DE19723812C1 - Getriebeeinheit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit zum formschlüs
sigen Umsetzen einer in beiden Richtungen begrenzten, schnel
len, antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine ebensolche
langsame, abtriebsseitige Rotationsbewegung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine spielfrei arbeitende Ge
triebeeinheit mit guter Gleichlaufcharakteristik zu schaffen,
deren Abtrieb bei gleichbleibender Eingangsdrehzahl nur wenig
schwankt und mit welcher zusätzlich auch Positionen bestimmt
und Drehmomente bzw. Kräfte erfaßt werden können.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Getriebeein
heit zum Umsetzen einer in beiden Richtungen begrenzten,
schnellen, antriebsseitigen Rotationsbewegung in eine eben
solche langsame abtriebsseitige Rotationsbewegung durch die
Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mit
telbar rückbezogenen Ansprüche.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Getriebeeinheit ist zwischen Antrieb und Abtrieb ein Seil
(Band) oder dergl. vorgesehen, das mit seinen beiden Enden an
einem einteiligen, in zwei Segmentabschnitte unterteilten,
schwenkbar gelagerten Zwischenteil befestigt ist; ferner ver
läuft das Seil anliegend an dem Zwischenteil entlang dessen
Außenseiten und ist zur Übertragung eines Antriebsmoments um
die Welle des Antriebs, vorzugsweise in Form eines Elektromo
tors gewickelt.
Ferner ist dem inneren Segmentabschnitt des in zwei Segmen
tabschnitte unterteilten Zwischenteils ein Positonssensor zu
geordnet, indem auf der einen Seite des inneren Segmentab
schnitts ein opto-elektronischer, positionsempfindlicher De
tektor und auf dessen anderen Seite eine Lichtquelle sowie
dazwischen ein in dem inneren Segmentabschnitt ausgebildeter
Schlitz mit radial veränderlichem, (z. B. spiralförmigem) Ver
lauf vorgesehen sind. Hierbei ist die Form des beispielsweise
spiralförmigen Schlitzes so gewählt, daß sich ein linearer
Zusammenhang zwischen einer Winkeländerung des Zwischenteils
und der Verschiebung des Lichtstrahls auf dem Detektor er
gibt.
Darüber hinaus ist an den beiden Segmentabschnitten des Zwi
schenteils ein Drehmomentsensor vorgesehen, indem in der Mit
te eines Mittelteils des äußeren Segmentabschnitts ein als
Drehmomentsensor dienender opto-elektronischer, positionsemp
findlicher Detektor angebracht ist und getrennt durch einen
zwischen dem inneren und dem äußeren Segmentabschnitt ausge
bildeten Schlitz genau gegenüberliegend zu dem Detektor an
dem inneren Segmentabschnitt eine Schlitzblende angebracht
ist, hinter welcher eine Lichtquelle angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung ist somit ein mechanisch wirkendes Ge
triebe geschaffen, welches eine in beiden Richtungen begrenz
te schnelle Rotationsbewegung des Antriebs in eine eben
solche langsamere Rotationsbewegung des Abtriebs umsetzt, wo
bei diese Übertragung spielfrei und mit einer guten Gleich
laufchrakteristik erfolgt. Gleichzeitig ist gemäß der Erfin
dung in der Getriebeeinheit eine Sensorik in Form des Positi
ons- und des Drehmomentensensors integriert, wobei mit erste
rem generell die Position bestimmt und mit letzterem das
Drehmoment von An- oder Abtrieb gemessen werden kann. Bei der
Erfindung ist die Sensorik in Form der beiden optischen Sen
soren in besonders kompakter Weise unmittelbar in die Getrie
beeinheit integriert.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der aus zwei Segmentabschnitten bestehende Zwischenteil
so ausgeführt, daß der innere Segmentabschnitt teilweise von
einem u-förmigen, äußeren Segmentabschnitt umgeben ist, wobei
zwischen den beiden Abschnitten, ein etwa ebenfalls u-förmig
verlaufender Schlitz ausgebildet ist. In einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Schenkel des
etwa u-förmigen äußeren Segmentabschnitts erheblich dünner
ausgebildet als ein diese verbindender Mittelteil.
Aufgrund dieser speziellen Ausbildung des äußeren u-förmigen
Segmentabschnitts kann, da um dessen Außenfläche und an die
ser anliegend das Seil geführt ist, mittels des in der Mitte
des äußeren Segmentabschnitts angebrachten als Drehmomentsen
sor dienenden elektro-optischen positionsempfindlichen Detek
tors ein Verbiegen der wie einseitig eingespannte Biegebalken
wirkenden beiden Schenkel des u-förmigen äußeren Segmentab
schnitts festgestellt werden; dieses Verbiegen entspricht je
weils dem in Antriebs- oder Abtriebsrichtung aufgebrachten
Drehmoment, aus dem in bekannter Weise eine entsprechende
Kraft berechnet werden kann. Somit ist eine kraftreflektie
rende Sensorik geschaffen, mit deren Hilfe letztendlich die
Kraft bestimmt werden kann, die bei jeder Art von taktilen
Vorgängen ausschlaggebend ist.
Damit das die Kopplung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb
bewirkende Seil ausreichend gespannt ist und somit durch
Reib- oder Formschluß ein ausreichendes Drehmoment auf das
Seil übertragen wird, ist an einem Ende des Seils eine
Seilspannvorrichtung vorgesehen.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin
dung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im ein
zelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Vorderansicht
auf im wesentlichen ein Zwischenteil einer Getriebe
einheit gemäß der Erfindung;
Fig. 2a und 2b ebenfalls in perspektivischer Darstellung eine
Vorderansicht bzw. eine Draufsicht auf das Zwischen
teil der Getriebeeinheit gemäß der Erfindung mit ein
gebautem Positionssensor;
Fig. 3 weiterhin in perspektivischer Darstellung eine der
Fig. 1 entsprechende Vorderansicht auf das Zwischen
teil der Getriebeeinheit gemäß der Erfindung mit ein
gebauten Positions- und Drehmomentsensor, und
Fig. 4 in perspektivischer vergrößerter Darstellung eine
Draufsicht auf einen Teil des Zwischenteils mit ein
gebautem Drehmomentsensor.
In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung eine Draufsicht
auf ein Zwischenteil 3 einer in ihrer Gesamtheit mit 1 be
zeichneten Getriebeeinheit dargestellt; das Zwischenteil 3 ist
über einen mit ihm eine Einheit bildenden Schwenkzapfen 36 in
der Wandung eines Gehäuses schwenkbar gelagert, das in keiner
der Figuren näher dargestellt ist. Das einteilige Zwischen
teil 3 ist durch einen Schlitz 34 in einen inneren Segmentab
schnitt 31 und einen den Abschnitt 31 zum Teil umgebenden, in
Draufsicht etwa u-förmigen, äußeren Segmentabschnitt 32 un
terteilt. Ein Mittelteil 323 des äußeren Segmentabschnitts 32
geht in zwei Schenkel 321 und 322 über, welche in Draufsicht
erheblich schmaler bzw. im Querschnitt erheblich dünner aus
gebildet sind als der sie verbindende Mittelteil 323.
Ferner ist in Fig. 1 ein Seil 2 angedeutet, das mit einem Ende
21 in einer einstellbaren Spannvorrichtung 23 befestigt ist,
während das andere Seilende 22 in einer im oberen Bereich des
Zwischenteils 3 angedeuteten Ausnehmung 37 gehalten ist.
Ausgehend von der Spannvorrichtung 23 liegt das Seil 2 an der
unteren Außenfläche des Zwischenteils 3 an, ist mit einer,
vorzugsweise mehreren Windungen 20 (siehe Fig. 2a bzw. 3) um
eine Welle 41 eines Antriebs 4, vorzugsweise in Form eines
Elektromotors, geschlungen und liegt dann wieder an der obe
ren Außenfläche des Zwischenteils 3 an. Hierbei hängt die
Anzahl der Windungen 20, beispielsweise drei in Fig. 2b und 3
von dem zu übertragenden Antriebsmoment ab, welches durch
Reib- oder Formschluß auf das Seil 2 wirkt.
Ferner hängt die Größe einer Drehmomentumsetzung von dem Ver
hältnis der Radien ab, nämlich dem Radius des Zwischenteils
3, ausgehend von der Mitte des Schwenkzapfens 36 bis zum Au
ßenrand des Mittelteils 323 des äußeren Segmentabschnitts 32
in Relation zu dem Radius der Antriebswelle 41. Somit sind
die Verhältnisse der Radien der aufeinander abrollenden Flä
chen von Antrieb und Zwischenteil für die Größe der Drehmo
mentwandlung verantwortlich.
Da bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit vorzugsweise das
beidseitig eingespannte Seil 2 zur Kopplung der Antriebswelle
41 und dem aus zwei Segmentabschnitten 31, 32 gebildeten Zwi
schenteil 3 verwendet wird, ist ein spielfreies Getriebe mit
hohem Wirkungsgrad und sehr guten Gleichlaufeigenschaften ge
schaffen.
In Fig. 2a und 2b sind in Vorderansicht bzw. in Draufsicht der
in Fig. 1 rechte Teil des Zwischenteils 3 sowie der Antriebs
motor 4 mit seiner Antriebswelle 41 dargestellt. Darüber hin
aus ist in Fig. 2a und 2b ein in seiner Gesamtheit mit 5 be
zeichneter Positionssensor dargestellt, der gebildet ist aus
einem opto-elektronischen, positionsempfindlichen Detektor
51, der auf der einen Seite, in Fig. 2a der Vorderseite des
Zwischenteils 3 angeordnet ist, und aus einer auf der anderen
Seite, in Fig. 2b der Rückseite des Zwischenteils 3 angeordne
ten Lichtquelle 53. Zwischen dem als Positionssensor 5 die
nenden opto-elektronischen, positionsempfindlichen Detektor
51 und der Lichtquelle 53 ist ein Spiralschlitz 52 so ausge
bildet, daß der jeweils in den Bereich des Positionssensors
gelangende Teil des Spiralschlitzes etwa geradlinig ist, ob
wohl er sich während der Schwenkbewegung radial verlagert.
Durch diese spezielle Ausbildung des Schlitzes 52 ist er
reicht, daß sich bei einer Schwenkbewegung des Zwischenteils
3 um den Schwenkzapfen 36 der Schlitz 52 geradlinig vor dem
als Positionssensor 5 dienenden, opto-elektronischen, positi
onsempfindlichen Detektor 51 senkrecht zu dessen Längsachse
hin- und herbewegt wird.
Ferner sind sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2a Ausnehmungen
35 in dem Zwischenteil 3 zu erkennen, in welchen, wie nach
stehend in Verbindung mit Fig. 3 und 4 noch im einzelnen aus
geführt wird, der Drehmomentsensor 6 untergebracht ist.
Die perspektivische Darstellung der Fig. 3 entspricht im we
sentlichen derjenigen der Fig. 1 mit dem Unterschied, daß in
Fig. 3 neben dem opto-elektronischen, positionsempfindlichen
Detektor 51 des Positionssensors 5 auch noch der Drehmoment
sensor 6 schematisch in perspektivischer Darstellung wieder
gegeben ist. Hierbei weist der Drehmomentsensor 6 eine Licht
quelle 63 und ebenfalls einen opto-elektronischen, positi
onsempfindlichen Detektor 61 auf, der in der Mitte des Mit
telteils 323 des äußeren Segmentabschnitts 32 angebracht ist.
Zwischen den beiden Elementen 61 und 63 ist eine am inneren
Segmentabschnitt 32 angebrachte Schlitzblende 62 vorgesehen.
Ferner sind, wie in Fig. 2a dargestellt, beispielsweise drei
Windungen 20 des um die Motorwelle 41 gewundenen Seils 2
schematisch angedeutet.
Fig. 4 ist lediglich eine vergrößerte Wiedergabe des in Fig. 3
rechten Teils der beiden Segmentabschnitte 31 und 32 des Zwi
schenteils 3, des Antriebs 4 und insbesondere des Drehmoment
sensors 6.
Wenn das Zwischenteil 3 entgegen dem Uhrzeigersinn ver
schwenkt wird, werden bei dieser Schwenkbewegung die beiden
Schenkel 321 und 322 des äußeren Segmentabschnitts 3, welche
jeweils als einseitig, d. h. am inneren Segmentabschnitt 31 ge
haltene bzw. eingespannte Biegebalken betrachtet werden kön
nen, in Fig. 3 nach unten "gebogen" bzw. bei einer Schwenkbe
wegung im Uhrzeigersinn nach oben "gebogen".
Bei einem solchen Biegevorgang wandert der durch die Schlitz
blende 62 des Drehmomentsensors hindurchtretende Lichtstrahl
bei einer Schwenkbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 3
nach oben bzw. bei einer Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn in
Fig. 3 nach unten. Diese Bewegung des Lichtstrahls aufgrund
der Relativbewegung der Schlitzblende 62 bezüglich des opto
elektronischen, positionsempfindlichen Detektors 61 des
Drehmomentsensors 6 wird von letzterem erfaßt, und dadurch
wird die Position des auftreffenden Lichtstrahls gemessen.
Aus der Veränderung der Position des Lichtstrahls auf dem De
tektor 61 und der Geometrie der wie Biegebalken wirkenden
beiden Schenkel 321 und 322 kann das Drehmoment von An- und
Abtrieb abgeleitet werden.
Gemäß der Erfindung ist somit in die Mechanik eines spielfrei
arbeitenden Getriebes, das eine sehr gute Gleichlaufcharakte
ristik aufweist, in kompakter Weise sowohl ein Positionssen
sor als auch ein Drehmomentsensor integriert. Mit der Erfin
dung ist daher ein ausgesprochen preiswertes und genaues,
analog arbeitendes, optisches Meßsystem geschaffen, das in
kompakter Weise in die Getriebeeinheit integriert ist, mit
welchem sowohl Position als auch Drehmoment gemessen werden
können.
Gemäß der Erfindung kann die Getriebeeinheit 1 mit der inte
grierten Sensorik in Form des Positionssensors 5 und des
Drehmomentsensors 6 generell zur Erfassung von taktilen Vor
gängen verwendet werden.
Vorzugsweise können zwei Getriebeeinheiten 1 mit integrierter
Sensorik (5, 6) zu einem die jeweilige Schwenkposition erfas
senden und Kraft rückmeldenden Eingabegerät verbunden werden.
Ferner können gemäß der Erfindung zwei Getriebeeinheiten 1
mit integrierter Sensorik zu einem Joystick mit Kraftrückmel
dung geschaltet werden.
Ferner kann gemäß der Erfindung eine Getriebeeinheit 1 dazu
verwendet werden, ein Gaspedal mit einer Kraft zu beaufschla
gen, wobei dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei
Passieren eines Ortsschilds, dessen Position in einem Fahr
bahnleitsystem erfaßt ist, über das Gaspedal eine dessen Be
tätigung entgegenwirkende Kraft taktil übermittelt. Auf diese
Weise wird dem Fahrzeuglenker taktil ein deutlicher Hinweis
gegeben, bei Passieren des Ortsschilds seine Geschwindigkeit
zu verringern.
Ferner können gemäß der Erfindung eine oder mehrere Getriebe
einheiten zum Einstellen der Scheinwerfer eines Kraftfahr
zeugs verwendet werden. Darüber hinaus ist gemäß der Erfin
dung die Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit mit
integrierter Sensorik als Robotergelenk vorgesehen.
Ferner können gemäß der Erfindung zwei Getriebeeinheiten so
verbunden und geschaltet werden, daß dadurch ein Kräfte re
flektierender Steuerknüppel eines Fluggeräts geschaffen ist.
Durch die Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit
kann ferner gemäß der Erfindung ein Kräfte rückmeldendes Ein
gabe- und Steuergerät geschaffen werden, mit welchem Montage
vorgänge beispielsweise in Form von Fügevorgängen, durchge
führt werden können.
Mindestens eine Getriebeeinheit gemäß der Erfindung kann auch
als ein Kräfte rückmeldendes Eingabe- und Steuergerät verwen
det werden, mit welchem beispielsweise Rollstühle von Behin
derten steuerbar gemacht werden können.
Claims (13)
1. Getriebeeinheit zum formschlüssigen Umsetzen einer in bei
den Richtungen begrenzten schnellen antriebsseitigen Rotati
onsbewegung in eine eben solche langsame, abtriebseitige Ro
tationsbewegung mittels eines zwischen Antrieb und Abtrieb
vorgesehenen Seils (Band) oder dgl. (2), das mit seinen
beiden Enden (21, 22) an einem einteiligen, in zwei Seg
mentabschnitte (31, 32) unterteilten, schwenkbar gelagerten
Zwischenteil (3) befestigt ist, anliegend an dem Zwischenteil
entlang dessen Außenseiten verläuft und zur Übertragung eines
Antriebsmoments um die Welle (41) des Antriebs (4) gewickelt
ist, und wobei einem inneren Segmentabschnitt (31) des Zwi
schenteils (3) ein Positionssensor (5) zugeordnet ist und
zwischen den beiden Segmentabschnitten (31, 32) des Zwischen
teils (3) ein Drehmomentsensor (6) vorgesehen ist.
2. Getriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zwischenteil (3) aus dem inneren Segmentabschnitt
(31) und einem den inneren Abschnitt (31) teilweise umgeben
den, etwa u-förmigen äußeren Segmentabschnitt (32) besteht,
wobei zwischen den beiden Segmentabschnitten (31, 32) ein etwa
u-förmig verlaufender Schlitz (34) ausgebildet ist.
3. Getriebeeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Schenkel (321, 322) des etwa u-förmigen äußeren
Segmentabschnitts (32) dünner ausgebildet sind als ein diese
verbindender Mittelteil (323).
4. Getriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Mittelteils
(323) des äußeren Segmentabschnitts (32) ein als Drehmoment
sensor (6) dienender opto-elektronischer, positionsempfindli
cher Detektor (61) und getrennt durch den Schlitz (34) genau
gegenüberliegend an dem inneren Segmentabschnitt (31) eine
Schlitzblende (62) vorgesehen sind, hinter der eine Licht
quelle (63) angeordnet ist.
5. Getriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Bereich des inneren Segmentabschnitts (31), wel
chem der Positionssensor (5) zugeordnet ist, ein Schlitz (52)
mit radial veränderlichem Verlauf ausgebildet ist, welchem
auf der einen Seite des inneren Segmentabschnitts (31) ein
als Positionsgeber (5) dienender opto-elektronischer, positi
onsempfindlicher Detektor (51) und auf der anderen Seite des
Segmentabschnitts (31) eine Lichtquelle (53) zugeordnet sind.
6. Getriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende (21) des Seils (2)
an der dem Drehmomentensensor (6) gegenüberliegenden Seite
des Zwischenteils (3) eine einstellbare Seilspannvorrichtung
(23) untergebracht ist.
7. Verwendung von mindestens zwei Getriebeeinheiten (1) nach
den Ansprüchen 1 bis 6, die zu einem eine Kraft rückmeldenden
Eingabegerät geschaltet sind.
8. Verwendung einer Getriebeeinheit (1) nach den Ansprüchen 1
bis 6 zum Beaufschlagen eines eine Kraft rückmeldenden
Gaspedals.
9. Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit (1) nach
den Ansprüchen 1 bis 6 zum Ein- und Verstellen der Scheinwer
fer eines Kraftfahrzeugs.
10. Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit (1) nach
den Ansprüchen 1 bis 6 als Robotergelenk.
11. Verwendung von zwei Getriebeeinheiten (1) nach den An
sprüchen 1 bis 6 als Kräfte rückmeldender Steuerknüppel eines
Fluggeräts.
12. Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit (1) nach
den Ansprüchen 1 bis 6, die als ein Kräfte rückmeldendes Ein
gabe/Steuergerät zum Durchführen von Montagevorgängen ge
schaltet sind.
13. Verwendung von mindestens einer Getriebeeinheit (1) nach
den Ansprüchen 1 bis 6, die als Kräfte rückmeldendes Einga
be/Steuergerät für Rollstühle dient.
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ID=7831631
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DE19723812A Expired - Lifetime DE19723812C1 (de) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | Getriebeeinheit |
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