DE4343418C2

DE4343418C2 - Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk

Info

Publication number: DE4343418C2
Application number: DE19934343418
Authority: DE
Inventors: Michael Hampel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1993-12-18
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2013-12-19
Also published as: DE4343418A1

Description

Das Anwendungsgebiet des Freiwälzwerkes dehnt sich über das gesamte Spektrum der Mechanik aus und erweitert die Realisierungsgrenzen in der Präzisionsherstellung. Das gleitreibungsfreie Wälzwerk ermöglicht den Grundaufbau von drei Hauptanwendungsgebieten

Wälzlagerungen

Kugelschicht(en) kombiniert mit einschalige(n) Rotationshyperboloid(e) Linearführungen, Gewindetriebe und Rollenlager.

Motoren oder Generatoren

Gleichstrom, Wechselstrom, Drehstrom und Synchronmotoren, Temperaturdifferenzmotoren-Generatoren.

Getriebe

Differentialgetriebe.

Die Nachteile eines herkömmlichen Wälzlagers Fig. 1 sind, daß durch einen Käfig, der die Wälzkörper auf Abstand hält, Gleitreibung verursacht wird. Diese muß mit umweltschädlichen Schmierstoffen herabgesetzt werden. Ungünstig ist auch die temperaturabhängige Ausdehnung (Zusammenziehung) der Wälzköper. Damit keine Haftreibung auftritt ist eine Lagerluft nötig, die wiederum eine Ungenauigkeit festsetzt.

Störend wirken sich auch die mechanischen Schwingungen zwischen Wälzkörper und Käfig aus, deren Amplitude durch die Belastung und die Elastizität des Materials und deren Frequenz durch die Aufsatzspannung eines Wälzkörpers und die Brückenspannung zweier Wälzkörper, bestimmt wird. Diese Schwingungen rufen bei hohen Umdrehungen gefährliche Resonanzfrequenzen hervor.

Die Nachteile der herkömmlichen elektrischen Maschinen sind, daß das aufwendige Einbringen der Wicklung im Rotor immer einen unsymmetrischen Aufbau und demzufolge eine Unwucht verursacht. Das Symmetrieren durch das Ausschleifen des Rotors erhöht die Verlustleistung. Ungünstig ist auch die Luftkühlung, die durch rotierende Teile sauber sein muß und ein verstecktes thermisches Hochschaukeln öfters nicht verhindern kann.

Der Spalt zwischen Stator und Rotor gibt mechanische Schwingungen (v. Wechselstrom) frei, die häufig als störende Brummtöne wahrgenommen werden. Das Gewicht und die Temperaturschwankungen des Rotors bei Kraftwerksanlagen sind nur mit einem energetisch verlustreichen größeren Spalt gegenüber des Stators zu beherrschen.

Die Nachteile der herkömmlichen Zahnradgetriebe sind, daß die aneinander gleitenden Zahnflächen Reibung, Verschleiß und mechanische Schwingungen verursacht. Die weit verbreitete Anwendung, der mit Öl ausgefüllten Zahnradgetriebe bei Kraftfahrzeugen, belastet die Umwelt erheblich.

Das erfindungsgemäße Freiwälzwerk geht im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 von einem Stand aus, wie dieser aus der DE-PS 1 08 085 bekannt ist.

Aufgabe ist es ein Freiwälzwerk aufzuzeigen, daß die vorgenannten Nachteile nach Möglichkeit beseitigt. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4.

Die Vorteile eines gleitreibungsfreien Wälzlagers Fig. 2 treten schon in der einfacheren Herstellung der Wälzkörper hervor. Da dieser Aufbau Fig. 2 bei einer von außen nach innen drückenden mechanische Spannung keine Gleitreibung bildet, ist eine Belastung bis zur Fließspannung möglich. Bei einer rotierenden Bewegung gleicht sich die Oberflächenstruktur im ganzem System gleichmäßig aus. Die Haftreibung zwischen den Wälzkörpern sichert ein sich ständiges wiederholendes Zusammentreffen der selben Flächen, die nach einer Laufzeit, eine präzise homogene Oberfläche annehmen. Dieses Verfahren könnte zweckmäßigerweise vor dem Aushärten der Teile angewendet werden. Das gleitreibungsfreie Wälzlager gibt im Bahntransport, Straßenverkehr und in der Flugzeugtechnik eine gute Sicherheit. Bei Extrembelastung bleibt die wichtige Führung immer im Zentrum. Nach Erreichen der Fließspannung entsteht ein vorteilhaftes Abbremsen gegenläufiger Flächen.

Die Vorteile eines gleitreibungsfreien Wälzgetriebes Fig. 3 sind, daß durch das Zusammendrücken des Außenteiles (6) eine Berührungsdichte der Wälzkörper entsteht, die ein nahezu geräuschloses Funktionieren sichert. Zusätzlich wird durch die enge Berührung der Körper ein schneller thermischer Ausgleich geschaffen. Die Verbundringe (5), die ebenfalls mit Freiwälzlagern (4) mit den Wälzkörpern befestigt sind, geben bei Fig. 3 ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 ab.

Die Vorteile einer gleitreibungsfreien elektrischen Maschine Fig. 5 sind, daß die magnetischen Wälzkörper (aus Magnetblechen/Ferrit) mit den elektrischen Leitern (8)/(z. B. Kupfer), in ihrer symmetrischen Form, leicht hergestellt werden können. Die Kontaktflächen an den Stirnseiten der Leiter (8) bieten eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten. Sie werden so geschalten, daß die Leiter beim Auseinanderlaufen sich abstoßen und beim Zusammenkommen sich anziehen. Bei der Gleichstrom, Wechselstrom, Drehstrom und Synchron-Zusammenstellung ist immer eine ausgleichende Betriebswärmeabgabe gewährleistet. Keilförmige Leiter (8), die bis zur Achse verlaufen, verringern den Innenwiderstand des Motors.

Der Temperaturdifferenzmotor/Generator Fig. 4 wandelt die mit Rollen (12) getrennten, sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Segmente, in Drehrichtung um. Die Wärmezufuhr erfolgt durch Heißsegmente (10) (aus Kupfer oder Luftkanälen), die miteinander verbunden sind (z. B. an der Vorderseite). Kaltsegmente (9), die z. B. auf der Rückseite verbunden sind, werden thermisch durch Isolierungen (11) gegenüber den warmen Bereichen getrennt gehalten. Der Wärmefluß erfolgt somit über die Wälzkörper.

Claims

1. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk für rotierende, geradlinige und wendelförmige Bewegungen in fester Führung, insbesondere für langsame Umfangsgeschwindigkeiten, mit mindestens zwei aufeinander rollenden Wälzkörperreihen zwischen zwei sich gegenüberstehenden Teilen, die einen Kreislauf bilden und deren Wälzkörperdurchmesser so gewählt ist, daß die benachbarten und sich entgegengesetzt drehenden Wälzkörperflächen sich nicht berühren, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetisch treibende magnetische Wälzkörperreihen, deren Wälzkörper mit keilförmigen elektrischen Leitern (8), die bis zur Mitte deren Achse verlaufen, vorgesehen sind, daß die Leiter (8) beim Auseinanderlaufen der Wälzkörper sich abstoßen und beim Zusammenkommen sich anziehen, bzw. daß die Leiter beim Aufeinandertreffen die Wälzkörperflächen abstoßen bzw. anziehen.

2. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Wälzkörper aus Magnetblechen bestehen.

3. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (8) aus Kupfer bestehen.

4. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk für rotierende, geradlinige und wendelförmige Bewegungen in fester Führung, insbesondere für langsame Umfangsgeschwindigkeiten, mit mindestens zwei aufeinander rollenden Wälzkörperreihen zwischen zwei sich gegenüberstehenden Teilen, die einen Kreislauf bilden und deren Wälzkörperdurchmesser so gewählt ist, daß die benachbarten und sich entgegengesetzt drehenden Wälzkörperflächen sich nicht berühren, dadurch gekennzeichnet, daß thermodynamisch treibende Wälzkörperreihen vorgesehen sind wobei zwischen jeweils drei Einzelwälzkörpern eine Kühlung (9), eine Heizung (10) und zwischen beiden ein Isolator (11) vorgesehen sind, daß die der Heizung zugewandten Wälzkörper bereiche sich infolge der Erwärmung ausdehnen und abstoßen und die der Kühlung zugewandten Bereiche der Wälzkörper sich wieder zusammenziehen, wodurch eine Drehbewegung eingeleitet wird.

5. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch Heißsegmente aus Kupfer oder Luftkanälen erfolgt.

6. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß das Freiwälzwerk als Getriebe bzw. Differentialgetriebe eingesetzt wird.

7. Gleitreibungsfreies Freiwälzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (4) der äußeren Wälzkörperreihe über Verbundringe (5) mit Freiwälzlagern mit den Wälzkörpern befestigt sind.