DE60113148T2

DE60113148T2 - Verfahren und vorrichtung zur magnetischen kraftübertragung

Info

Publication number: DE60113148T2
Application number: DE60113148T
Authority: DE
Inventors: Johnnes SCHRÖTTER
Original assignee: PLANETENERGY Ltd
Current assignee: PLANETENERGY Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: ATE303666T1; MXPA03004457A; EP1340309B1; CA2428419A1; CN1475042A; EP1340309A1; WO2002041477A1; JP2004523696A; US6858958B2; AU2002215150A1; US20040046468A1; DE60113148D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur magnetischen Kraftübertragung mit Hilfe von beweglichen und miteinander in Wechselwirkung tretenden Magneten.
Stand der Technik
Bekannt sind bereits seit langem magnetische Kraftübertragungsvorrichtungen, bei welchen eine Antriebskraft von einem drehbar gelagerten ersten Körper auf einen zweiten drehbar gelagerten Körper übertragen wird. Erster und zweiter Körper sind koaxial und in Abstand zueinander angeordnet. Die Kraftübertragung aufgrund der Magnetwirkung entspricht nach der Art miteinander kämmender, ein Getriebe bildender Zahnräder. Ein Nachteil dieser bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen ist, dass mit zunehmender Grösse der übertragenden Kraft die Übertragungsverluste ansteigen.
U.S. Pat. Nr. 5,013,949 (Mabe) zeigt magnetische Kraftuebertragungen auf Kontakt-Drehmoment Relation, die in Verbindung mit sowohl einem rotierbaren "Sonnenteil" als auch einem rotierbaren "Ringteil" Kraft uebertragen. Jedes der rotierbaren Elemente hat mehrere magnetische Pole, die abwechseln von Norden und Sueden die Polaritaeten umfassen. Die dargestellten Kraftuebertragungen können geschwindigkeitsfoerdernd oder geschwindigkeitsreduzierend eingesetzt werden in Abhangigkeit vom angetriebenen oder antreibenden Element. Weiter erlaubt die Übermittlung die Trennung des ersten rotierbaren Mitgliedes vom zweiten rotierbaren Mitglied.
DE-EIN-43 02 216 (Schrötter) zeigt eine Kraftuebertragung, die aus zwei oder mehreren Rollen besteht, die drehbar gelagert sind und sich in unmittelbarer Naehe parallel zu einander befinden. Im äußeren Mantel der Rolle werden Magnete in Helixform bereitgestellt, wohingegen die Magnete mit ihren jeweiligen gleichen Polen radial nach außen angeordnet sind. Gleiche Polaritaet in den Rollen bewirkt eine Kraftuebertragung die durch abstossende Pole erreicht wird.
EP-EIN-0 683 317 zeigen einen drehenden Körper, der aus einer Mehrheit von rotierenden Scheiben besteht, die sich auf einer gemeinsamen Axe befinden. Auf jeder Seite von den sich drehenden Scheiben-Gruppen steht eine Schicht von Magnetpolen gegenueber. Die Magnetpole sind in Polarität zu jenen auf dem gegnerischen sich drehende Scheibe gleich. Ins- besondere charakteristisch EP-EIN-0 683 317, daß die Magnete dieser Scheiben so arrangiert werden, daß ihr Polarisationsvector nicht in der Drehrichtung sodern axial verlaeuft.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur magnetischen Kraftübertragung bereitzustellen, mit welchen insbesondere das Drehmomentübertragungsvermögen verbessert werden kann. Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur magnetischen Kraftübertragung bereitzustellen, mit welchen Impulse über weite Wegstrecken übertragbar sind. Ziel ist auch, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieauskopplung vorzuschlagen.
Beschreibung
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst, indem eine Mehrzahl von Supports zur Aufnahme oder Anordnung von einem oder mehreren Magneten vorgesehen wird, dass jeder Support auf oder mittels Lagermitteln beweglich beispielsweise an einer Achse, Welle, Schiene, Ring, etc., angeordnet wird, dass jeder Support mit einem oder mehreren Freilaufmitteln, z.B. Freilauflagern, in Verbindung steht, die dafür sorgen, dass der Support in nur einer bestimmten Laufrichtung beweglich – sei es entlang einer geraden oder gekrümmten Bahn – in nur einer Richtung drehbar resp. beweglich ist, dass jeder Support mit jeweils ein oder mehreren einzelnen Magneten bestückt wird, wobei die Magnete an bestimmten Positionen und Ausrichtungen angeordnet werden, und eine Mehrzahl von diesen Supports in Abstand so relativ zueinander angeordnet werden, dass ein auf einen ersten Support übertragener Impuls von diesem ersten Support mittels Magnetwechselwirkung auf einen benachbarten zweiten Support, von diesem zweiten Support auf den zum zweiten Support benachbarten dritten Support usw. übertragen wird, wobei durch den durch die Freilaufmittel verunmöglichten Rücklauf eines in Bewegung gesetzten Supports eine praktisch vollständige Impulsübertragung auf den jeweils nächsten Support bewirkt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein von einem externen Impulsgeber einmal auf die magnetische Kraftübertragungsvorrichtung übertragener Startimpuls ähnlich einer Welle praktisch verlustfrei über grosse Strecken übertragbar ist. Obwohl die Freilaufmittel grundsätzlich unterschiedlich realisiert sein können, werden bevorzugt Freilauflager (auch Backflush, back-stop genannt) eingesetzt. In einer zweckmässigen Ausführungsform kann der Support auch Teil der Lager- und/oder Freilaufmittel sein.
Vorteilhaft wird als Support ein Schlitten vorgesehen und eine Mehrzahl von Schlitten in einer Reihe und in Abstand voneinander auf einer als als gerade oder gekrümmte Bahn, Kreisbahn etc. ausgebildeten Schiene, Ring, etc. angeordnet, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf den ersten Schlitten übertragener Startimpuls auf den letzten auf der Schiene sich befindlichen Schlitten übertragen werden kann. Alternativ kann als Support eine Kreisscheibe oder ein Ring vorgesehen werden und eine Mehrzahl von Scheiben oder Ringen auf einer gemeinsamen Drehachse und in Abstand voneinander als Stapel resp. Scheiben- oder Ringanordnung angeordnet werden, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf die erste Scheibe des Stapels übertragener Startimpuls auf die letzte Scheibe des Stapels übertragen werden kann. Obwohl die Supports grundsätzlich in unterschiedlichen Geometrien aneinandergereiht werden können, werden diese vorzugsweise in einer geraden Reihe hintereinander oder auf einer Kreisbahn angeordnet.
Bevorzugt werden die der Impulsübertragung von einem zum nächsten Support dienenden Magnete benachbarter Supports so orientiert, dass bei deren Annäherung eine vorzugsweise maximale Abstossung resultiert. Dies heisst, dass die gleichen Pole der Magnete benachbarter Supports vorzugsweise gegeneinander gerichtet sind. Eine besonders bevorzugte Variante ergibt sich dann, wenn in Abstand zur Bewegungsbahn der Magnete Spulenkörper angeordnet werden, sodass durch Bewegung der Magnete ein elektrisches Feld in den Spulen induziert wird und ein elektrischer Strom ausgekoppelt werden kann. Dies erlaubt es, unterschiedlich orientierte Magnete auf einem einzelnen Support anzuordnen und den einen Teil der Magnete zur Impulsübertragung und den anderen Teil der Magnete zur Feldinduktion zu nutzen. Die miteinander zusammenwirkenden Magnete können auf derselben Kreisbahn oder radial gegeneinander versetzt angeordnet sein. Bevorzugt wird bei einer in sich nicht geschlossenen Anordnung, z.B. linearer Anordnung der Supports, der Impuls des letzten Support auf den ersten Support wieder zurückgeleitet. Dies hat den Vorteil, dass ein einzelner Impuls für längere Zeit in der Supportanordnung gespeichert werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur wenigstens magnetischen Impulsübertragung mit einer Mehrzahl von jeweils mit einem oder mehreren Magneten bestückten Supports, wobei jeder Support auf oder mittels Lagermitteln z.B. an einer Drehachse, Achse, Welle, Ring oder dergleichen, angeordnet ist und jeweils ein oder mehrere Freilaufmittel, insbesondere Freilauflager, mit den einzelren Supports in Verbindung stehen derart, dass die die Magnete aufweisenden Supports in nur einer Richtung entweder um eine Drehachse drehbar oder entlang einer geraden oder gekrümmten durch eine Schiene, Achse, Ring etc. gebildeten Bahn beweglich sind, sowie eine Anordnung der Supports relativ zueinander dergestalt, dass ein auf einen ersten Support übertragener Impuls von diesem ersten Support mittels Magnetwechselwirkung auf den benachbarten zweiten Support, von diesem zweiten Support auf den zum zweiten Support benachbarten dritten Support usw. übertragen wird, wobei durch den durch das oder die Freilauflager verunmöglichten Rücklauf eines in Bewegung gesetzten Supports eine praktisch vollständige Impulsübertragung auf den jeweils nächsten Support bewirkt wird. Dies hat den Vorteil, dass ein von einem externen Impulsgeber einmal auf die magnetische Kraftübertragungsvorrichtung übertragener Startimpuls ähnlich einer Welle praktisch verlustfrei über grosse Strecken übertragbar ist.
Wie bereits oben beschrieben kann ein Support als Schlitten ausgebildet und eine Mehrzahl von Schlitten in einer Reihe und in Abstand voneinander an einer Schiene in nur einer bestimmten Richtung beweglich angeordnet sein, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf den ersten Schlitten übertragener Startimpuls bis auf den letzten auf der Schiene sich befindlichen Schlitten übertragen wird. Alternativ kann als Support auch eine Scheibe oder Ring vorgesehen sein und eine Mehrzahl von Scheiben oder Ringen auf einer gemeinsamen Drehachse und in Abstand voneinander als Scheiben- oder Ringanordnung angeordnet sein. Die vorbeschriebenen Geometrien sind in der Praxis leicht zu realisieren und erweisen sich als besonders günstig.
Vorteilhaft ist eine als Support dienende Scheibe durch ein zentrales Freilauflager gehalten, welches dafür sorgt, dass der Support gelagert und in nur einer Drehrichtung drehbar ist. Das Freilauflager kann eine Kombination zwischen einem herkömmlichen Lager und einem Freilauflager sein. Um die Belastung des Freilauflagers gering zu halten, liegen die Ringe, Scheiben, Schlitten etc. zweckmässigerweise auf geeigneten separaten Lagern auf oder werden durch diese in wenigstens einer Richtung beweglich gehalten, und es werden separate Freilauflager eingesetzt, die z.B. in Verbindung mit einem Zahnrad, welches mit einer entsprechenden Verzahnung am Ring oder an der Scheibe zusammenwirkt, die Lauf- oder Bewegungsrichtung kontrolliert. Es versteht sich, dass im Falle der Verwendung von mehreren Lagern, diese am Innen- und/oder Aussenumfang eines Ringes anliegen können.
Es ist denkbar, als Support für die Magnete eine Kreisscheibe vorzusehen und eine Mehrzahl von diesen Scheiben in einer gemeinsamen Ebene und in Abstand voneinander in nur einer bestimmten Drehrichtung drehbar anzuordnen (Drehachse senkrecht zur gemeinsamen Ebene), sodass ein von einem externen Impulsgeber auf die erste Scheibe übertragener Startdrehimpuls bis auf die letzte Scheibe der Scheibenanordnung übertragen wird. Es besteht dabei die Möglichkeit, die Scheiben so anzuordnen, dass alle Scheiben in gleicher Drehrichtung oder jeweils alternierend in gegenläufigen Drehrichtungen drehen, wenn sich die Scheiben nicht hintereinander, sondern nebeneinander befinden. Denkbar ist auch, die Scheiben als Stapel und im Kreis anzuordnen (s. 17).
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind in Abstand zur Bewegungsbahn der Magnete Spulen derart angeordnet, sodass durch Bewegung der Magnete ein elektrisches Feld in den Spulen induziert wird und ein elektrischer Strom ausgekoppelt werden kann. Dabei können bei Einsatzes eines Ringes als Magnet- Support die Spulen in der Ringebene und in Abstand zur Peripherie oder senkrecht zur Ringebene angeordnet sein.
Bevorzugt ist jeder Support mit wenigstens zwei in Abstand voneinander angeordneten Magneten unterschiedlicher Orientierung bestückt, wobei die Magnete einer bestimmten ersten Orientierung für die Impulsübertragung auf den benachbarten Support und die Magnete einer bestimmten zweiten Orientierung für die Kraftauskopplung eingesetzt werden. Eine solche Anordnung hat den überraschenden Effekt, dass Energie aus einer Anordnung, die wie oben angegeben aufgebaut ist, ausgekoppelt und gewonnen werden kann. Es ist denkbar, bei einer linearen Anordnung von miteinander zusammenwirkenden Supports Mittel vorzusehen, um den Impuls des letzten Supports auf den ersten Support wieder zu übertragen oder einzuspeisen. Solche Mittel können beispielsweise eine Achse sein, welche den letzten mit dem ersten verbindet.
Als Lagermittel für die Supports können Lager aller Art, Kugellager, Gleitlager, Luftlager oder dergleichen eingesetzt. Von Bedeutung ist lediglich, dass ein möglichst verlustarmer Transport oder Bewegung der Supports gewährleistet ist, damit von der extern eingespeisten Energie in Form eines Impulses nicht zuviel als Reibverlust verlorengeht.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher im Detail beschrieben. Dabei sind in den Figuren für gleiche Teile jeweils gleiche Bezugsziffern verwendet.
Es zeigt
1: in perspektivischer Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiels einer aus einzelnen unabhängig drehbaren Ringen bestehenden magnetischen Kraftübertragungsvorrichtung;
2: eine Draufsicht auf einen einzelnen als Ring der Vorrichtung von 1;
3: eine perspektivische Ansicht des Rings von 2;
4: ein zweites Ausführungsbeispiels eines Rings mit zwei Magneten in perspektivischer Darstellung;
5: das Ausführungsbeispiel von 4 in Explosionsdarstellung;
6: eine dritte Art eines Rings mit insgesamt vier Aussparungen zur Aufnahme von Magneten unterschiedlicher Orientierung;
7: ein mit den Ringen von 6 gebildete lineare Ringanordnung;
8: die Anordnung von 7 in auseinandergezogener Darstellung;
9: ein mit den Ringen von 6 gebildete Kraftübertragungs- und Kraftauskopplungsvorrichtung;
10: das Ergebnis einer dynamischen elektromagnetischen Feldsimulation;
11: schematisch ein Prototyp einer Kraftübertragungs- und simultanen Kraftauskopplungsvorrichtung mit einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Ringen;
12: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Ring ausgebildeten Supports, welcher in radialer Richtung abstehende Magnete aufweist;
13: eine Anordnung von übereinander und in Abstand voneinander angerdneten Ringen gemäss 12;
14: die Anordnung von Ringen gemäss 13 mit um die Ringe herum angeordneten Spulenstapel;
15: die Anordnung von 14 mit einem stirnseitigen Rahmen zur Halterung der Ringe und des Spulenstapels;
16: schematische eine weitere mögliche Ausführungsform einer Energieauskopplungsvorrichtung mit einem als Ring ausgebildeten Support, bei welchem die Spulen senkrecht zum und um den Ring herum angeordnet werden können;
17: schematisch ein magnetische Kraftübertragungs- und Energieauskopplungsvorrichtung mit im Kreis angeordneten Scheibenstapeln.
Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgmässen magnetischen Kraftübertragungsvorrichtung 10a, welche durch eine Mehrzahl von in Abstand voneinander angeordneten, mit Magneten 13 besetzten Ringen 11a, 11b, 11c usw. gebildet ist. Die Ringe 11a, 11b, 11c usw. dienen als Supports für die Magnete 13 und sind um eine gemeinsame Achse 15 frei drehbar. Lager 17 sind in regelmässigen Abständen voneinander entlang der Peripherie der Ringe 11a, 11b, 11c usw. angeordnet (in 1 nicht eingezeichnet) und sorgen dafür, dass die Ringe mit minimalsten Reibungsverlusten frei drehbar sind.
Jeder Ring 11a, 11b, 11c usw. ist mit wenigstens je einem Magneten 13 besetzt. Der oder die Magnete sind in Ausnehmungen 14a des Ringes 11 wenigstens teilweise aufgenommen. Die der Kraftübertragung von Ring zu Ring dienenden Magnete 13 sind auf den hintereinander angeordneten Ringen gleich ausgerichtet, sodass gleich magnetisierte Pole aufeinander treffen, wenn die Ringe relativ zueinander drehen. Diese Anordnung der Magnete 13 sorgt dafür, dass ein von einer nicht dargestellten externen Vorrichtung z.B. auf den Ring 11a übertragener Drehimpuls wegen der magnetischen Abstossung auf den nächsten Ring 11b übertragen, und sodann von diesem auf Ring 11c usw. ähnlich einer sich fortpflanzenden Welle auf den jeweils benachbarten Ring weitergegeben wird.
Um den Rücklauf eines in eine Drehbewegung versetzten Ringes 11 zu verhindern, stehen die Ringe mit wenigstens je einem Freilauflager 19 in Verbindung. Das Freilauflager 19 stellt sicher, dass jeder Ring 11a, 11b, 11c usw. sich in nur einer Richtung (Pfeil 20 = Drehrichtung) und bei der Annäherung an einen gleich polarisierten Magneten des benachbarten Supports nicht zurückdrehen kann. Gemäss dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Freilauflager 19 auf eine nicht näher dargestellte koaxial zur Drehachse 15 verlaufende Welle 21 aufgesetzt und mit einem Zahnrad 23 drehfest verbunden. Die Verzahnung 25 des Zahnrads 23 steht mit einer entsprechenden Verzahnung 27 an der Innenseite eines Ringes 11a, 11b, 11c usw. in Eingriff.
Die 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ringes 11' zur Verwendung in einer erfindungsgemässen Kraftübertragungsvorrichtung. Der Ring 11 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 im wesentlichen darin, dass zwei einander diametral gegenüberliegende Magnete 13 auf dem Ring 11 angeordnet sind. Die in Draufsicht rechteckigen Magnete 13 sind auf dem Ring 11 in entsprechenden Aussparungen teilweise aufgenommen und in der gleichen Orientierung angeordnet (Pfeil 32 = Polarisationsrichtung). Um die Magnetfeldstärke möglichst gross zu machen, sind die Magnete 13 vorzugsweise aus mehreren Einzelmagneten 13a, 13b, 13c zu einem Stapel zusammengefügt (s. 5). Jeder Magnetstapel ist durch Schalen 29 zusammengehalten, welche an gegenüberliegenden Seiten am Ring 11 mittels Nieten 31 festgemacht sind. Es versteht sich, dass die Magnetstapel mit jedem dem Fachmann geeigneten Mittel befestigt werden können.
Der in den 6 bis 8 gezeigte Ring 11'' mit insgesamt vier Aussparungen 14b kann dafür verwendet werden, im Betrieb Kraft mittels einem Teil der Magnete 13 aus der Ringanordnung auszukoppeln. Zu diesem Zweck weisen zwei einander gegenüberliegende Magnete 13'' eine erste Orientierung O₁ (= in tangentialer Richtung) auf, mittels derer ein Impuls praktisch vollständig auf den nächsten benachbarten Ring übertragbar ist, und die zwei anderen, einander ebenfalls gegenüberliegenden Magnete 13' weisen eine radiale Orientierung O₂ auf, mit Hilfe derer ein maximales elektrisches Feld in einen zum Ring 11 benachbarten Spulenkörper 35 übertragbar ist (9). Es versteht sich, dass anstelle von vier Magneten, derer nur zwei eingesetzt werden können, wobei die Polarisierung des ersten Magneten in radialer Richtung und des zweiten Magneten in Umfangsrichtung ist.
Das Ausführungsbeispiel von 9 zeigt die Lager 17 mittels der Wellen 33 der Ringe an deren Innenumfang angeordnet. In Abstand zu den Ringen 11 mit den Magneten 13' und 13'' und in der gleichen Ebene sind eine Vielzahl von Spulenkörpern 35 mit Ferritkern oder ohne Ferritkern stationär angeordnet (Ferritkerne und Freilauflager sind aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht eingezeichnet). Im Betrieb der nur schematisch dargestellten Kraftübertragungs- und Kraftauskopplungsvorrichtung wird bei der Rotation der Ringe 11 durch die Magnete 13' ein elektrisches Feld in den Spulenkörpern 35 induziert, welches als elektrische Energie ausgekoppelt werden kann.
10 zeigt das Ergebnis einer dynamischen elektromagnetischen Feldsimulation. Auf der Ordinate ist die zwischen den Magneten 13 zweier benachbarter Ringe wirkende Kraft in Newton aufgetragen und die Abszisse repräsentiert die Zeitachse in ms. Die Darstellung zeigt, dass die Kräfteverhältnisse bereits nach dem ersten Durchgang (= Impulstransfer) praktisch ausbalanciert sind und die Energie (integrierte Kurven) zwischen den einzelnen Durchgängen erhalten bleibt.
Die in der 11 gezeigte Kraftübertragungs- und simultane Kraftauskopplungsvorrichtung umfasst zwei aneindergefügte Module 37a, 37b mit jeweils einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Ringen 11. Die Ringe 11 sind durch am Ringumfang anliegende Lagern 17 frei drehbar gelagert, wobei in der 11 aus Gründen der Darstellung nicht eingezeichnete Freilauflager dafür sorgen, dass die Ringe 11 in nur einer bestimmten Drehrichtung rotieren können. Ebenfalls nicht dargestellt sind die um die Ringe 11 herum angeordneten Spulenkörper 35, mit Hilfe derer Energie auskoppelbar ist.
Die Module 37a, 37b haben einen Rahmen 39, an welchem in Längsrichtung sich erstreckende Wellen 41 für die Lager 17 angeordnet sind. An der Stirnseite der Vorrichtung ist ein Elektromotor 43 gezeigt, welcher als Impulsgenerator dient. Mit Hilfe des Elektromotors kann ein externer Startimpuls auf den vordersten Ring übertragen werden. Dieser Impuls wird dann aufgrund der bereits beschriebenen technischen Merkmale der Kraftübertragungsvorrichtung auf die anderen Ringe übertragen und kann dann vom letzten Ring der Vorrichtung wieder dem ersten Ring zugeführt werden. Es versteht sich, dass bei einer Anordnung wie der gezeigten mit sehr vielen hintereinander angeordneten Ringen mehr als ein Impuls eingespiesen und in der Anordnung unterwegs sein kann.
Bei der Lektüre der vorliegenden Ausführungen wird dem Fachmann klar werden, dass bei einer ringförmigen Anordnung der beispielhaft gezeigten Kraftübertragungs- und Kraftauskopplungsvorrichtungen einmal eingespeisten Impulse unter der Voraussetzung eines nur geringen Reibwiderstandes Impulse sich im System sehr lange erhalten können. Da bei der Rotation der Ringe, Scheiben etc. oder Translationsbewegung von entsprechend ausgebildeten Schlitten aber gleichzeitig elektrische Felder in Spulenkörper induzierbar sind, kann auf diese Weise beim Betrieb der Kraftübertragungsvorrichtung Energie ausgekoppelt resp. gewonnen werden.
Die Vorrichtung gemäss den 12 bis 14 unterscheidet sich von den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen darin, dass die die Magnete 13 aufnehmenden Supports als Schlitten 47 ausgebildet sind. Die Schlitten 47 sind mittels der an gegenüberliegenden Seiten des Ringes 49 angreifenden Lager 51 frei beweglich gelagert. In den Figuren nicht dargestellte Freilager sorgen dafür, dass die Schlitten 47 lediglich in einer bestimmten Richtung entlang der Kreisbahn rotieren können. Wie schon bei den anderen Ausführungsbeispielen sind auch hier die Magnete 13 vorzugsweise aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt, um eine grössere Magnetfeldstärke erreichen zu können.
14 und 15 zeigen schematisch die ganze Kraftübertragungs- und Kraftauskopplungsvorrichtung, bei welcher die einzelnen Ringe 49 und die daran angeordneten Schlitten 47 von einer Vielzahl von jeweils in derselben Ebene der jeweiligen Ringe angeordneten Spulenkörpern 35 umgeben sind. In den Spulenkörper 35 werden im Betrieb der Vorrichtung durch die rotierenden Magnete 13 elektrische Felder induziert, welche integriert über die Zeit die gewonnene Energie ergeben. Die Ringe 49 und die darum angeordneten Spulen 35 werden durch stirnseitig angebrachte Flansche 53 zusammengehalten.
Die Ausführungsform gemäss 16 unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Ausführungsformen darin, dass die Spulen nicht in Abstand zur Peripherie der Ringe, sondern senkrecht in Abstand zur Ringebene angeordnet sind. Eine nur ausschnittsweise dargestellte Halterung 55, welche sich um den Ring herum erstreckt und Aussparungen 57 besitzt, dient der Aufnahme von nicht näher gezeigten Spulen. Bei dieser Ausführungsform sind Magnete zu verwenden, die die maximale Magnetfeldstärke senkrecht zur Ringebene aufweisen.
17 zeigt schematisch eine weitere grundsätzliche Anordnung von zu Stapeln 59 angeordneten Ringen. Die Ringstapel 59 sind in einem Kreis angeordnet, wobei aus Gründen der Uebersichtlichkeit die Spulen, welche inner- und ausserhalb um die Ringstapel herum angeordnet werden können, nicht gezeigt sind. Die zueinander benachbarten Ringstapel können in entgegengesetzten Richtungen drehen (Pfeile 61 und 63).
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung und das Verfahren zur Kraftübertragung mittels magnetischer Wechselwirkung und gleichzeitiger Energieauskopplung eingesetzt werden kann. Wesentlich dabei ist, dass ein Impuls oder Drehmoment mittels Magnete und magnetischer Abstossung von einem mit Magneten bestückten in einer bestimmten Richtung beweglich gelagerten Support auf den benachbarten in derselben Richtung beweglich gelagerten Support übertragen wird. Von Bedeutung ist nun, dass jeder Support mit geeigneten Mitteln, z.B. Freilaufmitteln wie Freilauflager in Verbindung steht, sodass dieser in nur einer bestimmten Richtung drehen oder sich vorwärts bewegen kann. Durch den durch die eingesetzten Freilaufmittel verunmöglichten Rücklauf eines in Bewegung gesetzten Supports wird eine praktisch vollständige Impulsübertragung auf den jeweils nächsten Support bewirkt, sodass ein von einem externen Impulsgeber einmal auf die magnetische Kraftübertragungsvorrichtung übertragener Startimpuls ähnlich einer Welle praktisch verlustfrei über grosse Strecken übertragbar ist. Durch den Einsatz von in Abstand zur Bewegungsbahn der Magnete angeordneten Spulen, kann dabei im Betrieb Energie der Supportanordnung ausgekoppelt.
Für den fachkundigen Leser ist kar, dass im Rahmen dieser Erfindung unterschiedlichste Anordnungen und Ausführungen denk- und realsierbar sind, ohne vom Erfindungsgrundgedanken abzuweichen.
Die 18 bis 20 zeigen ein Gerät 61 fuer die Übertragung eines Impulses und den gleichzeitigen Antrieb einer Achse. Das Gerät 61 umfasst einen Rahmen 63, der eine stationäre Achse 65 trägt, auf der sich Suppports oder Elemente 11 mittels Freilauflager 19 angeordnet sind. Jedes Element 11 ist mit einer Mehrzahl von Magneten 13 ausgestattet (nur zwei von diesen sind in 19 und 20 gezeigt). Weiter sind diese Supports 11 mit Zähnen 67 an deren Umfang ausgestattet. Diese Zahnräder 67 greifen in die Zähne von benachbarten Zahnrädern 71 ein. Die erwähnten Zahnräder sind auf einer Welle 73 montiert, welche drehbar am Rahmen 63 angeordnet ist. Die Zahnräder 71 sind auf der Welle 73 durch separate Freilauflager 19 gehalten. Die erwähnten Freilauflager 75b erlauben eine Drehung der Welle 75 in nur einer Richtung. Ein Elektromotor 43 ist am Rahmen 63 angeordnet. Es hat ein auf einer Welle angeordnetes Antriebszahnrad (in 18 nicht gezeigt), welches mit den Zähnen 67 des ersten Support 11a in Eingriff ist. Der Elektromotor 43 dient dazu, um einen einzeln Impuls auf das drehimpulsübertragende Gerät 61 zu übertragen.
Es ist klar, daß der backflush oder hinter 19 durch Kupplungen ersetzt werden kann, oder vorzugsweise in Kombination mit Kupplungen ist. Die Kupplungen können elektrisch, elektromagnetisch oder mechanisch betrieben werden. Sie stellen sicher, daß die jeweiligen Magnete eines angetriebenen (sich bewegenden oder rotierenden) Supports sich maximal eines nachfolgenden Support annähern können, wobei eine maximale Drehimpulsübertragung von einem zum nächsten Support ermöglicht ist.
Das Gerät 61 wird in der folgenden Art betrieben: Am Anfang überträgt der Elektromotor 43 einen Impuls auf den ersten Support 13, sodass der erste Support soweit gedreht wird, bis die Antriebskraft gleich der Abstossungskraft der miteinander zusammenwirkenden Magnete ist. Das Freilauflager 19 verhindert dabei, dass der erste Support sich rückwärts dreht. Die Abstoßungskräfte zwischen den zusammenwirkenden Magneten des ersten und zweiten Supports 11a, 11b setzen den zweiten Support 11b in Bewegung (der erste Support 11a wird dabei durch das Freilauflager 19 in Position gehalten). Falls Kupplungen in Kombination mit den Freilaufmitteln eingesetzt werden, wird der zweite (nachfolgende) Support ebenfalls in Position gehalten werden, bis die maximale Abstossungskraft erreicht ist. Sobald die maximale Abstossungskraft erreicht ist, wird die Kupplung gelöst and der zweite Support 11b dreht sich vorwärts, bis die Abstossungskräfte zwischen den Magneten 13 des zweiten und dritten Supports 11b, 11c gleich gross sind, usw.
Wenn der Support 11a sich dreht, wird auch das Zahnrad 71a und damit auch die Welle 73 gedreht. Die übrigen Supports 71b, 71c usw. drehen sich nicht, da das Freilauflager 75 ein Schlüpfen der Welle 73 ermöglichen. Dies bedeutet, daß nur das jeweilige Zahnrad 71, welches durch einen Support angetrieben (gedreht) wird, in Bewegung gesetzt wird. So wie der Impuls sich von einem Support auf den nächsten vorwärts bewegt, wird die Welle 73 weiter gedreht. Dies resultiert schliesslich in einer kontinuierlichen Bewegung der Welle 73. Die Drehkraft kann dabei für das Antreiben eines anderen Gerätes benutzt werden.
Es sei noch bemerkt, daß der Elektromotor ununterbrochen mit einer im Wesentlichen konstanten Drehgeschwindigkeit betrieben werden kann. So dreht sich der erste Support ebenfalls mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit. Der nachfolgende (zweite) Support wird durch die Kupplung in Position gehalten und erst dann losgelassen, wenn eine vorherbestimmte Abstoßungskraft zwischen den Magneten des ersten und zweiten Supports erreicht ist. Danach wird der zweite Support losgelassen und der Impuls auf den dritten Support übertragen. Der dritte und die übrigen Supports können dabei auch in Verbindung mit Kupplungen stehen, sodass der Impuls jeweils auf den benachbarten Support übertragen wird. Die Reibungskräfte zwischen den mechanischen Komponenten, beispielsweise Lagern und Achsen, verringern nicht den Drehimpuls zwischen den sich bewegenden Supports, sondern führen nur zu einer Verlängerung der nötigen Zeit, bis der Impuls den letzen Support in einer Ananderreihung von Supports erricht.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Magnete permanentmagnetisch sein, oder auch Elektromagnete seinn.

10a, 10b etc.: Ausführungsbeispiele der magn. Kraftübertragungsvorrichtung
11a, 11b, 11c ...: Ringe des 1. Ausführungsbeispiels
13: Magnet
14a, 14b: Ausnehmungen in den Ring 11a, 11b etc., resp. 11',11'' zur
: Aufnahme der Magnete resp. Magnetstapel
15: Drehachse der Ringe
17: Drehlager
19: Freilauflager
20: Drehrichtung der Ringe
21: Welle
23: Zahnrad
25: Verzahnung des Zahnrads 23
27: Verzahnung an der Innen
29: Schalen für Magnetstapel
31: Nieten
32: Pfeil = Polarisationsrichtung
33: Welle für Drehlager
35: Spulenkörper
37a, 37b: Module der Kraftübertragungs- und Kraftauskopplungsvorrichtung
: aus 11
39: Rahmen der Vorrichtung von 11
41: Wellen für die Lager 17
43: Elektromotor
47: Schlitten
49: Ring der Ausführungsform der 12 bis 15
51: Lager
53: Stirnseitige Flansche der Ausführungsform der 12 bis 15
55: Halterung zur Aufnahme von Spulen
57: Aussparungen zur Aufnahme von Spulen
59: Ringstapel
61: Anordnung zur Uebertragung eines Impulses und gleichzeitigem
: antrieb einer Achse.
63: Rahmen
65: stationaere Achse
67: Zahnkranz im Umfang eines Supports
69: Zahnkranz 71
71: Zahnraeder zum Antrieb der Achse 73
73: Achse angetrieben durch Zahnraeder 71
75: Freilauflager 19, welche die Zahnräder 71 mit der Achse 73
: verbinden
77: Antriebszahnrad von Elektromotor 42 der Vorrichtung 61

Claims

Verfahren zur magnetischen Kraftübertragung, insbesondere eines Impulses, mit Hilfe von beweglichen und miteinander in Wechselwirkung tretenden Magneten, durch folgende Verfahrensschritte: Vorsehen einer Mehrzahl von Supports (11) zur Aufnahme oder Anordnung von einem oder mehreren Magneten, Anordnen jedes Supports (11) derart, dass er auf oder mittels Lagermitteln beweglich ist, Verbinden eines jeden Supports (11) mit einem oder mehreren Freilaufmitteln, z.B. Freilauflagem, in Verbindung steht, sodass jeder Support (11) um eine Drehachse oder entlang einer geraden oder gekrümmten Translationsachse in nur einer Richtung dreh- resp. beweglich ist, wobei der Support Teil der Lager- und/oder Freilaufmittel sein kann, Bestücken eines jeden Supports (11) mit jeweils ein oder mehrere einzelnen Magneten in einer vorbestimmten Anordnung und Positionieren einer Mehrzahl von diesen Supports in Abstand so relativ zueinander, dass ein auf einen ersten Support übertragener Impuls von diesem ersten Support (11a) mittels Magnetwechselwirkung auf einen benachbarten zweiten Support (11b), von diesem zweiten Support (11b) auf den zum zweiten Support benachbarten dritten Support (11c) usw. übertragen wird, wobei die Freilaufmittel verunmöglichen, dass sich ein einmal in Bewegung gesetzter Support (11) in die umgekehrte Richtung bewegt und eine praktisch vollständige Impulsübertragung auf den jeweils nächsten Support (11) bewirkt wird weiter gekennzeichnet durch Anordnen der Impuls übertragenden Magnete derart, dass der Polarisationsvektor sich in Beweungsrichtung erstreckt und Anordnen gleicher Magnetpole benachbarter Supports derart, dass diese gegeneinander orientiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Support (11) ein Schlitten (47) vorgesehen wird und eine Mehrzahl von Schlitten (47) hintereinander und in Abstand voneinander auf einer als als gerade oder gekrümmte Bahn, Kreisbahn (49) etc. ausgebildeten Schiene, angeordnet werden, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf den ersten Schlitten (47) übertragener Startimpuls bis auf den letzten auf der Schiene (49) sich befindlichen Schlitten (47) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Support (11) eine Kreisscheibe vorgesehen wird und eine Mehrzahl von Scheiben auf einer gemeinsamen Drehachse (15) und in Abstand voneinander als Stapel angeordnet werden, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf die erste Scheibe des Stapels übertragener Startimpuls bis auf die letzte Scheibe des Stapels übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse (15) des Scheibenstapels eine gerade oder gekrümmte Bahn, vorzugsweise eine Kreisbahn etc., beschreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstand zur Bewegungsbahn der Magnete Spulen (35) angeordnet werden, sodass durch Bewegung der Magnete (13) ein elektrisches Feld in den Spulen (35) induziert wird und ein elektrischer Strom ausgekoppelt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Support (11) mit wenigstens zwei in Abstand voneinander angeordneten Magneten (13) bestückt wird und die Magnete so orientiert werden, dass die Magnete (13'') einer bestimmten ersten Orientierung (Oi) für die Impulsübertragung auf den jeweils benachbarten Support und die Magnete (13') einer bestimmten zweiten Orientierung (02) für die Kraftauskopplung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer in sich nicht geschlossenen Anordnung, z.B. linearer Anordnung der Supports, der Impuls des letzten Support auf den ersten Support wieder zurückgeleitet resp. eingespiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Supports (11), wenn in Bewegung gesetzt, wenigstens ein externes Gerät oder eine externe Anordnung antreiben.
Vorrichtung zur Kraftübertragung, insbesondere eines Impulses, mittels magnetischer Wechselwirkung durch eine Mehrzahl von jeweils mit einem oder mehreren Magneten bestückten Supports (11), wobei jeder Support (11) auf Lagermitteln (17) angeordnet ist und jeweils ein oder mehrere Freilaufmittel (19), insbesondere Freilauflager, mit den einzelnen Supports (11) in Verbindung stehen, sodass die die Magnete (13) tragenden Supports (11) in nur einer Richtung (20) entweder um eine Drehachse (15) drehbar resp. oder entlang einer geraden oder gekrümmten Translationsachse beweglich sind, sowie eine Anordnung der Supports (11) relativ zueinander, dass ein auf einen ersten Support (11) übertragener Impuls von diesem ersten Support (11a) mittels Magnetwechselwirkung auf den benachbarten zweiten Support (11b), von diesem zweiten Support (11b) auf den zum zweiten Support benachbarten dritten Support (11c) usw. übertragen wird, wobei durch den durch das oder die Freilauflager verunmöglichten Rücklauf eines in Bewegung gesetzten Supports (11) eine praktisch vollständige Impulsübertragung auf den jeweils nächsten Support bewirkt wird und ein von einem externen Impulsgeber einmal auf die magnetische Kraftübertragungsvorrichtung übertragener Startimpuls ähnlich einer Welle praktisch verlustfrei über grosse Strecken übertragbar ist dadurch gekennzeichnet, dass die Impuls übertragenden Magnet so angeordnet sind, dass der Polarisationsvektor sich in Bewegungsrichtung erstreckt, und weiter gleiche Magnetpole benachbarter Supports gegeneinander orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Support (11) ein Schlitten (47) vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Schlitten (47) hintereinander und in Abstand voneinander auf einer als gerade oder gekrümmte Bahn, Kreisbahn etc. ausgebildeten Schiene (49), angeordnet sind, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf den ersten Schlitten (47) übertragener Startimpuls auf den letzten auf der Schiene sich befindlichen Schütten übertragen oder im Kreis geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Support (11) eine Scheibe vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Scheiben auf einer gemeinsamen Drehachse (15) und in Abstand voneinander als Stapel angeordnet ist, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf die erste Scheibe des Stapels übertragener Startimpuls bis auf die letzte Scheibe des Stapels übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Scheibe ein zentrales Freilauflager besitzt, durch welches die Scheibe gehalten und nur in einer Drehrichtung drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Support ein Ring (11) vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Ringen (11a, 11b, 11c, etc.) auf einer gemeinsamen Drehachse (15) und in Abstand voneinander als Stapel angeordnet ist, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf den ersten Ring (11s) des Stapels übertragener Startimpuls auf den letzten Ring (11n) des Stapels übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (11) mittels mehreren aussen an der Peripherie anliegenden Lagern (17) frei drehbar gelagert sind und dass an der Ringinnenseite eine Verzahnung (27) vorgesehen ist, in welche ein durch ein Freilauflager (19) gehaltenes Zahnrad (23) eingreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Drehachse des Scheiben- resp. Ringstapels einer geraden (15) oder einer gekrümmten Bahn, vorzugsweise einer Kreisbahn (49), entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Support (11) für die Magnete (13) eine Kreisscheibe vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Scheiben in einer gemeinsamen Ebene und in Abstand voneinander mittels einem oder mehreren entsprechenden Lagern in nur einer Drehrichtung (20) drehbar angeordnet ist, sodass ein von einem externen Impulsgeber auf die erste Scheibe übertragener Startdrehimpuls bis auf die letzte Scheibe der Scheibenanordnung übertragen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstand zur Bewegungsbahn der Magnete (13) Spulen (35) angeordnet sind, sodass durch Bewegung der Magnete (13) ein elektrisches Feld in den Spulen (35) induziert wird und ein elektrischer Strom ausgekoppelt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Support (11) mit wenigstens zwei in Abstand voneinander angeordneten Magneten (13) unterschiedlicher Orientierung bestückt ist, wobei die Magnete (13'') einer bestimmten ersten Orientierung (Oi) für die Impulsübertragung auf den benachbarten Support (11) und die Magnete (13') einer bestimmten zweiten Orientierung (Oz) für die Kraftauskopplung eingesetzt werden, wobei der Magnet der Impulsübertragung entweder parallel, innen oder aussen radial gegenüber dem Magneten der Induktionsübertragung liegen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um bei einer in sich nicht geschlossenen Anordnung, z.B. linearer Anordnung der Supports, den Impuls des letzten Support auf den ersten Support wieder zu übertragen oder einzuspeisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel Kugellager, Freilauflager, Gleitlager, Luftlager oder Kombinationen zwischen Freilauf- und Kugellager oder dergleichen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Supports (11) mechanisch an ein externes Gerät, z.B. eine Antriebswelle, welches durch Spulen angetrieben ist, welche in einem Abstand von der Bahn, entlang welcher sich die Magnete bewegen, angeordnet sind, sodass ein Bewegen der Magnete (13) die Erzeugung eines elektrischen Felds in den Spulen (35) mittels Induktion und ein Auskoppeln eines elektrischen Stroms ermöglicht.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 21 in Verbindung mit in Abstand zur Bewegungsbahn bestimmter Magnete (13) angeordneten Spulen (35) zur Kraftauskopplung und Energiegewinnung.