NO327336B1 - Permanentmagnetisk beltegående kjøretøy. - Google Patents

Description

Beltegående kjøretøy med permanentmagnetiske hjul

Beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse angår et beltegående kjøretøy med individuell drift av hvert belte (belteenhet) ved hjelp av elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk motordrift.

Fastholding av kjøretøyet er basert på permanentmagnetkrefter.

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.

Dette prinsippet er kjent fra før, men i en annen funksjon og utførelse.

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.

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.

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.

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.

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).

En felles ulempe for disse farkostene er at evnen til å passere hindringer, ujevnheter og vinkelendringer er liten og til dels fraværende.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ved foreliggende oppfinnelses teknologi oppnås en lang rekke fordeler i forhold til kjente teknikker og disse kan oppsummeres i det vesentligste som følger:

Maskinen bygges av standard industrikomponenter

Maskinen kan anvendes på de fleste stålkonstruksjoner av noe omfang Maskinen kan benyttes over og under vann

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

koples sammen på ulike vis, alt etter oppgavene som skal løses

Maskinen kan svinges ved at beltene på hver side kjøres motsatt veg,

maskinen kan svinges med leddstyring og ved styrehjul.

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.

Henvisninger:

1. Permanentmagnetiske hjul

2. Flatt, tynt belte av umagnetisk materiale

3. Venderull

4. Drivrull

5. Motor med transmisjon

6. Tannreim eller kjede med tilhørende drivhjul

7. Stivt skrog i umagnetiske materiale

8. Rull med beltestrammefunksjon

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.

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.

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.

På denne måte er permanentmagnetene (1) beskyttet og vil ikke være eksponert for nedsmussing av magnetiske fremmedlegemer og partikler.

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.

Oppfinnelsen illustreres under henvisning til de vedlagte figurer:

Fig. 1 viser perspektiv av en belteenhet med omsluttende belte

Fig.2 viser snitt av en belteenhet

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.

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).

Beltet (2) blir drevet av en motor med integrert gir (5) som via tannreim (6) roterer drivrullene (4) som igjen driver beltet (2).

Skroget(7) består av 2 sideplater med innvendig avstivning.

Ved bevegelse henholdsvis framover eller bakover kan en med 2 slike belteuniter svinge maskinen i alle retninger i kjøreplanet.

Ved bruk i rør trengs ingen svingefunksjon slik at der vil en enkelt belteenhet gjøre jobben.

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.

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.

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.

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.

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

kjøretøy/traktorer/crawlere har slike holdekrefter i forhold til egenvekt.

Claims (3)

1. Beltegående kjøretøy for bruk på underlag av jern og stålholdige materialer, der kjøretøyet har minst et belte (2) drevet av minst en drivrull (4) med sin egen transmisjon og drift (5)karakterisert vedat beltet (2) omslutter drivrull (4), venderuller (3) og permanentmagnetiske hjul (1) der de permanentmagnetiske hjulene er fritt opplagret på minst to aksler, og der akslene er plassert på den side av kjøretøyet som er nærmest underlaget.

2. Beltegående kjøretøy i henhold til krav 1,karakterisert vedat beltet (2) som omslutter de permanentmagnetiske hjulene (1) er laget av et umagnetisk materiale der beltetykkelsen bestemmer de permanentmagnetiske hjulenes (1) magnetiske holdekraft.

3. Beltegående kjøretøy i henhold til krav 1,karakterisert vedat de permanentmagnetiske hjulene (1) er beskyttet mot jernholdig smuss og partikler ved hjelp av beltet (2) av umagnetiske materiale og et skrog (7) laget av umagnetiske materiale, som kapsler inn og beskytter de permanentmagnetiske hjulene (1).