DE3200241A1 - Control wheel - Google Patents

Abstract

A motor-driven control wheel in a water vehicle or land vehicle in conjunction with corresponding signal generators permits an automatic guidance of this vehicle. In sailing boats for example, the control signal takes place by means of the wind vane so that a constant travel direction with respect to the wind can be maintained via the control circuit. Since for safety reasons a manual actuation facility is required, known autopilot systems use electromagnetic or manually actuated couplings in order to decouple the motor with the usually self-locking gear in manual operation. Electromagnet couplings are expensive and require energy. Manually actuated couplings offer too little operating comfort. By means of the subsequently described control wheel with installed coupling, the abovementioned disadvantages are avoided. A control wheel provided with a pulley is proposed, which control wheel is attached to a drive shaft and is suitable both for manual and motor operation in both directions of rotation. With slight changes, it can also be used as a moment amplifier.

Description

Dabei bringt ein Servomotor ein Hilfsmoment auf, welches über einenA servo motor generates an auxiliary torque, which is controlled by a

Reibkern und über eine Schlingfeder auf einen Abtrieb übertragen wird. Beim sowohl motorisch als auch manuell betreibbaren Steuerrad erfolgt die Momentübertragung auf die Abtriebswelle ebenfalls über Reibkern und Schlingfeder. Obwohl ein selbsthemmendes Getriebe verwendet ist, laßt sich die Abtriebswelle mittels Steuerrad manuell drehen.Friction core and is transmitted to an output via a loop spring. With the steering wheel, which can be operated both by motor and manually, the torque is transmitted on the output shaft also via friction core and wrap spring. Although a self-locking Gearbox is used, the output shaft can be rotated manually by means of the control wheel.

Die Schlingfeder hat zwei nach außen umgebogene Enden, welche, an den Innenseiten eine Zugkraft aufnehmend, einen mit dem Abtrieb verbundenen Mitnehmer antreiben. Zwischen den konvexen Seiten der Federenden befindet sich der antriebsseitige Mitnehmer als Bestandteil eines manuellen Antriebes (z.B. Steuerrad, Handkurbel). Der abtriebsseitige Mitnehmer ist an einer Stirnseite des zylindrisch ausgebildeten Reibkernes angeordnet. An der gegenuberliegenden Stirnseite des Reibkernes erfolgt die Einleitung des Motormornentes z.B.The wrap spring has two ends bent outwards, which on absorbing a tensile force on the inside, a driver connected to the output drive. The drive-side is located between the convex sides of the spring ends Driver as part of a manual drive (e.g. steering wheel, hand crank). The driven side driver is on one end face of the cylindrically designed Friction core arranged. On the opposite face of the friction core the introduction of the engine torque e.g.

über eine Riemenscheibe, welche mit dem Reibkern verbunden ist.via a pulley which is connected to the friction core.

Stand der Technik Bei einer bekannten Momentübertragungseinrichtung erfolgt die Einleitung des Motormomentes über eine mit einer Spreizfeder versehenen Kupplung. Sie bewirkt den Reibschluß an ihrer Außenfläche durch Vergroßern des Durchmessers. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist und daß die Spreizfeder an ihrer an der Anlagefläche anliegenden Außenseite geschliffen werden muß, um unzulässig große Flächenpressung zu vermeiden. Außerdem neigt die Spreizfeder im voll eingekuppelten Zustand zum Hängenbleiben.BACKGROUND ART In a known torque transmission device the engine torque is introduced via a spring provided with a spreading spring Coupling. It causes the frictional connection on its outer surface by increasing the diameter. This device has the disadvantage that it has a relatively complex structure is and that the expanding spring on its outer side resting against the contact surface Must be sanded to avoid excessive surface pressure. aside from that the expansion spring tends to get stuck when fully engaged.

Eine weitere bekannte Kraftübertragungseinrichtung arbeitet mit einer Schlingfeder. Das Steuer- bzw. Schaltsignal wird dabei durch Drehen einer Welle eingegeben. Der Nachteil besteht darin, daß ein Steuerrad, in dessen Nabe eine solche Einrichtung eingebaut wurde, nicht auf einer Abtriebswelle austauschbar befestigt werden kann.Another known power transmission device works with a Wrap spring. The control or switching signal is generated by turning a shaft entered. The disadvantage is that a steering wheel, in the hub of which such Device was installed, not attached to an interchangeable output shaft can be.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat dem gegenüber den Vorteil, daß sie eine sehr kompakte Bauweise erlaubt. Die Funktionsweise einer Schlingfeder ist problemloser bezüglich Rattern und Verschleiß, weil durch die Biegung des Federstahlbandes an der Innenseite (Anlage fläche am Reibkern) eine konvexe Wölbung entsteht.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that it is very compact Construction allowed. The functioning of a wrap spring is less problematic Rattling and wear, because of the bending of the spring steel strip on the inside (Contact surface on the friction core) a convex curvature is created.

Die Kraftübertragung bei der Schlingfeder erfolgt durch Zug an den Federenden. Diese Zugbeanspruchung ist günstiger als die Biegebeanspruchung der Spreizfederenden.The force transmission in the wrap spring is done by pulling on the Spring ends. This tensile stress is more favorable than the bending stress of the Expanding spring ends.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Kupplung in die Nabe eines Steuerrades integriert ist, und dieses motorisch antreibbare Steuerrad gegen ein nur manuell antreibbares Steuerrad ohne Verãnderung der Abtriebswelle ausgetauscht werden kann. Mit bisher bekannten Einrichtungen ist dieser Austausch nicht möglich.It is particularly advantageous that the coupling is in the hub of a steering wheel is integrated, and this motor-driven steering wheel against a manual only Drivable steering wheel can be exchanged without changing the output shaft. This exchange is not possible with previously known devices.

Durch die in den UntaransprAchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Erganzungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.The measures listed in the UntaransprAchen are advantageous Additions to the features specified in the main claim are possible.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung für einen motorischen Antrieb mit manueller Betätigungsmöglichkeit, Figur 2 einen Schnitt längs I - II nach Figur 1.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It show figure 1 shows a longitudinal section through a coupling for a motorized drive with manual Possibility of actuation, FIG. 2 a section along I - II according to FIG. 1.

Beschreibung der Erfindung Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt eine Gehausewand 19, welche mit zwei Bohrungen 20 und 21 versehen ist. In der Bohrung 20 ist die Abtriebswelle 16 gelagert. Durch die Bohrung 21 ragt die Achse des Getriebemotors 17 mit der Antriebsriemenscheibe 18.Description of the Invention The exemplary embodiment according to FIG. 1 shows a housing wall 19 which is provided with two bores 20 and 21. In the hole 20, the output shaft 16 is mounted. The axis of the geared motor protrudes through the bore 21 17 with the drive pulley 18.

Auf der Abtriebswelle 16 ist der hohlzylindrische Reibkern 12, verbunden mit der Abtriebsriemenscheibe 15 drehbar gelagert. Auf der Außenfläche 12' des Reibkernes 12 sitzt mit geringer Vorspannung die Schlingfeder 11, welche aus mehreren Windungen besteht. An ihrem vorderen und hinteren Ende hat die Schlingfeder jeweils ein nach au-Ben gebogenes, hakenartiges Ende 23 und 24. Das Ende 23 liegt zwischen den Mitnehmerkanten 13' und 14', das Ende 24 zwischen den Mitnehmerkanten 13" und 14" der Mitnehmer 13 und 14. Die Kanten 13' und 13" des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 sind gerundet, so daß sich eine konkave Seite der Federenden an diese Kanten anlegen kann, je nach Lage der Schlingfeder. Die drehfeste Verbindung des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 mit der Achse 16 erfolgt auf einem Kegel 16' mittels einer Schraube 22. Der halbtopfförmige Teil des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 ragt zwischen die konkaven Seiten der Federenden 23 und 24. Eine der Flachen 14' oder 14" des antriebsseitigen Mitnehmers 14 kann an einer konvexen Seite der Federenden 23 oder 24 anliegen, je nach Winkelstellung der Schlingfeder 11 zum Mitnehmer 14. Dieser ist auf der einen Seite auf einem Bund 15' des Reibkernes 12 und auf der gegenüberliegenden Seite auf einem Gleitsitz des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 drehbar gelagert.The hollow cylindrical friction core 12 is connected to the output shaft 16 rotatably mounted with the driven pulley 15. On the outer surface 12 'of the friction core 12, the wrap spring 11, which consists of several windings, is seated with a slight bias consists. At its front and rear ends, the wrap spring has one after each au-Ben curved, hook-like ends 23 and 24. The end 23 lies between the driver edges 13 'and 14', the end 24 between the driver edges 13 "and 14" of the driver 13 and 14. The edges 13 'and 13 "of the driven side driver 13 are rounded, so that a concave side of the spring ends can lie against these edges, depending on Position of the wrap spring. The non-rotatable connection of the driver on the output side 13 with the axis 16 takes place on a cone 16 'by means of a screw 22. The half-cup-shaped Part of the driven side driver 13 protrudes between the concave sides of the spring ends 23 and 24. One of the surfaces 14 'or 14 "of the drive-side driver 14 can rest against a convex side of the spring ends 23 or 24, depending on the angular position the wrap spring 11 to the driver 14. This is on one side on a collar 15 'of the friction core 12 and on the opposite side on a sliding fit of the Drive 13 on the driven side rotatably mounted.

Funktion der Kupplung bei Motorbetrieb Der Getriebemotor 17 treibt mittels Riemenscheibe 18, Riemen und Riemenscheibe 15 den Reibkern 12 der Schlingfeder 11 an. Je nach Drehrichtung kommt die konkave Seite eines Federendes 23, 24 an einer Kante 13', 13" des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 zum Anliegen, und zwar bevor de konvexe Seite des anderen Federendes eine Fläche 14', 14" des Mitnehmers 14 berührt. Dabei verkleinert sich der Innendurchmesser der Schlingfeder 11, so daß durch Reibschluß das Motormoment über den Reibkern, die Schlingfeder und den abtriebsseitigen Mitnehmer auf die Abtriebswelle übertragen wird.Function of the clutch during motor operation The gear motor 17 drives by means of pulley 18, belt and pulley 15, the friction core 12 of the wrap spring 11 at. Depending on the direction of rotation, the concave side of a spring end 23, 24 comes to one Edge 13 ', 13 "of the driven side driver 13 to the application, before de the convex side of the other end of the spring touches a surface 14 ', 14 "of the driver 14. The inner diameter of the loop spring 11 is reduced, so that by frictional engagement the motor torque via the friction core, the wrap spring and the driver on the output side is transmitted to the output shaft.

Wesentlich für die Funktion ist, daß der Abstand a von der Kante 14' zur konvexen Kante des Federendes 23 größer ist als der Abstand b zwischen der Kante 13' und der konkaven Seite des Federendes 23.It is essential for the function that the distance a from the edge 14 ' to the convex edge of the spring end 23 is greater than the distance b between the edge 13 'and the concave side of the spring end 23.

Funktion der Kupplung bei Handbetrieb Dreht man am Steuerrad und damit den antriebsseitigen Mitnehmer 14 bis eine der Kanten 14', 14" an der konvexen Seite eines Federendes 23, 24 anliegt, (da a>b berührt die konkave Seite des anderen Federendes die Kante 13', 13" nicht) vergrößert die Schlingfeder 11 ihren Innendurchmesser und läßt sich ohne nennenswerten Kraftaufwand auf dem, durch das selbsthemmende Getriebe festgehaltenen Reibkern drehen.Function of the clutch in manual mode Turn the steering wheel and thus the drive-side driver 14 to one of the edges 14 ', 14 "on the convex side of a spring end 23, 24 is applied, (since a> b touches the concave side of the other The spring end edge 13 ′, 13 ″ does not) the wrap spring 11 increases its inner diameter and can be without any significant effort on the, through the self-locking Rotate the friction core held in the gearbox.

Das Drehmoment wird somit über ein Federende als Zwischenlage auf den abtriebsseitigen Mitnehmer 13 und damit auf die Abtriebswelle übertragen. Die Kupplung erfüllt dabei die Aufgabe, bei Handbetrieb den Kraftfluß Motor-Abtrieb zu unterbrechen.The torque is thus applied via a spring end as an intermediate layer the driven side driver 13 and thus transferred to the output shaft. the The clutch fulfills the task of controlling the power flow between the motor and output in manual operation to interrupt.

Kupplung als Momentverstärker Ein Schlingfederkupplungssystem mit Abstand b>a kann als Momentverstärker verwendet werden. Die Einleitung des Motormomentes auf die Abtriebswelle erfolgt nach M=f(a). CL ist die Bezeichnung des Verdrehwinkels zwischen an- und abtriebsseitigem Mitnehmer. Die Verdrehung der beiden Mitnehmer gegeneinander erfolgt vorteilhafterweise entgegen der Kraftwirkung einer Feder.Coupling as torque amplifier A wrap spring clutch system with Distance b> a can be used as a torque amplifier. The introduction of the engine torque on the output shaft takes place according to M = f (a). CL is the designation of the angle of rotation between the driver on the drive and driven side. The twisting of the two drivers against each other is advantageously carried out against the force of a spring.

Funktionsweise der Kupplung als Momentverstärker Der Motor 17 dreht den Reibkern 12 mit der Schlingfeder 11 über Riemenscheibe 18, Riemen und Riemenscheibe 15 in einer beliebigen Drehrichtung, bis die konvexe Seite eines Federendes 23, 24 an einer Kante 14', 14" des antriebsseitigen Mitnehmers 14 anliegt. Dabei vergrößert sich der Durchmesser der Schlingfeder 11, so daß sich der vom Motor angetriebene Reibkern 12 drehen kann, ohne ein nennenswertes Moment zu übertragen.How the clutch works as a torque amplifier The motor 17 rotates the friction core 12 with the wrap spring 11 via pulley 18, belt and pulley 15 in any direction of rotation until the convex side of a spring end 23, 24 rests against an edge 14 ', 14 "of the drive-side driver 14. This is enlarged the diameter of the wrap spring 11, so that the driven by the motor Friction core 12 can rotate without transmitting a significant moment.

Dreht man jetzt den antriebsseîtigen Mitnehmer 14 in der Drehrichtung des Reibkernes bis die konkave Seite eines Federendes an der Kante 13', 13" des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 anliegt, verkleinert sich der Durchmesser der Schlingfeder und das Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen.If you now turn the driver 14 on the drive side in the direction of rotation of the friction core to the concave side of a spring end at the edge 13 ', 13 "of the on the driven side driver 13 is applied, the diameter of the wrap spring is reduced and the torque is transmitted to the output shaft.

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Claims (9)

Ansprüche 1. Steuerrad mit einer in der Nabe eingebauter Kupplung, welches, auf einer Abtriebswelle befestigt, sowohl von Hand als auch motorisch in beiden Richtungen gedreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfluß vom Antriebsmotor über einen Reibkern 12, über mindestens eine Schlingfeder 11 und über den mit der Abtriebswelle 16 drehfest verbundenen abtriebsseitigen Mitnehmer 13 durch entsprechende Winkelstellung zwischen Steuerrad und Abtriebswelle eingeleitet bzw. unterbrochen wird.Claims 1. Steering wheel with a clutch built into the hub, which, attached to an output shaft, can be carried out both by hand and by motor in can be rotated in both directions, characterized in that the power flow from the drive motor via a friction core 12, via at least one loop spring 11 and Via the drive-side driver connected to the output shaft 16 in a rotationally fixed manner 13 initiated by a corresponding angular position between the steering wheel and the output shaft or is interrupted. 2. Steuerrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen abtriebsseitiger Mitnehmer 13 auf die gleiche Art und Weise auf der Abtriebswelle 16 befestigt ist, wie ein nur manuell betreibbares Steuerrad.2. Steering wheel according to claim 1, characterized in that its output side The driver 13 is attached to the output shaft 16 in the same way, like a steering wheel that can only be operated manually. 3. Steuerrad nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ohne Änderung der Abtriebswelle mit einem nur manuell betreibbaren Steuerrad austauschbar ist.3. Steering wheel according to claim 1-2, characterized in that this exchangeable with a manually operated steering wheel without changing the output shaft is. 4. Steuerrad nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses eine mittlere Bohrung aufweist in einer Große, welche in etwa der Außenkontur der Schlingfeder 11 entspricht.4. Steering wheel according to claims 1-3, characterized in that this has a central bore in a size which is approximately the outer contour of the Wrap spring 11 corresponds. 5. Steuerrad nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibkern 12 oder die Riemenscheibe 15 einen Gleitsitz 15' aufweist, auf dem das Steuerrad drehbar gelagert ist.5. Steering wheel according to claims 1-4, characterized in that the friction core 12 or the pulley 15 has a sliding seat 15 'on which the steering wheel is rotatably mounted. 6. Steuerrad nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 einen Gleitsitz aufweist, auf dem das Steuerrad drehbar gelagert ist.6. Steering wheel according to claims 1-4, characterized in that the flange of the driven side driver 13 has a sliding seat on which the steering wheel is rotatably mounted. 7. Steuerrad nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibkern 12 durch einen Motor 17 angetrieben wird, mittels einer Riemenscheibe 15, welche dem Reibkern 12 zugeordnet ist.7. Steering wheel according to claims 1-6, characterized in that the friction core 12 is driven by a motor 17, by means of a pulley 15, which the friction core 12 is assigned. 8. Steuerrad nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses und der Reibkern 12 mit Riemenscheibe 15 koaxial auf der Abtriebswelle angeordnet sind.8. steering wheel according to claim 1-7, characterized in that this and the friction core 12 with pulley 15 is arranged coaxially on the output shaft are. 9. Steuerrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische MitteLstück des abtriebsseitigen Mitnehmers 13 als Aufnahme für die Einzelteile der Schlingfederkupplung dient.9. Steering wheel according to claim 1, characterized in that the hollow cylindrical Center piece of the driven side driver 13 as a receptacle for the individual parts the wrap spring clutch is used.