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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Bewegungsübertragungsvorrichtungen und
im Besonderen Vorrichtungen für
die Bewegungsübertragung von
einem ersten Element zu einem zweiten Element mittels einem magnetischen
Kupplungseffekt zwischen diesen.
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Der Erfindung zugrunde
liegender allgemeiner Stand der Technik
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Obwohl
sie nicht darauf beschränkt
ist, wird die vorliegende Erfindung als besonders nützlich für die direkte
Kupplung einer rotierenden Kraftabgabewelle an eine Vorrichtung
betrachtet, welche die Drehbewegung in lineare oder in hin- und hergehende Bewegung
umwandelt. Die üblichste
bekannte Art und Weise, um dies zu erreichen, besteht darin, die drehbare
Welle als Leitspindel oder mit einer Leitspindel bereitzustellen,
mit einer Folgeeinheit, die sich längs der Welle entlang den Gewinden
der Leitspindel bewegt.
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Bei
WO 95/08860 wird die elektrisch erzeugte Drehung eines äußeren Zylinders
mit Innengewinde auf eine innere linear angetriebene Welle mittels Walzen übertragen,
die mit Ringen versehen sind, welche Nockenoberflächen begrenzen,
die im Eingriff mit der Innengewindebohrung des Zylinders stehen und
die Ringmuttern mit einem Ende der Innenwelle in Eingriff nehmen.
Die von den Walzen bewirkte Antriebsübertragung ist dem Wesen nach
vollständig mechanisch,
und die Veröffentlichung
legt nahe, dass, um ein Rutschen zu vermeiden, die Scheiben mit
Getriebezähnen
versehen werden sollten – eine kostspielige
Position. Eine ähnliche
Anordnung, welche eine Kugelmutter einsetzt, die einen Kugelschraubenabschnitt
einer Spindel in Eingriff nimmt, wird in GB-2248976 offengelegt.
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Bei
WO 96/19035 haben zwei gegenseitig beabstandete Drehscheiben oder
-zylinder einen Drehantrieb, der magnetisch über die Beabstandung zwischen
diesen hinweg übertragen
wird. Bei einer vorgeschlagenen Ausführungsform sind die Drehscheiben
mit einer Vielzahl von beabstandeten Magneten mit Scheiben-Erhöhungen und
-vertiefungen der gegenüberliegenden
Gewinde versehen. Ähnliche
Beabstandungen zwischen magnetisierten spiralförmigen Schraubengewinden, die
einander gegenüberliegend
angeordnet sind, jedoch beabstandet gehalten werden, sind im Einzelnen
beschrieben im Linear-zu-Dreh-Umwandler
(sogenannter „harmonischer
Antrieb"), offengelegt
in GB-2088017. Ein weiterer
solcher „harmonischer
Antrieb" wird offengelegt
GB-2205452.
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Bei
EP-0583035 weisen gegenseitig beabstandete innere und äußere Kupplungselemente
jeweils ein Doppelspiralgewinde und ein magnetisierendes Element
für die
Erzeugung eines Magnetflusses (in Form eines Spiralmagnetfeldes)
auf, welcher beide Kupplungselemente durchdringt und einem spiralförmigen Pfad
zwischen dem Doppelgewinde so folgt, dass die einzelnen Gewinde
einen Polschuh für
das magnetisierende Element ausbilden. Das magnetisierende Element
ist versehen mit einer Reihe von axial polarisierten Dauermagneten,
die vollständig
in die Peripherie eines der Kupplungselemente eingebettet sind.
Diese Anordnung ist für
eine kommerzielle Herstellung sehr kostspielig.
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Überwindung des Problems der
Komplexität
und der Herstellungskosten von Vorrichtungen für die Bewegungsübertragung
des Standes der Technik.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung für die
Bewegungsübertragung
zwischen ersten und zweiten Elementen bereitgestellt, wobei die
Vorrichtung diese Elemente und Mittel zur Erzeugung eines magnetischen
Kupplungseffekts zwischen diesen einschließt, gekennzeichnet durch die
Kombination,
- (a) dass das erste Element eine
magnetische Bewegungsübertragungsvorrichtung
aufweist, die einen magnetischen Körper einschließt, der
eine äußere zylindrische
Oberfläche
und radiale Endwände
hat, axial zur zylindrischen Oberfläche polarisiert ist und an
den gegenüberliegenden
radialen Enden der zylindrischen Oberfläche ein Paar scheibenähnlicher
Polplatten hat, die den gleichen Durchmesser haben, der größer ist
als der Durchmesser der zylindrischen Oberfläche,
- (b) dass der magnetische Körper
und die Polplatten mit einer axialen Bohrung versehen sind, die sich
durch diese erstreckt, und lose auf einem Achsbolzen aus einem nicht-magnetischen
Material (z. B. Messing) montiert sind, der sich so durch die axiale
Bohrung erstreckt, dass er das Schwenken des Körpers und der Polplatten in
einem begrenzten Ausmaß gestattet,
- (c) dass das zweite Element eine aufrechte, ebene Oberfläche aufweist,
die im Eingriff und in Kontakt mit den scheibenähnlichen Polplatten steht, wobei
das zweite Element an der oder zumindest in der Nähe der in
Eingriff genommenen Oberfläche
aus magnetisch durchlässigem
Material besteht, und
- (d) dass die aufrechte, ebene Oberfläche im Inneren eines hohlen
Pollers vorgesehen ist, angrenzend an eine Kante einer Durchgangsstrecke,
und sich ein Barriere-Element von dem hohlen Poller zu einem weiteren ähnlichen
Poller erstreckt – mit einem
weiteren zweiten Element und einer weiteren zweiten Vorrichtung
in diesem – angrenzend an
eine gegenüberliegende
Kante der Durchgangsstrecke.
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Durch
das Bewirken der Kontaktineingriffnahme zwischen den Polstücken des
ersten Elements und der Oberfläche
wird der Effekt eines Pfades mit niedrigem magnetischen Widerstand
für den Magnetfluss
(in der Art eines Magnetankers oder eines Polschuhs) zwischen den
scheibenähnlichen Polplatten
erzeugt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen
werden jetzt beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
und für
das Bewirken einer relativen Dreh-zu-Linear-Bewegungsübertragung.
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2 eine
schematische Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Einbeziehung
einer relativen Dreh-zu-Linear-Bewegungsübertragung,
wie derjenigen von 1, und
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3 eine
horizontale Querschnittsansicht der Vorrichtung, die in 2 gezeigt
wird.
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Detaillierte Beschreibung
eines Beispiels/von Beispielen der Erfindung
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Die
in 1 schematisch veranschaulichte Ausführungsform
dient der Umwandlung und Übertragung
der Drehbewegung eines ersten Elements 11 in die relative
lineare Bewegung eines zweiten Elements 12 über einen
magnetischen Kupplungseffekt (für
die Aufrechterhaltung der Kontakt-Ineingriffnahme zwischen ihnen)
und der Reibung zwischen den Oberflächen im Ineingriffnahme-Kontakt miteinander.
Das erste Element 11 umfasst einen ringförmigen Körper 15 aus
magnetischem Material, der axial mit einem nord-(suchenden) Pol
N an einem radialen Ende und einem süd-(suchenden) Pol S am entgegengesetzten
radialen Ende polarisiert ist. Der Körper 15 weist eine
axiale Bohrung durch diesen auf, und ein Paar scheibenähnliche
Stahl-Polplatten 14, 16 sind auf diesem montiert
und werden durch die Enden eines Achsbolzens 18 gehalten,
der sich durch die Bohrung erstreckt. Der Achsbolzen 18 ist aus
Messing oder einem anderen geeigneten nicht-magnetischen Material.
Der Bohrungsdurchmesser ist marginal größer als der Durchmesser des Achsbolzens 18,
um das Schwenken des Körpers
in einem begrenzten Ausmaß zu
gestatten.
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Die
zwei Polplatten 14, 16 haben identische Abmaße und haben
jeweils einen größeren Durchmesser
als der Außendurchmesser
des ringförmigen Körpers 15 und
bilden somit ringförmige
Polplatten für
den magnetischen Körper 15.
Der Unterschied im Durchmesser kann verhältnismäßig kleiner als der veranschaulichte
Durchmesser sein, zum Beispiel in der Größenordnung von 1 bis 5 mm,
und die Polplatten 14, 16 können jede gewünschte Dicke
aufweisen, die ausreicht, um den Fluss von jedem Ende des magnetischen
Körpers 15 hin
zur Peripherie der angrenzenden Polplatte umzuleiten.
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Bei
einer besonders bevorzugten Konstruktion weist der ringförmige Körper 15 einen
magnetisierten Ring aus Ferrit mit einem Durchmesser von zirka 67
mm und einer Dicke von 15 mm auf, zwischengeschichtet befindlich
zwischen zwei Flussstahlscheiben oder -platten 14, 16 mit
einem Außendurchmesser
von zirka 70 mm und einer Dicke von 6 mm, welche die Polstücke ausbilden,
und so an geordnet sind, dass sie für eine Scherkraft zwischen
der Peripherie der Platten 14, 16 und der Oberfläche des Elements 12 sorgen,
die zirka 1,5 Nm entspricht. Die lose Verbindung der Teile 14, 15 und 16 ermöglicht deren
dynamische Ausrichtung und dass ihr enger Kontakt mechanisch „angeregt" wird, wodurch ihre Kontakt-Ineingriffnahme
mit der Oberfläche
des Elements 12 – über die
magnetische Kupplung zwischen den Polstücken 14, 16 und
der Oberfläche
des Elements 12 (zum Beispiel ein Stahl-Leiterzug) den
Zug aufrechterhält,
jedoch ein gesteuertes Rutschen im Falle eines vorgegebenen Überlastzustandes
gestattet.
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Eine
Anwendung dieser Ausführungsform, bei
der das Element 12 eine ebene Oberfläche bereitstellt, ist das Barrieresystem 50,
das in 2 und in 3 gezeigt
wird. Dieses Barrieresystem 50 weist ein Paar hohle Stahlpoller 51, 52 mit
einem im allgemeinen rechteckigen horizontalen Querschnitt auf, jeweils
angeordnet einer auf jeder Seite einer Straße (oder einer anderen Durchgangsstrecke) 58,
wobei die einander gegenseitig zugewandten aufrechten Wände 53, 54 der
Poller eine vertikale ebene Form haben und jeweils einen vertikalen
Schlitz 56, 57 in ihnen aufweisen. Die Schlitze 56 teilen
jede Wand 53, 54 in ein Paar vertikale Ineingriffnahme-Oberflächen 12 im
Inneren der hohlen Poller auf. Ein Barriereelement 55,
zum Beispiel eine Stahlgliederkette, ein Stahlkabel oder dergleichen
erstreckt sich durch die Schlitze 56, 57 und über die
Straße
hinweg. Jedes der zwei Enden des Elements 55 ist an dem
Gehäuse einer
zugeordneten bewegbaren Antriebsvorrichtung 60 befestigt,
die sich in dem jeweiligen hohlen Poller 51, 52 befindet.
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Jede
bewegbare Antriebsvorrichtung 60 weist ein Paar Bewegungsübertragungsvorrichtungen 11 auf
und wird zur Aufwärts-
und Abwärtsbewegung
innerhalb eines zugeordneten Pollers 51, 52 durch
ein Kabel gestützt,
das über
eine feste obere Riemenscheibe zu einem Gegengewicht verläuft, das
dem Gewicht der Vorrichtung 60 plus zirka der Hälfte des
Gewichts des Barriereelements 55 entspricht.
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Jede
Vorrichtung 60 weist einen Motor 61 auf, der über ein
konisches Getriebe oder einen Schneckenradantrieb 62 mit
einem Paar Dreh- Bewegungsübertragungsvorrichtungen 11 gekoppelt
ist, die auf einer gemeinsamen Kraftabgabeantriebswelle des Getriebes 62 montiert
sind und sich senkrecht zur Kraftabgabewelle des Motors 61 erstrecken. Jede
der zwei Dreh-Bewegungsübertragungsvorrichtungen 11 stimmt überein mit
der, die oben in Bezug auf 1 beschrieben
wurde.
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Jede
der zwei Dreh-Bewegungsübertragungsvorrichtungen 65 ist
somit magnetisch – rollend – mit der
magnetisch durchlässigen
Stahl-Innenfläche 12 der
Wand 53 oder 54 ihres zugeordneten Pollers 51, 52 gekoppelt,
und diese magnetische Kupplung wird unterstützt durch die sich ergebende
lateralgerichtete Kraft auf Grund des Gewichts des Barriereelements.
Wenn die walzenähnlichen
Körper 15 in einer
gemeinsamen Richtung um ihre jeweiligen Achsen durch die Kraftabgabewelle
des Getriebes 62 (auf deren entgegenliegenden Enden sie
montiert sind) gedreht werden, bewirken sie eine lineare Übertragung
des kombinierten Motors 61, des Getriebes 62 und
der Vorrichtung 65 in Bezug auf die entsprechende Wand 53 oder 54,
indem sie einen Pfad F mit niedrigem magnetischen Widerstand für den Magnetfluss
zwischen den Polplatten 14, 16 schaffen. Die positionell
fixierte Wand 53 oder 54 fungiert somit sehr in
der Art eines Magnetankers oder eines Polschuhs für die Pole
jeder magnetischen Kupplungsvorrichtung 60.
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Es
versteht sich somit, dass, wenn die zwei Motoren 61 in
einer Richtung betrieben werden, die vier Vorrichtungen 11 sich
in einer ersten Richtung drehen (im Uhrzeigersinn in Poller 51 und
entgegen dem Uhrzeigersinn in Poller 52, wie in 2 zu
sehen ist), um sich von einer gesenkten Position nach oben zu bewegen
und um mit ihnen die mit Gegengewicht beschwerten Motoren 61 und
die gegenüberliegenden
Enden des an diesen befestigten Kabels 55 anzuheben. Gleichermaßen drehen
sich, wenn die zwei Motoren 61 in entgegengesetzter Richtung
betrieben werden, die vier Vorrichtungen 11 in der entgegengesetzten
(zweiten) Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn in Poller 51 und
im Uhrzeigersinn in Poller 52, wie in 2 zu
sehen ist), um die Motoren 61 und die entgegengesetzten
Enden des Kabels 55 zu senken – was seine Spannung nicht
verringert oder dieses nicht verlängert.
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Es
versteht sich weiterhin, dass, da jede Antriebsvorrichtung 11 in
Bezug auf ihre zugeordnete Innenfläche 12 der Wand 53 oder 54 rutschen
kann, wenig oder kein Schaden entstehen wird, falls ein Wagen über das
halb herabgelassenen Kabel 55 fahren sollte. Optional kann
jede Motoranordnung in ihrer angehobenen oberen Position durch einen
Elektromagneten gehalten werden. Zusätzlich kann, da jede Antriebsanordnung 60 durch
magnetische Anziehungskraft an Ort und Stelle gehalten wird (und die
Spannung im Kabel 55 auf Grund seines eigenen Gewichts),
jede Einheit 60 problemlos für Wartung oder Reparatur entnommen
werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der oben beschriebenen Konstruktion kann eine einzige Walzenvorrichtung 11 in
jedem Gehäuse 51, 52 bereitgestellt
werden (anstatt eines Paares). Bei noch einer anderen Ausführungsform,
die besonders geeignet mit einer einzigen Walzenvorrichtung 11 ist, sind
die Enden des Kabels 55 zu einer Schleife ausgebildet oder
mit einer Manschette verbunden, und diese Schleife oder diese Manschette
umschließt den
Walzenkörper 15 der
Vorrichtung 11.
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Bei
jeder dieser Ausführungsformen
können die
sich drehenden Platten oder Scheiben 14, 16 stumpfkeglig
oder teilsphärisch
sein, um Umkreise mit Formen bereitzustellen, die gewinkelt oder
gebogen (anstatt zylindrisch) sind, wobei diese geformten Umkreise
aufrechte Wände 53, 54 der
entsprechenden nicht-ebenen
Form in Eingriff nehmen. Bei einer weiteren Ausführungsform können die
Wände 53, 54 leicht
zueinander hin oder voneinander weg geneigt sein, so dass sie, obwohl
sie aufrecht sind, nicht wirklich vertikal sind. In einem solchen
Fall kann die exponierte Länge
des Barriereelements 55, obwohl sie im wesentlichen konstant
bleibt, leicht zwischen seinem aufrechten, erhöhten Status und seinem herabgelassenen
Status variieren.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform kann
das Barriereelement 55 als eine obere Drahttrosse bereitgestellt
werden, die als Auflage für
hängendes
Material dient, zum Beispiel Netzgewebe, deutlich sichtbares Kunststoffgewebe,
flexible Kettenlitzen (zum Beispiel ausgebildet als eine Röhre, durch
die der Draht verläuft),
reflektierende Kugeln oder anderes hängendes Material.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform kann
die Durchgangsstrecke (Fahrzeugstraße oder Fußgängerweg) mit einem Kanal bereitgestellt
werden, um das Barriereelement 55 in seiner herabgelassenen
Position aufzunehmen.
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Der
oder jeder Achsbolzen 18 kann aus einem anderen nicht-magnetischen
Material als Messing bestehen. Zusätzlich oder alternativ können anstatt
des Einsatzes von scheibenförmigen
Platten aus Stahl für
die Polplatten 14 und 16 andere geeignete magnetisch
durchlässige
Materialien eingesetzt werden. Abänderungen und andere Ausführungsformen
sind im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche möglich.