DE3244841C2

DE3244841C2 - Vorrichtung zur Winkelgeschwindigkeitssteuerung

Info

Publication number: DE3244841C2
Application number: DE3244841A
Authority: DE
Inventors: John Henry Birmingham Mich. Brems
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1982-12-03
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3244841A1; JPS58106253A; JPS6213544B2; GB2111170B; GB2111170A; FR2517843B1; US4497393A; FR2517843A1; CA1191366A

Abstract

Es wird eine Rotationsverzögerungsvorrichtung beschrieben, bei der ein auf die Winkelgeschwindigkeit ansprechendes viskoses Strömungsmittel in einem Hohlraum angeordnet ist. Bei einer Begrenzungswand des Hohlraumes handelt es sich um ein flexibles verformbares Element. Das Strömungsmittel ist in abgedichteter Weise im Hohlraum untergebracht, und ein relativ dazu eine Drehbewegung ausführendes Element stützt sich in seiner Bewegungsbahn auf dem flexiblen Element ab, so daß es in seiner Rotation auf das in dem Hohlraum befindliche viskose Strömungsmittel anspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der US-PS 36 03 332 bekannt. Hierbei weist die bekannte Vorrichtung einen ein Strömungsmittel aufnehmenden Hohlraum mit einer darin angeordneten, um eine Welle rotierenden Widerstandseinrichtung auf, wobei dieser ein Steuerventil zugeordnet ist, das abhängig von der Winkelgeschwindigkeit der Widerstandseinrichtung den Hohlraum wahlweise zur Umgebung hin öffnet bzw. verschließt.
Die US-PS 36 45 363 beschreibt eine Vorrichtung zur Winkelgeschwindigkeitssteuerung, die beispielsweise auf Typenträgern von Büromaschinen anwendbar ist. Hierbei besitzt die bekannte Vorrichtung zwei Bremshebel, die derart in einem Gehäuse angeordnet sind, daß infolge von Zentrifugalkräften mit Bremsblöcken versehene Abschnitte der Bremshebel in Eingriff mit entsprechenden Gehäusewandabschnitten gelangen und somit eine gewünschte Verzögerung hervorrufen.
Ferner sind aus der DE-AS 20 28 788, DE-AS 12 50 653 und US-PS 43 16 535 Vorrichtungen bekannt, bei denen zur Steuerung der Winkelgeschwindigkeit bzw. eines Dämpfvorganges Strömungsmittel verwendet werden, die zwischen einer festen Oberfläche, beispielsweise einem Gehäuse oder einem in einem Gehäuse angeordneten Stator, und einer beweglichen Oberfläche, beispielsweise einem Rotor, auf Scherung beansprucht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, die unter Berücksichtigung einer einfachen Bauweise besonders störunanfällig ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein rotierendes Element sowie zwei drehmomenterzeugende Elemente, wobei eines der drehmomenterzeugenden Elemente relativ zu dem anderen drehmomenterzeugenden Element drehbar gelagert ist und ein rotierendes Element aufweist. Ferner ist ein abgeschlossener Hohlraum für ein viskoses Strömungsmittel vorgesehen, der mindestens einen Abschnitt besitzt, dem ein flexibles verformbares Element zugeordnet ist. Der Hohlraum ist auf einem der Elemente in einer Lage zwischen dem rotierenden Element und einem der drehmomenterzeugenden Elemente derart in der Rotationsbahn des rotierenden Elementes angeordnet, daß das rotierende Element bei seiner Rotation mit dem flexiblen verformbaren Element in Eingriff tritt und dieses in Richtung auf das eine der drehmomenterzeugenden Elemente verschiebt. Hierdurch tritt eine fortschreitende Verformung des flexiblen verformbaren Elementes und dadurch bedingt ein fortschreitender Schervorgang in dem viskosen Strömungsmittel auf, was zu einem entsprechenden Verzögerungsmoment zwischen den beiden drehmomenterzeugenden Elementen führt.
Eine derartige erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen vielfach komplexe und somit teure oder bewegliche bzw. rotierende Dichtungen erforderlich sind, auf derartige Dichtungen verzichten kann. Dies wiederum hat zur Folge, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die mit diesen Dichtungen verbundenen Probleme, wie beispielsweise Undichtigkeiten, die oft noch durch Temperaturschwankungen verstärkt werden, nicht auftreten. Auch rufen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die durch Temperaturschwankungen bewirkten Kontraktionen bzw. Expansionen des Strömungsmittels keine Probleme hervor.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt, der eine weitere Möglichkeit der Verbindung zwischen einer Membran und einem Ring zeigt;
Fig. 4 einen Schnitt, in dem noch eine andere Verbindungsmöglichkeit zwischen einer Membran und einem Ring dargestellt ist;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform;
Fig. 6 einen Querschnitt entlang Linie VI-VI in Fig. 5; die
Fig. 7 und 8 schematische Schnitte der Fig. 5, in denen die Strömungsmittelverdrängung während der Rotation dargestellt ist;
Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform, bei der eine planare Membran Verwendung findet;
Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform, bei der eine ringförmige Membran Verwendung findet;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform, bei der eine ringförmige Membran Verwendung findet;
Fig. 12 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform, bei der eine äußere zylindrische Membran Verwendung findet;
Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine siebente Ausführungsform, bei der eine toroidförmige rohrförmige Membran Verwendung findet;
Fig. 14 einen Querschnitt entlang Linie XIV-XIV in Fig. 13;
Fig. 15 einen Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform, die in das Innere des gesteuerten Rades eingebaut ist;
Fig. 16 eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 15, bei der die Exzentrizität einstellbar ist;
Fig. 17 einen Querschnitt entlang Linie XVII-XVII in Fig. 16;
Fig. 18 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine rohrförmige ringförmige Membran einen Teil des Reaktionsrades darstellt; und
Fig. 19 eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Verzögerungssystem innerhalb des Rades untergebracht ist.
Bei den in den Fig. 1 bis 18 dargestellten Ausführungsformen wird davon ausgegangen, daß eine dort jeweils gezeigte Eingangswelle relativ zu einem Gehäuse der Vorrichtung drehbar ist und somit die Eingangswelle mit einer entsprechenden Einrichtung verbunden ist, die verzögert werden soll. Hingegen stellt die Fig. 19 eine Ausführungsform der Vorrichtung dar, bei der das Gehäuse bzw. ein dem Gehäuse zugeordnetes Rad relativ drehbar zu einer festgelegten Welle ist und somit eine mit dem Gehäuse bzw. dem Rad verbundene Einrichtung durch diese Ausführungsform der Vorrichtung verzögert wird.
Wie man den Fig. 1 und 2 entnehmen kann, ist ein als Welle 2 ausgebildetes drehmomenterzeugendes Element durch Lager 6 in einem Gehäuse 4 gelagert. Drei Paare von Armen 8, die ein rotierendes Element darstellen, sind an einem Ende der Welle 2 mit dieser verschweißt oder einstückig damit ausgebildet. Zwischen jedem Paar der Arme 8 ist eine Welle 10 auf einer Achse gelagert, die parallel zur Achse der Welle 2 verläuft. Jede Welle 10 trägt eine Rolle 12 über Lager 14.
Ein Ring 16, der das andere drehmomenterzeugende Element darstellt, ist in geeigneter Weise, beispielsweise durch Bolzen, konzentrisch am Gehäuse 4 befestigt. Die innere Fläche des Ringes ist zu einem Hohlraum 18 geformt, der über eine ein flexibles verformbares Element bildende flexible zylindrische Membran 20 abgedichtet ist, die über zwei Klemmringe 22 und 24 mit dem Ring 16 verklemmt ist. Der Zwischenraum zwischen der flexiblen Membran 20 und dem Hohlraum 18 des Ringes 16 ist mit einem viskosen Strömungsmittel 26, beispielsweise einem Silikonöl, gefüllt.
In der folgenden Beschreibung wird auf ringförmige Gehäuseteile und Dichtungsplatten oder Ringe Bezug genommen. Diese können über Schulterbolzen oder Senkschrauben befestigt sein. Die Ringe 22 und 24 können bei niedriger Temperatur installiert und bei Raumtemperatur zu Dichtungszwecken expandiert worden sein, oder es kann sich um Spaltringe handeln, die über einen Keil, der in der Nähe des Umfangs befestigt ist, in geeigneter Weise expandiert werden.
Wie man Fig. 2 entnehmen kann, biegt jede Rolle 12 die flexible Membran 20 durch und bewirkt, daß diese beinahe den Boden des Hohlraumes 18 im Ring 16 berührt. Dadurch wird das Strömungsmittel 26 in drei Segmente unterteilt, die mit 26 A, 26 B und 26 C bezeichnet sind. Wenn nunmehr die Welle 2 durch irgendeine äußere Einrichtung relativ zum Gehäuse 4 und zum Ring 16 in Drehungen versetzt wird, biegen die drei Rollen 12 die flexible Membran 20 fortschreitend durch, so daß sich das in den drei Segmenten 26 A, 26 B und 26 C befindliche Strömungsmittel in der gleichen Richtung bewegt wie sich die Welle 2 dreht.
Wenn man die Verhaltensweise eines bestimmten Strömungsmittelsegmentes, beispielsweise des Segmentes 26 A, betrachtet, so wird das Strömungsmittel zum Teil durch die eingeengten Abschnitte zwischen der durchgebogenen flexiblen Membran 20, die durch die Rollen 12 gebildet werden, und dem Ring 16 eingefangen. Wenn sich die beiden Rollen 12, die die Endpunkte dieses bestimmten Strömungsmittelsegmentes darstellen in einer vorgegebenen Richtung bewegen, muß sich das Strömungsmittel an diese Bewegung anpassen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der keine vollständige Abdichtung zwischen der flexiblen Membran 20 und dem Ring 16 vorhanden ist, stellt sich das Strömungsmittel im Segment 26 A auf die Bewegung der Rollen in zweierlei Weise ein. Ein Abschnitt bewegt sich vor den Rollen; dieser Abschnitt wird aufgrund des viskosen Widerstandes des Strömungsmittels zwischen den benetzten Flächen des Hohlraumes und der flexiblen Membran verzögert. Ein zweiter Abschnitt des Strömungsmittels wird durch die Einengung, die durch die Durchbiegung der Membran durch die Rolle erzeugt wird, nach hinten gequetscht, wobei das Strömungsmittel wiederum durch seine eigene Viskosität verzögert wird. Die Summe dieser Wirkungen führt zu einem Kraftungleichgewicht am Umfang einer jeden Rolle, so daß Energie aufgebracht werden muß, um die Welle 2 zu drehen.
Die entweder nach vorne oder nach hinten gerichtete Bewegung des Strömungsmittels wird durch seine eigene Viskosität oder seinen Widerstand gegenüber Scherung gesteuert, und dieser Widerstand gegenüber Scherung ist zu der Größe der Scherbeanspruchung proportional. Daher ist der Gesamtwiderstand, der der Drehung der Rollen entgegengesetzt wird, proportional zu der Geschwindigkeit der Rollen und ihrer Antriebswelle 2. Die zur Durchbiegung der flexiblen Membran erforderliche Energie wird zum größten Teil auf der Rückseite einer sich bewegenden Rolle wieder aufgefangen, obwohl ein geringfügiger Verlust infolge der Hysterese des Materials auftreten kann. Durch die Durchbiegung der Membran (im Gegensatz zur Verformung des Strömungsmittels) wird daher nur eine sehr geringe Wirkung erzeugt. Für das Material der Membran kann ein beliebiges strömungsmittelundurchlässiges flexibles Material verwendet werden, beispielsweise gummiertes Gewebe, Gummifolien, Butylkautschuk usw.
Es ist möglich, den Hohlraum und die Rolle so zu gestalten, daß zwischen der Membran und dem Hohlraum bedingt durch die Durchbiegung der Membran durch die Rolle eine im wesentlichen vollständige Abdichtung zwischen den Segmenten erzeugt wird. In diesem Fall muß sich das gesamte Strömungsmittel in Abhängigkeit von der Rollenbewegung vorwärts bewegen. In jedem Fall ist jedoch das an der Welle 2 erforderliche Eingangsdrehmoment proportional zur Viskosität des Strömungsmittels und zur Winkelgeschwindigkeit der Welle 2.
Wie vorstehend erwähnt, kann der eingeengte Raum zwischen der Membran und dem Ring zu gegeneinander abgedichteten oder nicht abgedichteten Segmenten führen. Wenn eine Abdichtung vorhanden ist, muß sich das eingefangene Strömungsmittel zusammen mit den Rollen bewegen; wenn keine Abdichtung existiert, bewegt sich ein Teil des eingefangenen Strömungsmittels durch den eingeengten Abschnitt nach hinten. Je geringer das Maß der örtlichen Durchbiegung der Membran durch die Rolle ist, desto mehr neigt das Strömungsmittel dazu, nach hinten zu fließen, und desto geringer ist die Menge des Strömungsmittels, die durch eine derartige Einengung verdrängt werden muß. Es läßt sich daher allgemein festhalten, daß bei einer bestimmten Kapazität und einer bestimmten Ausführungsform der Membran die Verzögerung proportional zur Durchbiegung der Membran durch die Rollen ist und die Verzögerung durch eine Änderung des Abstandes zwischen der Rolle und der Membran gesteuert bzw. eingestellt werden kann.
In Fig. 3 ist eine andere Methode zur Befestigung der flexiblen Membran am Ring dargestellt. In dem Ring 16 A ist ein ringförmiger Hohlraum 18 ausgebildet, der durch eine flexible Membran 20 A verschlossen ist, die um die seitlichen Flächen des Ringes 16 A herumgewickelt ist, wobei sie an diesen Flächen über Klemmscheiben 28 und 30 festgeklemmt ist.
Eine weitere Ausführungsform zur Befestigung der Membran am Ring ist in dem vergrößerten Teilschnitt der Fig. 4 gezeigt. In diesem Fall ist der Ring 16 B anfangs mit einem einstückigen aufrecht stehenden Flansch 32 (und einem anderen Flansch auf seiner anderen Seite) versehen. Nachdem die Membran 20 B relativ zum Ring 16 B richtig positioniert worden ist, wird der Flansch 32 in seine Endlage 32 A umgebogen, in der er die flexible Membran 20 B am Ring 16 B festklemmt und abdichtet.
Eine zweite Ausführungsform ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Eine Welle 40 ist in einem Gehäuse 42 durch Lager 44 gelagert und rotiert um eine Achse A ₁. Das vordere Ende der Welle 40 ist zu einem exzentrischen Abschnitt 46 geformt, der konzentrisch um eine Achse A ₂ angeordnet ist, die parallel zur Achse A ₁ verläuft und gegenüber dieser versetzt ist. Auf dem exzentrischen Abschnitt ist eine Rolle 48 durch Lager 50 gelagert.
Ein Ring 52 ist über geeignete Einrichtungen (nicht gezeigt) konzentrisch am Gehäuse 42 befestigt. Die Innenfläche des Ringes begrenzt einen Hohlraum 54, der durch eine flexible zylindrische Membran 56 abgedichtet ist, die über zwei Klemmringe 58 und 60 am Ring 52 festgeklemmt ist. Der Zwischenraum zwischen der flexiblen Membran 56 und dem Hohlraum 54 des Ringes 52 ist mit einem viskosen Strömungsmittel 62, wie beispielsweise Silikonöl, gefüllt. Wie man aus Fig. 6 entnehmen kann, wird durch die Exzentrizität der Rolle 48 die Membran 56 und das Strömungsmittel 62, das zwischen der Membran und dem konzentrischen Ring 52 im abgedichteten Zustand angeordnet ist, zu einem halbmondförmigen Abschnitt verformt, d. h. in eine Ringform mit einem minimalen Querschnitt am oberen Ende der Fig. 6 und einem maximalen Querschnitt am unteren Ende.
Das Verhalten des Strömungsmittels 62 bei Rotation der Welle 48 kann durch die schematischen Darstellungen der Fig. 7 und 8 verdeutlicht werden. In Fig. 7 ist der halbmondförmige Abschnitt des Strömungsmittels 62 in der gleichen Position wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt. In Fig. 8 ist die Welle 40 in einem um einen Winkel von 90° im Uhrzeigersinn zu der Position in Fig. 7 gedrehten Stellung gezeigt. Dabei hat sich der Mittelpunkt der exzentrischen Rolle 48 auf der Achse A ₂ ebenfalls um 90° im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse A ₁ bewegt. Der halbmondförmige Abschnitt des Strömungsmittels 62 ist ebenfalls um einen Winkel von 90° gedreht worden. Damit der Strömungsmittelkorpus von der Lage der Fig. 7 in die Lage der Fig. 8 überführt werden kann, muß eine beträchtliche innere Scherbeanspruchung stattfinden. Diese Scherbeanspruchung erzeugt einen Widerstand gegen die Rotation der Welle 40, der zur Winkelgeschwindigkeit der Rotation proportional ist. Dieses Verhalten entspricht dem der Ausführungsform der Fig. 1 und 2.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 findet in beiden Fällen eine zylindrische Membran Verwendung, die in Radialrichtung durchgebogen wird, um eine Strömungsmittelscherbewegung zu erzeugen, die etwa in Umfangsrichtung verläuft. Es ist ebenfalls möglich, eine im wesentlichen flache Membran als flexibles verformbares Element zu verwenden, bei der das Strömungsmittel durch axiale Durchbiegungen der Membran so unter Druck gesetzt wird, daß es sich in einer kreisförmigen Richtung bewegt.
In Fig. 9 ist ein kreisförmiges Gehäuse 70 gezeigt, in dem eine das eine drehmomenterzeugende Element darstellende Welle 72 über Lager 74 montiert ist. Eine flache flexible Membran 76 ist zwischen dem Gehäuse 70 und einer kreisförmigen Abdeckung 78, die das andere drehmomenterzeugende Element bildet, festgeklemmt.
Der zwischen der Abdeckung 78 und der Membran 76 gebildete Hohlraum ist mit einem viskosen Strömungsmittel 80 gefüllt. Ein als Druckplatte 82 ausgebildetes rotierendes Element, das mit der Membran 76 in Kontakt steht und diese durchbiegt, ist an einer Welle 84 montiert oder mit dieser einstückig ausgebildet. Die Welle 84 ist über Lager 86 in einem vergrößerten Abschnitt 88 der Welle 72 gelagert. Die Achse A ₂ der Welle 84 ist unter einem Winkel zur Achse A ₁ der Welle 72 geneigt. Darüber hinaus ist die Fläche der Druckplatte 82, die sich mit der Membran 76 in Kontakt befindet, zu einer Kegelfläche ausgebildet, deren Halbwinkel etwa komplementär zu dem Winkel zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ ist. Die Achsen A ₁ und A ₂ schneiden sich etwa am Scheitelpunkt der Kegelfläche der Druckplatte 82. Die Membran 76, die ohne die Druckplatte 82 flach sein würde, wird durch den Kontakt mit der Kegelfläche der Druckplatte 82 durchgebogen, wie in Fig. 9 im Schnitt gezeigt ist. Das Strömungsmittel 80 wird dabei in eine kreisförmige Doppelkeilform gebracht, die eine flache Seite (gegen die Abdeckung) und eine geneigte umgekehrte Kegelfläche (gegen die Membran) aufweist. Aus Einfachheitsgründen wird nachfolgend von einem Strömungsmittelkeil gesprochen.
Wenn die Welle 72 rotiert, führt die Druckplatte 82 eine Taumelbewegung auf der Membran 76 durch. Dadurch wird der Strömungsmittelkeil zwischen der Membran 76 und der Abdeckung 78 zusammen mit der Welle 72 in Drehungen versetzt. Diese Drehung des Strömungsmittelkeiles führt zu einer fortlaufenden und kontinuierlichen Verformung des Strömungsmittels, die durch einen inneren Schervorgang ermöglicht wird, so daß aufgrund der Viskosität des Strömungsmittels ein Verzögerungsmoment erzeugt wird, das zu der Scherbeanspruchung bzw. der Winkelgeschwindigkeit der Welle 72 proportional ist.
Eine andere Ausführungsform, bei der eine flache Membran, in diesem Falle eine ringförmige Membran, Verwendung findet, ist in Fig. 10 dargestellt. Ein Gehäuse 90 lagert eine Welle 92 über Lager 94. In einem Flanschabschnitt des Gehäuses 90 ist ein Hohlraum 96 ausgebildet. Dieser Hohlraum 96 ist durch eine flexible Membran 98 abgedichtet, die durch Klemmringe 100 und 102 gehalten wird. Ein viskoses Strömungsmittel 104 füllt den Hohlraum 96 zwischen der Membran 98 und dem Gehäuse 90.
Derjenige Abschnitt der Welle 92, der sich durch die Lager 94 erstreckt, rotiert um eine Achse A ₁. Etwa in der Ebene der Membran ist die Achse der Welle geringfügig abgebogen. Die geneigte Achse ist mit A ₂ bezeichnet. Konzentrisch um die Achse A ₂ ist über Lager 108 eine ringförmige Druckplatte 106 montiert. Die axiale Lage der Lager 108 und der Druckplatte 106 wird durch eine Mutter 110 gesteuert, die auf ein Gewinde 112 am geneigten Abschnitt der Welle 92 um die Achse A ₂ herum geschraubt ist.
Wenn die Welle 92 um die Achse A ₁ in den Lagern 94 rotiert, führt der abgewinkelte Abschnitt der Welle um die Achse A ₁ eine Taumelbewegung aus, da die Achse A ₂ eine konische Bahn durchläuft. Die Kontaktfläche der Druckplatte 106 , bei der es sich um eine flache konische Fläche mit einem Halbwinkel, der etwa komplementär zum Neigungswinkel der Achse A ₂ gegenüber der Achse A ₁ ist, handelt, bewirkt eine örtliche Vertiefung in der Membran 98 und in dem darunter befindlichen Strömungsmittel 104. Durch die Rotation der Welle 92 wandert diese Vertiefung der Membran 98 um die Ringfläche der Membran herum. Wenn die Druckplatte 106 um die Lager 108 rotiert, beschreibt sie eine Taumelbewegung. Diese Vertiefung der Membran verursacht eine Verformung des dahinter befindlichen Strömungsmittels. Mit dem Wandern der Vertiefung paßt sich das Strömungsmittel durch innere Schervorgänge selbst an und erzeugt ein Verzögerungsmoment, das zur Geschwindigkeit der Bewegung oder zur Winkelgeschwindigkeit der Welle 92 proportional ist. Grob geschätzt ist das Verzögerungsmoment proportional zur Größe der Verformung des Strömungsmittels durch die Membran, die durch die axiale Lage der Druckplatte gesteuert wird. Diese Lage ist durch die auf das Gewinde 112 geschraubte Mutter 110 steuerbar. Durch Verstellen der Mutter 110 ist es daher möglich, das Verhältnis zwischen dem Drehmoment und der Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung zu variieren.
In Fig. 11 ist eine weitere verstellbare Ausführungsform dargestellt, bei der wiederum eine ringförmige Membran Verwendung findet. In einem Gehäuse 120 ist eine Welle 122 montiert, die in Lagern 124 um eine Achse A ₁ rotiert. In einem Flanschabschnitt des Gehäuses ist ein Hohlraum 126 ausgebildet, der durch eine Membran 128 abgedichtet ist, welche durch Klemmringe 130 und 132 fixiert ist. Wie bei den anderen Ausführungsformen wird ein viskoses Strömungsmittel 134 durch die Membran im Hohlraum 126 gehalten. In einem vergrößerten Abschnitt 136 der Welle 122 ist eine kurze Welle 138 befestigt, und zwar konzentrisch um eine Achse A ₂, die winklig zur Achse A ₁ der Welle 122 angeordnet ist. Eine konische Rolle 140 ist über Lager 142 auf der Welle 138 gelagert. Die konische Außenfläche der Rolle 140 steht mit der Membran 128 in Kontakt und erzeugt darin und in dem dahinter befindlichen Strömungsmittel 134 eine örtliche Vertiefung. Die Größe dieser Vertiefung wird durch die axiale Lage der Welle 122 gesteuert, die wiederum durch die Einstellung einer Mutter 144 auf einem Gewinde 146 der Welle 122 festgelegt ist.
Wenn sich die Welle 122 um die Achse A ₁ dreht, wird die Verformung des Strömungsmittels durch die Membran um die von der Rolle durchlaufene ringförmige Bahn bewegt. Diese Verformung wird wiederum durch einen inneren Schervorgang des Strömungsmittels verursacht, die ein Verzögerungsmoment erzeugt, das zu der Winkelgeschwindigkeit der Welle proportional ist. Es ist möglich, zur Erhöhung dieses Verzögerungsmomentes dem vergrößerten Abschnitt 136 der Welle 122 weitere Rollen zuzusetzen bzw. die Verformungstiefe durch die Axiallage der Welle 122, die durch die Mutter 144 gesteuert wird, zu verstellen.
In Fig. 12 ist ebenfalls eine zylindrische Membran gezeigt. Die Rollen befinden sich hierbei auf der Außenseite der Membran und nicht auf deren Innenseite, wie vorher beschrieben. Ein als stationärer Körper 150 ausgebildetes drehmomenterzeugendes Element trägt über Lager 154 eine Welle 152, die das andere drehmomenterzeugende Element darstellt. In den Außenumfang des Körpers 150 ist ein zylindrischer Hohlraum 156 eingeformt, der durch eine zylindrische flexible Membran 158 verschlossen ist, die durch Klemmringe 160 und 162 fixiert ist. Ein viskoses Strömungsmittel 164 wird durch die Membran 158 dichtend im Hohlraum 156 gehalten. Ein Flansch 166 ist an einem Ende der Welle 152 befestigt, und in diesem Flansch sind drei Wellen 168 mit gleichen Umfangsabständen montiert. An jeder Welle 168 ist eine Rolle 170 gelagert, die durch einen Abstandsring 172 und eine Halterung 174 fixiert ist.
Jede Rolle 170 steht mit der Membran 158 in Kontakt und biegt diese sowie das zwischen der Membran und dem Körper 150 dichtend untergebrachte Strömungsmittel durch. Wenn sich die Welle 152 relativ zum Körper 150 dreht, rollen die Rollen 170 planetenförmig um den Umfang der Membran 158, so daß das Strömungsmittel 164von jeder Rolle durch innere Scherung fortschreitend verformt wird, wodurch ein Verzögerungsmoment erzeugt wird, das der Winkelgeschwindigkeit der Welle 152 proportional ist. Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform finden drei Rollen Verwendung; es kann jedoch auch eine größere Anzahl von Rollen eingesetzt werden, um die Verzögerung zu erhöhen. Das Teil 166 kann auch stationär und der Körper 160 kann drehbar angeordnet sein, um den gleichen Effekt zu erzielen.
Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das viskose Strömungsmittel, das die Verzögerung bewirkt, zwischen einer flexiblen Membran und einem in einem im wesentlichen starren Körper ausgebildeten Hohlraum in abgedichteter Weise untergebracht war, findet bei den folgenden Ausführungsformen ein viskoses Strömungsmittel Verwendung, das in abgedichteter Weise in einem verformbaren rohrförmigen Element angeordnet ist.
Wie man den Fig. 13 und 14 entnehmen kann, wird eine Welle 182 über Lager 184 von einem Gehäuse 180 gelagert. Konzentrisch am Gehäuse 180 montiert ist ein mit einer inneren Ausnehmung versehener Ring 186, in dessen Ausnehmung ein toroidförmiges flexibles Rohr 188 untergebracht ist, das mit einem viskosen Strömungsmittel 190 gefüllt ist. Drei Paare von radialen Armen 192 sind an der Welle 182 montiert. Zwischen jedem Armpaar ist eine Welle 194 im wesentlichen parallel zur Welle 182 angeordnet. Eine Rolle 196 ist an jeder Welle 194 gelagert, wobei der Außenumfang einer jeden Rolle 196 mit dem Rohr 188 in Kontakt steht und dieses zusammendrückt, wobei das Rohr örtlich aus einem normalerweise kreisförmigen Querschnitt (durch das Toroid) in einen nahezu vollständig abgeflachten Querschnitt verformt wird, wenn es zwischen einer Rolle 196 und dem Ring 186 zusammengedrückt wird.
Wenn die Welle 182 relativ zum Gehäuse 180 und zum Ring 186 rotiert, verformen die Rollen 196 das Rohr in fortschreitender Weise an den sich bewegenden Kontaktpunkten, wobei diese verformten Abschnitte entlang dem toroidförmigen Rohr 188 wandern. Das Strömungsmittel 190, das sich im Rohr befindet, wird in fortschreitender Weise verformt, wobei es sich durch innere Scherung selbst anpaßt und einen Widerstand bildet, der proportional zum Maß der Verformung ist. Hieraus entsteht ein Verzögerungsmoment, das zu der Winkelgeschwindigkeit der Welle 182 proportional ist. Während in der Ausführungsform der Fig. 13 und 14 drei Rollen gezeigt sind, die in Radialrichtung so angeordnet sind, daß sie an den Kontaktpunkten das Rohr nahezu vollständig abflachen, kann natürlich die Anzahl der Rollen von einem Minimum von einer Rolle bis zu einem Maximum, das durch die Abstände zwischen den Rollen bestimmt wird, variiert werden. Die Rollen können ferner in Radialrichtung so angeordnet sein, daß nur eine teilweise Abflachung des Rohres erreicht wird, was bei einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit zu einem niedrigeren Drehmoment führt.
In Fig. 15 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 13 und 14 dargestellt. Da sich eine Anwendungsmöglichkeit der Vorrichtung auf eine Geschwindigkeitssteuerung von Rädern bezieht, wird Fig. 15 in Verbindung mit dieser speziellen Anwendungsmöglichkeit beschrieben. Wie man Fig. 15 entnehmen kann, ist eine stationäre Welle 200 auf einer Achse A ₁ an einer Palette oder einer anderen Ausführungsform eines Lade- oder Trägerelementes (nicht gezeigt) befestigt.
Eine Rolle 202 ist über Lager 204 konzentrisch an der Welle 200 montiert. Ein verlängerter Abschnitt 206 der Welle 200 ist exzentrisch an der Welle und konzentrisch um eine Achse A ₂ angeordnet, die gegenüber der Achse A ₁ versetzt ist. Auf dem verlängerten Abschnitt 206 ist ein Rad 208 über ein Lager 210 koaxial gelagert. Das Rad 208 rotiert somit um die Achse A ₂. Es ist mit entsprechenden Flanschen versehen, so daß es auf einer engen Schienenbahn laufen kann. Eine Ausnehmung 212 im Rad 208 beherbergt ein toroidförmiges flexibles abgedichtetes Rohr 214, das mit einem viskosen Strömungsmittel 216 gefüllt ist. Dieses Rohr wird in einer radialen Richtung relativ zur Welle 200 durch die Rolle 202, die konzentrisch um die Achse A ₁ angeordnet ist, zusammengedrückt, während die das Rohr 214 lagernde Ausnehmung 212 konzentrisch um die Achse A ₂ angeordnet ist. Wenn daher das Rad 208 um die Achse A ₂ rotiert, wird das Rohr fortschreitend durch die Rolle 202 verformt, was eine Verformung des Strömungsmittels durch innere Scherung und die Erzeugung eines Verzögerungsmomentes bewirkt, das zur Winkelgeschwindigkeit des Rades proportional ist.
Bei der Ausführungsform der Fig. 15 kann man erkennen, daß zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ eine solche Exentrizität vorhanden ist, daß bei der engsten Annäherung zwischen der Rolle 202 und der Ausnehmung 212 das Rohr 214 im wesentlichen vollständig zusammengedrückt wird. Es versteht sich, daß bei einer Abnahme der Exzentrizität, die durch Reduzierung des Abstandes zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ erreicht werden kann, das Rohr 214 weniger zusammengedrückt und somit die Verformung des Strömungsmittels durch Scherung reduziert werden kann. Somit kann das Verhältnis zwischen Drehmoment und Geschwindigkeit verringert werden, indem man den Abstand zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ reduziert.
Eine einfache Methode zur Anordnung eines variablen Abstandes zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ und somit eine Methode zur Variation des Drehmoment: Geschwindigkeits-Verhältnisses ist in den Fig. 16 und 17 gezeigt, aus denen die Lager, das Rad und die Rolle aus Gründen des besseren Verständnisses weggelassen worden sind. Die Welle 200 A wurde modifiziert, indem man den verlängerten Abschnitt 206 weggelassen und diesen durch ein exzentrisches Loch 220 ersetzt hat, das konzentrisch um eine exzentrische Achse A ₃ angeordnet ist. Der verlängerte Abschnitt 206 wurde ferner durch einen Wellenabschnitt 206 A ersetzt, der konzentrisch um die Achse A ₂ angeordnet ist und einen einstückigen Montagestab 202 aufweist, der konzentrisch um die Achse A ₃ und exzentrisch zur Achse A ₂ angeordnet ist. Der Stab 220 ist im Loch 220 winklig verstellbar und mit einer Stellschraube 224 feststellbar. Bei der in den Fig. 16 und 17 dargestellten Lage sind die Exzentrizitäten zwischen den Achsen A ₁ und A ₃ sowie A ₃ und A ₂ winklig zueinander ausgerichtet, so daß die Gesamtexzentrizität zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ die gleiche wie in der Fig. 15 ist. Wenn der Stab 222 im Loch 220 gedreht wird, kann die Gesamtexzentrizität zwischen den Achsen A ₁ und A ₂ reduziert werden, bis nach 180° einer derartigen Drehung eine minimale Gesamtexzentrizität erreicht wird. Wenn man die Exzentrizität zwischen den Achsen A ₁ und A ₃ und zwischen den Achsen A ₂ und A ₃ gleich groß ausbildet, kann die Gesamtexzentrizität auf einen Wert von null gebracht werden. Dies stellt eine bequeme Methode zur Einstellung der Exzentrizität und somit des Verhältnisses zwischen Drehmoment und Geschwindigkeit bei der Ausführung der Fig. 15 dar.
Fig. 18 ist Fig. 15 ähnlich, wobei der Unterschied darin besteht, daß das toroidförmige flexible abgedichtete Rohr 214 A in eine Ausnehmung am Außenumfang der Rolle 202 A eingepaßt ist, während der Innenumfang des Rades 208 A das Rohr 214 A durchbiegt. Auch diese Einrichtung kann durch die in den Fig. 16 und 17 beschriebene Methode variabel gemacht werden.
In Fig. 19 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der es sich um eine Modifikation der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform handelt. Hierbei ist der innere Mechanismus identisch mit dem der Fig. 1, jedoch ist in Fig. 19 die Welle 2 an einer Palette oder einem Hänger 230 festgeklemmt, während ein Rad 232 am Außenumfang des Ringes 16 montiert ist, so daß bei dieser umgekehrten Ausführungsform das Rad und/oder der Ring relativ zur Welle drehbar ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Winkelgeschwindigkeitssteuerung, bei der ein erzeugtes Verzögerungsmoment im wesentlichen proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ist und bei der die Verformung eines viskosen Strömungsmittels zur Erzeugung des Verzögerungsmomentes nutzbar gemacht wird, mit einem ersten und einem zweiten drehmomenterzeugenden Element, von denen eines relativ zum anderen drehbar gelagert ist, einem rotierenden Element, das auf einem der drehmomenterzeugenden Elemente gelagert ist, sowie einem Hohlraum für das viskose Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum auf einem der Elemente in einer Lage zwischen dem rotierenden Element und einem der drehmomenterzeugenden Elemente angeordnet ist und mindestens einen Abschnitt aufweist, der ein flexibles verformbares Element (20, 56, 76, 98, 128, 158, 188, 214, 214 A) umfaßt, das in der Rotationsbahn des rotierenden Elementes derart angeordnet ist, daß es bei Rotation des rotierenden Elementes mit dem flexiblen verformbaren Element in Eingriff tritt und dieses in Richtung auf das eine drehmomenterzeugende Element verschiebt, und daß das viskose Strömungsmittel (26, 62, 80, 96, 134, 164, 190, 216) in abgedichteter Weise in dem Hohlraum angeordnet ist, so daß bei einer relativen Rotationsbewegung zwischen den beiden drehmomenterzeugenden Elementen eine fortschreitende Veformung des flexiblen verformbaren Elementes (20, 56, 76, 98, 128, 158, 188, 214, 214 A) zwischen dem rotierenden Element und dem einen drehmomenterzeugenden Element auftritt, die zu einem fortschreitenden Schervorgang in dem viskosen Strömungsmittel (26, 62, 80, 96, 134, 164, 190, 216) und dadurch zur Erzeugung eines Verzögerungsmomentes zwischen den beiden drehmomenterzeugenden Elementen führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein zylindrisches Element (16, 186) umfaßt, das konzentrisch zu dem ersten drehmomenterzeugenden Element angeordnet ist, daß der Hohlraum in Umfangsrichtung um das zweite drehmomenterzeugende Element herum angeordnet ist und daß das rotierende Element einen oder mehrere Arme (8, 192) aufweist, die sich von dem ersten drehmomenterzeugenden Element aus erstrecken, sowie eine an jedem der Arme montierte Rolle (12, 196), die sich bis zu dem flexiblen verformbaren Element (20, 188) erstreckt, um das Element in das Strömungsmittel (26, 190) hinein zu verformen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein zylindrisches Element (52) umfaßt, das konzentrisch zu dem ersten drehmomenterzeugenden Element angeordnet ist, daß der Hohlraum in Umfangsrichtung um den Innenraum des zweiten drehmomenterzeugenden Elementes angeordnet ist und daß das rotierende Element eine Rolle (48) aufweist, die exzentrisch zu dem ersten drehmomenterzeugenden Element montiert und so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie das flexible verformbare Element (56) in das Strömungsmittel (62) hinein verformt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch ein ringförmiges geschlossenes Rohr (16) gebildet ist, das einen Torus formt, der zwischen dem zweiten drehmomenterzeugenden Element und den rotierenden Rollen (12) gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch ein ringförmiges geschlossenes Rohr (52) gebildet ist, das einen Torus formt, der zwischen dem zweiten drehmomenterzeugenden Element und der exzentrisch montierten Rolle (48) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste drehmomenterzeugende Element einen Abschnitt (200) aufweist, der exzentrisch zu der primären Rotationsachse (A ₂) und in Drehrichtung relativ zu dieser Achse verstellbar angeordnet ist, und daß das rotierende Element (202) konzentrisch auf dem exzentrischen Abschnitt (200) des ersten drehmomenterzeugenden Elementes montiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein drehmomenterzeugendes Rad (208, 208 A) aufweist, das äußere Einrichtungen umfaßt, mit denen es auf einer Schiene lagerbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein drehmomenterzeugendes Rad (208, 208 A) umfaßt, das mit äußeren Einrichtungen zur Lagerung auf einer Schiene versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein Plattenelement (78, 120) umfaßt, das auf einer Achse angeordnet ist, die im wesentlichen normal zur ersten Achse der relativen Rotation zwischen dem ersten und zweiten drehmomenterzeugenden Element angeordnet ist, daß der Hohlraum allgemein in der Ebene des Plattenelementes vorgesehen ist und daß das rotierende Element (82, 140) drehbar an dem ersten Element benachbart zu dem Hohlraum auf einer zweiten Achse (A ₂) angeordnet ist, die sich unter einem Winkel zu der ersten Achse (A ₁) erstreckt, so daß durch eine Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten drehmomenterzeugenden Element eine Taumelbewegung des rotierenden Elementes (82, 140) relativ zu dem Hohlraum und dem darin befindlichen viskosen Strömungsmittel (80, 134) erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite drehmomenterzeugende Element ein Plattenelement (120) umfaßt, das auf einer Achse angeordnet ist, die im wesentlichen normal zur ersten Achse der Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten drehmomenterzeugenden Element verläuft, daß der Hohlraum allgemein in der Ebene des Plattenelementes (120) vorgesehen ist und daß das rotierende Element ein konisches Element (140) umfaßt, das auf der Kegelachse (A ₂) drehbar gelagert ist, wobei sich die Kegelachse unter einem Winkel zu der ersten Rotationsachse (A ₁) erstreckt und sich die Seite des Kegels (140) gegen den Hohlraum und das darin enthaltene viskose Strömungsmittel (134) abstützt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum eine Ringkammer (156) umfaßt, die das zweite drehmomenterzeugende Element umgibt und durch ein ringförmiges flexibles verformbares Element (158), das den Hohlraum umgibt, abgedichtet ist und daß das rotierende Element ein zylindrisches Element (170) umfaßt, das an dem ersten drehmomenterzeugenden Element auf einer Achse parallel zu einer ersten Achse der Relativdrehung zwischen den drehmomenterzeugenden Elementen und im Abstand von dieser angeordnet ist und das die Ringkammer (156) in Kontakt mit dem verformbaren Element (158) überlagert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element relativ zu einem der drehmomenterzeugenden Elemente verstellbar montiert ist, so daß es verstellbar ist, um die Durchbiegung des flexiblen verformbaren Elementes in das Strömungsmittel hinein und dadurch das Verhältnis zwischen dem Verzögerungsmoment und der Winkelgeschwindigkeit der Steuervorrichtung zu variieren.