NO327336B1

NO327336B1 - Permanent magnetic belted vehicle.

Info

Publication number: NO327336B1
Application number: NO20062880A
Authority: NO
Inventors: Leif Stana
Original assignee: Leif Stana
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2009-06-15
Also published as: NO20062880L

Description

Beltegående kjøretøy med permanentmagnetiske hjul Tracked vehicles with permanent magnetic wheels

Beskrivelse Description

Foreliggende oppfinnelse angår et beltegående kjøretøy med individuell drift av hvert belte (belteenhet) ved hjelp av elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk motordrift. The present invention relates to a tracked vehicle with individual operation of each belt (track unit) by means of electric, hydraulic or pneumatic motor operation.

Fastholding av kjøretøyet er basert på permanentmagnetkrefter. Retention of the vehicle is based on permanent magnet forces.

Nærmere bestemt angår foreliggende oppfinnelse et beltegående kjøretøy som er konstruert for bruk i og på alle konstruksjoner av magnetiske materialer som stålrør, skipssider, lasterom og tanker, innvendig og utvendig samt offshore konstruksjoner. Alle steder det kan være aktuelt å foreta inspeksjoner med video og ultralyd, rengjøringsoppgaver med høytrykksvann, børsting og/eller sandblåsing, eller bearbeiding av ståloverflaten, herunder sveising, brenning, skjæring med ultrahøytrykk eller påføring av belegg. More specifically, the present invention relates to a tracked vehicle which is designed for use in and on all structures made of magnetic materials such as steel pipes, ship sides, holds and tanks, inside and outside as well as offshore structures. All places where it may be relevant to carry out inspections with video and ultrasound, cleaning tasks with high-pressure water, brushing and/or sandblasting, or processing of the steel surface, including welding, burning, cutting with ultra-high pressure or applying coatings.

Dette prinsippet er kjent fra før, men i en annen funksjon og utførelse. This principle is known from before, but in a different function and design.

Ref. patent NO 310103 der permanentmagnetene er festet til et stålbelte, har direkte kontakt med underlaget og må slites løs med store krefter ved bevegelse av beltet. Under svingmanøvrering vil magnetene vris rundt på ståloverflaten som medfører mekaniske skader på overflaten, maling og overflatebeskyttelse. Ref. patent NO 310103 where the permanent magnets are attached to a steel belt, have direct contact with the substrate and must be torn loose with great force when the belt moves. During turning manoeuvres, the magnets will twist around on the steel surface, causing mechanical damage to the surface, paint and surface protection.

I den foreliggende oppfinnelse er vedheftingen (fastholdingen) til underlaget løst på en ny og hittil ukjent måte ved at permanentmagnetene er utført i form av hjul med liten diameter og minimal rullemotstand, disse er opplagret fritt på en gjennomgående aksel som er festet til skroget. Framdriften ivaretaes av et tynt belte av fiber eller annet umagnetisk materiale, som omslutter magnethjulene og holder disse borte fra direkte kontakt med ståloverflaten. Ved svingmanøvrering vil innerbeltet gli/spinne på underlaget uten å forårsake skade på eventuelle overflatebelegg. In the present invention, the attachment (retention) to the substrate is solved in a new and hitherto unknown way by the fact that the permanent magnets are made in the form of wheels with a small diameter and minimal rolling resistance, these are stored freely on a through shaft which is attached to the hull. Progress is ensured by a thin belt of fiber or other non-magnetic material, which surrounds the magnetic wheels and keeps them away from direct contact with the steel surface. When turning, the inner belt will slide/spin on the surface without causing damage to any surface coatings.

Foreliggende oppfinnelse skiller seg fra andre kjente crawlere og traktorer med magnetisk holdekraft nettopp ved at et tynt belte dekker magnethjula og danner underlaget mot ståloverflaten som kjøretøyet beveger seg på. Driften av beltet er ivaretatt av en eller flere drivruller hvor beltet ligger strammet inntil for å oppnå nødvendig friksjon. Magnethjulenens funksjon er vedhefting, framdritfskraften overføres fra motor/transmisjon til et fiberbelte eller et flatt belte av et annet umagnetisk materiale, for eksempel rustfritt stål. The present invention differs from other known crawlers and tractors with magnetic holding power precisely in that a thin belt covers the magnetic wheel and forms the base against the steel surface on which the vehicle moves. The operation of the belt is ensured by one or more drive rollers where the belt lies tightly against to achieve the necessary friction. The magnetic wheel's function is adhesion, the propulsion force is transferred from the engine/transmission to a fiber belt or a flat belt of another non-magnetic material, for example stainless steel.

Når det gjelder den japanske patent JP 6144313 som også benytter et driftskonsept med et tynt, umagnetiske belte som omslutter den permanetmagnetiske holdekraft, så er den store forskjellen at en her ikke benytter permanentmagnetiske hjul som ruller mot beltet, men en stasjonær permanent-magnetisk plate. Denne klemmer beltet til underlaget og beltet må gli mot permanentmagnetens underside. I motsetning til den omsøkte løsning der magnethjulene følger underlaget vil en sveisesøm eller en knast føre til at permanentmagneten og kjøretøyet løfter seg fra underlaget og magnetkraften svekkes betydelig (80 % svekkelse ved 5 mm gap). Denne konstruksjonen er laget for bruk på flate underlag uten hindringer som nagler, uslipte sveisesømmer, sveiseknaster, skruehoder etc. Den kan heller ikke benyttes der vinkelendringer eller krumme og dobbeltkrumme flater skal forseres. As for the Japanese patent JP 6144313, which also uses an operating concept with a thin, non-magnetic belt that encloses the permanent magnetic holding force, the big difference is that here one does not use permanent magnetic wheels that roll against the belt, but a stationary permanent magnetic plate. This clamps the belt to the surface and the belt must slide towards the underside of the permanent magnet. In contrast to the proposed solution where the magnet wheels follow the ground, a weld seam or a cam will cause the permanent magnet and the vehicle to lift from the ground and the magnetic force will be significantly weakened (80% weakening at a 5 mm gap). This construction is made for use on flat surfaces without obstacles such as rivets, unsharpened welding seams, welding lugs, screw heads etc. It also cannot be used where angle changes or curved and double-curved surfaces are to be forced.

Bruksområdet for denne type kjøretøy med beitedrift finnes i første rekke innen kategorien mindre kjøretøy som brukes til inspeksjon, måling av tykkelser og kontroll av sveisesømmer og til rengjøringsarbeider av ymse slag. Det finnes i dag 2 hovedtyper maskiner, der den ene typen er som NO pat. 310103 med permanentmagneter festet til et umagnetisk belte, mens den andre typen har magnetene festet til selve skroget med så liten klaring som mulig til underlaget. Det kan i dette tilfelle dreie seg om både permanentmagneter og elektromagneter. (Ref. pat. EP 0 248 659 A3, EP 0 550 248 A3 og US. 48900567). The area of use for this type of vehicle with grazing operation is found primarily in the category of smaller vehicles that are used for inspection, measurement of thicknesses and control of welding seams and for cleaning work of various kinds. There are currently 2 main types of machines, where one type is like NO pat. 310103 with permanent magnets attached to a non-magnetic belt, while the other type has the magnets attached to the hull itself with as little clearance as possible to the substrate. In this case, it can be both permanent magnets and electromagnets. (Ref. pat. EP 0 248 659 A3, EP 0 550 248 A3 and US. 48900567).

En felles ulempe for disse farkostene er at evnen til å passere hindringer, ujevnheter og vinkelendringer er liten og til dels fraværende. A common disadvantage for these vehicles is that the ability to pass obstacles, unevenness and angle changes is small and partly absent.

En annen ulempe med bruk av faste magneter er faren for å miste taket når underlaget er ujevnt, eller hindringer skal passeres. De har også lett for å sette seg fast dersom magnetene får fysisk kontakt med underlaget. Another disadvantage of using fixed magnets is the risk of losing the roof when the surface is uneven or obstacles have to be passed. They also easily become stuck if the magnets make physical contact with the substrate.

Ulempene med den konvensjonelle løsningen der permanentmagnetene er fysisk festet til beltet er flere, men den største er skadene som påføres malingsfilmen på underlaget. Det gjør at bruksområdet til denne type crawler er begrenset til oppgaver der belegget likevel skal fjernes enten ved ultra høgtrykksspyling, mekanisk redskap eller ved sandblåsing. En annen ulempe er at hastigheten på denne type beltefartøy er begrenset og at beltene ofte må rengjøres for magnetiske fremmedlegemer, og det skaper driftproblem. The disadvantages of the conventional solution where the permanent magnets are physically attached to the belt are several, but the biggest is the damage caused to the paint film on the substrate. This means that the area of use for this type of crawler is limited to tasks where the coating must nevertheless be removed either by ultra high-pressure washing, mechanical tools or by sandblasting. Another disadvantage is that the speed of this type of tracked vessel is limited and that the tracks often have to be cleaned of magnetic foreign bodies, and this creates operational problems.

Det finnes også en rekke typer kjøretøy der magnetiske hjul benyttes der hjulene har direkte kontakt med underlaget og der driften er direkte koplet til de magnetiske hjulene. Ref. følgende patent: US 6,688,381 BI og US 5,473,953, US 6,886,651 BI, den franske patent 2 689 479 / 92 04320 og EP 0 526 901 Al. Felles for disse er mange ulemper som gjør at ingen er blitt noen stor kommersiell suksess og ingen av disse kjente patentene kommer i nærheten av den omsøkte patent når det gjelder holdekraft i forhold til egenvekt og anvendelsesomfang. Ingen av disse patenterte farkostene har kombinert magnetiske hjul med et tynt, omsluttende belte med separat drift, uavhengig av de magnetiske hjul. There are also a number of types of vehicles where magnetic wheels are used, where the wheels have direct contact with the ground and where the operation is directly connected to the magnetic wheels. Ref. the following patents: US 6,688,381 BI and US 5,473,953, US 6,886,651 BI, the French patent 2 689 479 / 92 04320 and EP 0 526 901 Al. Common to these are many disadvantages which mean that none has become a major commercial success and none of these known patents come close to the applied for patent in terms of holding power in relation to specific weight and scope of application. None of these patented craft have combined magnetic wheels with a thin, enveloping belt with separate operation, independent of the magnetic wheels.

Ved bruk av ubeskyttede permanentmagneter i form av rullende hjul eller plater vil magnetiske partikler etter kort tids bruk skape driftsproblem, og det er antakelig den fremste grunnen til at ingen av disse farkostene har slått gjennom kommersielt. When using unprotected permanent magnets in the form of rolling wheels or plates, magnetic particles will cause operational problems after a short period of use, and this is probably the main reason why none of these vehicles have succeeded commercially.

De største fordelene med den omsøkte oppfinnelsen er at bruksområdet omfatter de fleste stålkonstruksjoner, at den kan utformes for å ta seg over hindringer, passere vinkelendringer og kurvatur samt benyttes i og utenpå rør. Rullemotstanden er minimal og det betyr lite for framdriftsmaskinen om en setter inn flere magnethjul, holdekraften kan dermed enkelt tilpasses hver enkelt opptredende arbeidssituasjon. The biggest advantages of the invention applied for are that the area of use includes most steel structures, that it can be designed to get over obstacles, pass angle changes and curvature and be used in and outside pipes. The rolling resistance is minimal and it means little to the propulsion machine if you insert several magnetic wheels, the holding force can thus be easily adapted to each individual working situation.

Maskinene bygges av kjente industrikomponenter og styringen tilpasses framdriftsmaskinen enten den er pneumatisk, hydraulisk eller elektrisk drevet. Maskinene vil fungere i de fleste miljø, både over og under vann, og permanentmagnetene i form av hjul er beskyttet mot fremmedlegemer på alle sider. The machines are built from well-known industrial components and the control is adapted to the propulsion machine, whether it is pneumatically, hydraulically or electrically driven. The machines will work in most environments, both above and below water, and the permanent magnets in the form of wheels are protected against foreign objects on all sides.

Ved foreliggende oppfinnelses teknologi oppnås en lang rekke fordeler i forhold til kjente teknikker og disse kan oppsummeres i det vesentligste som følger: With the technology of the present invention, a wide range of advantages are achieved in relation to known techniques and these can be summarized essentially as follows:

Maskinen bygges av standard industrikomponenter The machine is built from standard industrial components

Maskinen kan anvendes på de fleste stålkonstruksjoner av noe omfang Maskinen kan benyttes over og under vann The machine can be used on most steel structures of any size. The machine can be used above and below water

Maskinen bygges i eksplosjonssikker utførelse uten ekstra kostnader Maskinen har innelukkede permanentmagneter, skjermet for partikler Maskinen ødelegger ikke overflatebelegg under gange og svinging Maskinen kan bygges med holdekraft på mer enn 100 ganger egen vekt Maskinen kan passere hindringer og vinkelendringer på opp mot 90 gr. Maskinen han kjøres med høyere hastighet enn andre magnetcrawlere Maskinen kan bygges i en kompakt enhet eller i flere enheter som The machine is built in an explosion-proof design at no extra cost. The machine has enclosed permanent magnets, shielded from particles. The machine does not destroy surface coatings during walking and turning. The machine can be built with a holding force of more than 100 times its own weight. The machine can pass obstacles and angle changes of up to 90 degrees. The machine he is driven at a higher speed than other magnetic crawlers The machine can be built in a compact unit or in several units that

koples sammen på ulike vis, alt etter oppgavene som skal løses are connected in different ways, depending on the tasks to be solved

Maskinen kan svinges ved at beltene på hver side kjøres motsatt veg, The machine can be swung by running the belts on each side in opposite directions,

maskinen kan svinges med leddstyring og ved styrehjul. the machine can be turned with articulated steering and with steering wheels.

Utforming og design av oppfinnelsen kan løses på mange måter, alt etter arbeidsoppgavene som skal utføres. Kjernen i oppfinnelsen er likevel i alle utforminger lik, permanentmagnetene i form av hjul følger underlaget og holder maskinen i posisjon ved hjelp av en magnetisk normalkraft mot underlaget samtidig som beltet og kjøretøyet holdes fast mot samme underlag og gir rom for bevegelse i alle retninger i samme plan som underlaget. The layout and design of the invention can be solved in many ways, depending on the tasks to be performed. The core of the invention is nevertheless the same in all designs, the permanent magnets in the form of wheels follow the ground and hold the machine in position with the help of a magnetic normal force against the ground at the same time that the belt and the vehicle are held firmly against the same ground and provide room for movement in all directions in the same plan as the substrate.

Henvisninger: References:

1. Permanentmagnetiske hjul 1. Permanent magnetic wheels

2. Flatt, tynt belte av umagnetisk materiale 2. Flat, thin belt of non-magnetic material

3. Venderull 3. Reversing roll

4. Drivrull 4. Drive roller

5. Motor med transmisjon 5. Engine with transmission

6. Tannreim eller kjede med tilhørende drivhjul 6. Timing belt or chain with associated drive wheel

7. Stivt skrog i umagnetiske materiale 7. Rigid hull in non-magnetic material

8. Rull med beltestrammefunksjon 8. Roll with belt tensioner function

Kjøretøyet kan i følge oppfinnelsen utformes som en enhet med samme drivverk for begge beltene, det kan utformes delt i form av 2 belteenheter som monteres på hver sin side av for eksempel en verktøyplattform, en høytrykksdisk, eller 2 belteenheter som monteres etter hverandre med leddstyring. According to the invention, the vehicle can be designed as a unit with the same drive mechanism for both belts, it can be designed split in the form of 2 belt units that are mounted on either side of, for example, a tool platform, a high-pressure disk, or 2 belt units that are mounted one behind the other with articulated steering.

I rør kan det være aktuelt å montere 2 eller 3 belteenheter i formasjon som tilpasser seg periferien, eller benytte en enkel belteenhet som følger røret og kjører enten rett fram, eller tilbake. In pipes, it may be appropriate to mount 2 or 3 belt units in a formation that adapts to the periphery, or use a simple belt unit that follows the pipe and runs either straight ahead or backwards.

En avgjørende fordel med denne oppfinnelsen er at permanentmagnetene (1) er beskyttet mot magnetisk forurensning i form av jernstøv og partikler som ellers vil legge seg på magnetoverflaten og skape driftsforstyrrelser. Beltet (2) omslutter magnetene (1) med god margin. A decisive advantage of this invention is that the permanent magnets (1) are protected against magnetic contamination in the form of iron dust and particles that would otherwise settle on the magnet surface and cause operational disturbances. The belt (2) surrounds the magnets (1) with a good margin.

På denne måte er permanentmagnetene (1) beskyttet og vil ikke være eksponert for nedsmussing av magnetiske fremmedlegemer og partikler. In this way, the permanent magnets (1) are protected and will not be exposed to soiling by magnetic foreign objects and particles.

Jernholdig smuss/partikler som legger seg på beltet (2) i området rundt magnethjulene (1) vil bli ført bort av beltet (2) og ikke skape det samme driftsproblem som andre hjul/beltegående kjøretøy sliter med. Ref. patentkrav nr. 3. Iron-containing dirt/particles that settle on the belt (2) in the area around the magnet wheels (1) will be carried away by the belt (2) and not create the same operational problem that other wheeled/tracked vehicles struggle with. Ref. patent claim No. 3.

Oppfinnelsen illustreres under henvisning til de vedlagte figurer: The invention is illustrated with reference to the attached figures:

Fig. 1 viser perspektiv av en belteenhet med omsluttende belte Fig. 1 shows a perspective view of a belt unit with an enveloping belt

Fig.2 viser snitt av en belteenhet Fig.2 shows a section of a belt unit

I en prototyp utførelse som vist i fig.l har belteenheten egen motor, transmisjon og drivverk (5). Uniten består da av permanentmagnetiske hjul (1) montert fritt opplagret på egne akslinger i maskinens underkant, her på 3 akslinger med 2 stk. magnethjul (1) på hver aksel. In a prototype design as shown in fig.l, the belt unit has its own motor, transmission and drive mechanism (5). The unit then consists of permanent magnetic wheels (1) mounted freely on their own axles at the bottom of the machine, here on 3 axles with 2 pcs. magnetic wheel (1) on each axle.

Beltet (2) omslutter maskinen og blir drevet av drivruller (4) som her er plassert i hvert hjørne av skroget (7). I motsatt hjørner er det plassert ordinære venderuller (3) der minst en av disse har strammefunksjon for beltet (8). The belt (2) surrounds the machine and is driven by drive rollers (4) which are here placed in each corner of the hull (7). In the opposite corners, there are ordinary turning rollers (3) where at least one of these has a tensioning function for the belt (8).

Beltet (2) blir drevet av en motor med integrert gir (5) som via tannreim (6) roterer drivrullene (4) som igjen driver beltet (2). The belt (2) is driven by a motor with an integrated gear (5) which via a toothed belt (6) rotates the drive rollers (4) which in turn drive the belt (2).

Skroget(7) består av 2 sideplater med innvendig avstivning. The hull (7) consists of 2 side plates with internal bracing.

Ved bevegelse henholdsvis framover eller bakover kan en med 2 slike belteuniter svinge maskinen i alle retninger i kjøreplanet. When moving forwards or backwards, one with 2 such belt units can swing the machine in all directions in the driving plane.

Ved bruk i rør trengs ingen svingefunksjon slik at der vil en enkelt belteenhet gjøre jobben. When used in pipes, no turning function is needed so that a single belt unit will do the job.

For bruk i lasterom i bulkbåter som skal vaskes ned før ny last kan tas om bord må det beltegående kjøretøyet som bærer spyledyser og slanger med seg, kunne passere 2 knekkpunkter i skroget, ett med vinkelendring på 30 gr og ett med vinkelendring på 60 gr. For å utføre en slik operasjon kan en kun ha permanentmagnethjul (1) på fremre og bakre aksel, disse fungerer også som venderuller (3) i hvert sitt "hjørne" i underkant. Magnethjula på de mellomliggende akslinger fjernes og dermed også den vedhengskraften som vil motsette seg at skroget mellom ytterpunktene løfter seg fra underlaget. For use in holds in bulk boats that must be washed down before new cargo can be taken on board, the tracked vehicle that carries the spray nozzles and hoses must be able to pass 2 breaking points in the hull, one with an angle change of 30 degrees and one with an angle change of 60 degrees. To carry out such an operation, you can only have permanent magnet wheels (1) on the front and rear axle, these also function as turning rollers (3) in each "corner" at the bottom. The magnetic wheel on the intermediate axles is removed and thus also the attachment force that will oppose the hull between the extreme points lifting from the ground.

Der problemet er ut(opp)stikkende hindringer over 10 mm (sveisesømmer, nagler, skruehoder, plateomlegg etc.) som beltet må passere (klatre) over anordnes beltebanen slik at beltet føres opp på innsiden av magnethjula i hver ende og hindringen kan overkjøres uten at beltet "rir" på hindringen og løfter maskinen fra underlaget. Where the problem is protruding obstacles over 10 mm (welding seams, rivets, screw heads, plate covers, etc.) that the belt must pass (climb) over, the belt track is arranged so that the belt is guided up the inside of the magnet wheel at each end and the obstacle can be driven over without that the belt "rides" on the obstacle and lifts the machine from the ground.

De magnetiske vedheftingskrefter (holdekrefter) avtar med avstanden til det magnetiske underlaget etter en logaritmisk kurve, det er derfor av vesentlig betydning at beltet som benyttes er så tynt som mulig. På markedet finnes en rekke fabrikat av denne type belter som er utviklet som transportband og som drivreimer for bl.a. trykkerimaskiner. Disse er ekstremt sterke og fleksible. The magnetic adhesion forces (holding forces) decrease with the distance to the magnetic substrate following a logarithmic curve, it is therefore of significant importance that the belt used is as thin as possible. On the market there are a number of makes of this type of belt which have been developed as conveyor belts and as drive belts for e.g. printing machines. These are extremely strong and flexible.

Effektiv vedheftingskraft (holdekraft) reguleres ved antall magnethjul (1) som monteres på hver belteenhet. Hvert magnethjul (1) har en praktisk holdekraft på ca 800 N ved direkte kontakt med ståloverflaten. Denne kraften blir noe redusert på grunn av avstanden (0,2 - 2 mm) det tynne beltet skaper mellom magnet og underlag, men likevel ikke mer enn att tilstrekkelig magnetkraft er til stede. Ved bruk av ekstremt tynne belter av rustfritt stål oppnåes tilnærmet full utnyttelse av magnethjulenes (1) holdekraft. Effective adhesion force (holding force) is regulated by the number of magnetic wheels (1) that are mounted on each belt unit. Each magnetic wheel (1) has a practical holding force of approx. 800 N in direct contact with the steel surface. This force is somewhat reduced due to the distance (0.2 - 2 mm) the thin belt creates between the magnet and the substrate, but still no more than sufficient magnetic force is present. By using extremely thin stainless steel belts, almost full utilization of the holding power of the magnet wheels (1) is achieved.

En belteenhet med 3 magnethjul (1) på hver aksel og 5 parallelle aksler vil til eksempel oppnå en holdekraft på ca 6000 N. For å kunne manøvrere maskinen som en beltetraktor (her foretrukket utførelse) trengs 2 slik belteenheter, og opptredende holdekraft for oppfinnelsen er da på mer enn 10000 N. Vekten på hver belteenhet er lav og ingen andre kjente magnetholdte A belt unit with 3 magnetic wheels (1) on each axle and 5 parallel axles will, for example, achieve a holding force of approx. 6000 N. In order to be able to maneuver the machine as a tracked tractor (preferred version here), 2 such belt units are needed, and the holding force for the invention is then of more than 10000 N. The weight of each belt unit is low and no other known magnet held

kjøretøy/traktorer/crawlere har slike holdekrefter i forhold til egenvekt. vehicles/tractors/crawlers have such holding forces in relation to their own weight.

Claims

1. Tracked vehicle for use on surfaces made of iron and steel-containing materials, where the vehicle has at least one belt (2) driven by at least one drive roller (4) with its own transmission and operation (5) characterized by the belt (2) surrounding the drive roller (4), turning rollers (3) and permanent magnetic wheels (1) where the permanent magnetic wheels are freely supported on at least two axles, and where the axles are located on the side of the vehicle that is closest to the ground.

2. Tracked vehicle according to claim 1, characterized in that the belt (2) which encloses the permanent magnetic wheels (1) is made of a non-magnetic material where the belt thickness determines the magnetic holding power of the permanent magnetic wheels (1).

3. Tracked vehicle according to claim 1, characterized in that the permanent magnetic wheels (1) are protected against ferrous dirt and particles by means of the belt (2) of non-magnetic material and a hull (7) made of non-magnetic material, which encapsulates and protects the permanent magnet wheels (1).