einer vertikalen Bahn geführten Schlittens zu verwenden.

Der Vorteil liegt in der durch die Speicherung der Energie verringerten Antriebsleistung.

Zwar ist aus DE-GM 88 02 418.0 die Verwendung eines magnetischen Linearmotors bei einem auf einer vertikalen Bahn geführten Schlitten bekannt, jedoch wird der Motor nicht näher beschrieben.

Bei den bekannten Linearmotoren wird das Magnetfeld im Schlitten erzeugt, wodurch dieser mit der Steuerung und den notwendigen Spuren und bei berührungslosem Antrieb auch mit der Energiequelle belastet wird.

Nach einer weiteren Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein magnetischer Antrieb vorgeschlagen, bei dem in einem magnetischen Leiter durch eine fest angebrachte Spule ein ursprüngliches Magnetfeld erzeugt wird. In dem beweglichen Teil wird in einem Metallring oder in einer kurzgeschlossenen Spule ein Strom induziert, wodurch ein damit verbundenes Magnetfeld entsteht, das dem ursprünglichen entgegengerichtet ist. Da die Magnetfelder sich abstoßen, kann so der Schlitten abgebremst bzw. beschleunigt werden. Der magnetische Leiter kann als vorzugsweise im wesentlichen vertikaler Stab mit beliebigem Querschnitt ausgeführt sein und zur Führung des beweglichen Teils bzw. Schlittens mittels Gleitreibung oder Schienen dienen. In letzterem Falle ist über diese bei entsprechender Isolierung auch eine Stromversorgung des Schlittens möglich.

Vorteilhaft ist neben der einfachen Konstruktion die Platz- und Gewichtseinsparung gegenüber herkömmlichen Linearmotoren. Darüber hinaus können damit auch Projektile abgeschossen werden.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einer ersten Ausführung.

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 und 5 weitere Ausführungen des Magnetlagers,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung der Einrichtung, und

Fig. 7 und 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der Einrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung zeigt die gestrichelte U-förmige Bewegungsbahn 2 und das Magnetlager 1. Das Magnetlager 1 weist dabei im Bereich der beiden Schenkel einen größeren Abstand von der Bewegungsbahn 2 auf als im unteren bogenförmigen Bahnteil. Dadurch wirkt im Bogen die Magnetkraft der Gewichts- und Zentrifugalkraft entgegen, während im Schenkelbereich eine Anpreßkraft erzeugt wird.

In Fig. 2 befindet sich der Schlitten 4 im Schenkelbereich. Der an dem Schlitten 4 befestigte Magnet 3 befindet sich außerhalb des C- förmigen Magnetlagers 1 und wird in dieses hineingezogen.

Fig. 3 stellt die Situation im Bahnbogen dar. Der Magnet 3 befindet sich nun innerhalb des C-förmigen Magnetlagers 1 und wird gegen die Enden des C-Profils gezogen. Dadurch übt der Magnet 3 eine vom Magnetlager 1 weggerichtete Kraft auf den Schlitten 4 aus und kompensiert so die auf den Schlitten wirkenden Kräfte.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Magnetlagers 1 mit an den offenen Enden angebrachten vertikalen Bändern 5, die sich, wie im linken Teil des Magnetlagers 1 ausgeführt, nach oben und unten oder, wie im rechten Teil dargestellt, nur nach unten erstrecken.

Fig. 5 zeigt ein anderes Magnetlager 1, bei dem auf dem Unterbau 7 ein Eisen 6 befestigt ist. Die Magnete 3, die an dem Schlitten 4 befestigt sind, wirken in der gezeichneten Position der Schwerkraft entgegen.

In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, bei der eine Spule 11 zur Erzeugung eines Magnetfeldes an einem Stab 9 aus magntisch leitfähigem Material befestigt ist, längs dem sich der Schlitten 4 bewegt. In dem daran angebrachten Metallring 8 wird ein Kurzschlußstrom induziert, dessen Magnetfeld dem ursprünglich von der Spule 11 erzeugten entgegengerichtet ist.

In Fig. 7 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, bei der die kinetische Energie des sich längs der Führung 12 bewegenden Schlittens 4 in der Umkehrphase von der Feder 13 zwischengespeichert wird. Die Bohrung 14 dient der Aufnahme einer Vorrichtung zur Führung der Feder 13, etwa eines Stabes oder Rohrs.

In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, bei der die kinetische Energie des sich längs der Führung 12 bewegenden Schlittens 4 in der Umkehrphase durch die Verformung der Feldlinien der Magneten 3 zwischengespeichert wird. Die Magnete am Schlitten und am Boden sind so angeordnet, daß sie sich abstoßen.

Bezugszeichenliste

 1 Magnetlager
 2 Bewegungsbahn
 3 Magnet
 4 Schlitten
 5 vertikales Band
 6 Eisen
 7 Unterbau
 8 Metallring
 9 Stab
10 ----
11 Spule
12 Führung
13 Feder
14 Bohrung

Claims (10)

1. Verfahren und Einrichtung zum alleinigen oder unterstützenden Antrieb oder Verringerung der Antriebskräfte von Vorrichtungen zur Simulation künstlicher Schwerkraftbedingungen, insbesondere Mikrogravitation, dadurch gekennzeichnet, daß die kinetische Energie eines sich auf einer vertikalen geführten Bahn sich auf- und/oder abbewegenden Schlittens am unteren Umkehrpunkt von einem Speicher aufgenommen wird und zur Beschleunigung des Schlittens im umgekehrter Bewegungsrichtung dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem sich längs eines magnetisch leitfähigen Stabs auf einer vertikalen Bahn bewegenden Schlitten vor dem unteren Umkehrpunkt der Bewegungsbahn des Schlittens in diesem ein Magnetfeld aufgebaut wird, das einem im Stab erzeugten Magnetfeld entgegengerichtet ist, wodurch der Schlitten abgebremst und in umgekehrter Richtung beschleunigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Antrieb von Projektilen verwendet wird.

4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende eines magnetisch leitfähigen Stabs eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes befestigt ist, sich ein Schlitten längs dieses Stabs auf einer im wesentlichen vertikalen Bahn bewegt, im Schlitten mindestens ein Metallring oder kurzgeschlossene Spule angebracht ist, durch Sensoren die Bewegung des Schlittens erfaßt wird, der Schlitten längs eines oder mehrerer Stäbe durch Gleitreibung oder Räder auf am Stab ausgeformten oder angebrachten Schienen geführt wird, und daß hierbei durch Isolierung der Schienen über diese die Energieversorgung des Schlitten erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Boden einer aus einer im wesentlichen vertikalen Führung und eines sich längs dieser Führung bewegenden Schlittens bestehenden Vorrichtung zur Simulation künstlicher Schwerkraftbedingungen zur Speicherung der Bewegungsenergie und Richtungsumkehr des Schlittens einzeln oder in Kombination Druckfedern, Gasfedern oder Magnete angebracht sind, wobei in letzterem Fall am Schlitten Magnete gleicher Polarität befestigt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur liegenden bzw. stehenden Lagerung eines sich auf dem gekrümmten Teil einer U-förmigen Bahn bewegenden Schlittens an diesem einer oder mehrere Magnete innerhalb eines nach oben offenen C-Profils aus magnetisch-leitfähigem Material in bekannter Weise angebracht sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur liegenden bzw. stehenden Lagerung eines sich auf dem gekrümmten Teil einer U-förmigen Bahn bewegenden Schlittens an diesem einer oder mehrere Magnete seitlich versetzt neben einem auf einem nichtmagnetischen Unterbau befestigten Lager aus magnetisch leitfähigem Material in bekannter Weise angebracht sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus magnetisch leitfähigem Material bestehende Lager im Bereich der Schenkel der U-förmigen Bahn in einem solchen Abstand von der Bewegungsbahn ausgeführt ist, daß eine Anpreßkraft in Richtung des Lagers ausgeübt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Bahnführung durch abstandsgeregelte Elektromagnete erfolgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur reibungsarmen oder reibungslosen Lagerung von Lasten mit hauptsächlich vertikaler Bewegungsbahn dient.