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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zentriereinheit zur Rückstellung
einer Bedieneinheit mit einer Abtriebswelle, welche mit der Bedieneinheit verbindbar
ist, und mit mindestens einer Feder zur Rückstellung der Abtriebswelle,
insbesondere einer Spiralfeder.
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Die
Bedieneinheiten moderner Fahrzeuge, Arbeitsmaschinen und/oder Flugzeuge
wie z. B. Sidesticks oder Pedale sind dabei üblicherweise nicht mehr direkt
mechanisch mit der zu bedienenden Einheit verbunden, sondern weisen
einen Sensor auf, durch welchen die Bewegung der Bedieneinheit in elektrische
Steuerimpulse umgewandelt wird. Auf solche Bedieneinheiten wirkt
keine Rückstellkraft
der zu bedienenden Einheit. Daher wird eine Zentriereinheit eingesetzt,
um eine Rückstellkraft
zu erzeugen, welche die Bedieneinheit in eine Nullpunktposition zurückstellt
und der Bedienperson zudem ein realistischeres Bediengefühl gibt.
Hierzu ist eine Feder vorgesehen, welche der Bewegung der Abtriebswelle und
damit der Bewegung der Bedieneinheit aus einer Nullposition heraus
entgegenwirkt.
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Bekannte
Zentriereinheiten sind dabei oftmals aufwendig gestaltet, benötigen viel
Bauraum und geben der Bedienposition kein optimales Bediengefühl. Zudem
ist der Einbau oftmals problematisch.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zentriereinheit zur
Rückstellung
einer Bedieneinheit zur Verfügung
zu stellen, welche kompakt und einfach aufgebaut und leicht montierbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe von einer Zentriereinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Die
erfindungsgemäße Zentriereinheit
zur Rückstellung
einer Bedieneinheit weist dabei eine Abtriebswelle auf, welche mit
der Bedieneinheit verbindbar ist, sowie mindestens eine Feder zur
Rückstellung
der Abtriebswelle. Bei der mindestens einen Feder handelt es sich
dabei vorteilhafterweise um eine Spiralfeder. Erfindungsgemäß ist ein
Getriebe vorgesehen, welches zwischen der Abtriebswelle und einer
Federwelle angeordnet ist, wobei das Rückstellmoment der mindestens
einen Feder über
die Federwelle und das Getriebe auf die Abtriebswelle übertragen
wird. Das erfindungsgemäße Getriebe übersetzt
die Drehbewegung der Abtriebswelle in eine Drehbewegung der Federwelle,
wodurch eine für
den Bauraum optimale Feder, insbesondere eine Spiralfeder, verwendet werden
kann. Hierdurch wird eine erheblich kompaktere Bauform der erfindungsgemäßen Zentriereinheit ermöglicht.
Vorteilhafterweise übersetzt
das Getriebe dabei eine Drehbewegung der Abtriebswelle in eine größere Drehbewegung
der Federwelle, so dass mit relativ geringen Federrückstellkräften hohe
Drehmomente an der Abtriebswelle erreicht werden. Die Übersetzung
betrat dabei vorteilhafterweise zwischen 1:2 und 1:20, weiterhin
vorteilhafterweise zwischen 1:5 und 1:15. Um den vorhandenen Bauraum optimal
auszunutzen, umgibt die Spiralfeder die Federwelle dabei vorteilhafterweise
spiralförmig.
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Vorteilhafterweise
verlaufen erfindungsgemäß die Drehachsen
der Abtriebswelle und der Federwelle parallel. Weiterhin vorteilhafterweise
verlaufen die Drehachsen der Abtriebswelle und der Federwelle koaxial.
Durch diese Anordnung von Ab triebswelle zur Federwelle ergibt sich
eine besonders kompakte Anordnung, bei welcher ein relativ einfach
aufgebautes Getriebe eingesetzt werden kann.
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Vorteilhafterweise
handelt es sich bei dem Getriebe zwischen Abtriebswelle und Federwelle
dabei um ein Planetengetriebe. Vorteilhafterweise steht die Federwelle
dabei mit dem Sonnenrad in Verbindung, die Abtriebswelle dagegen
mit dem Planetenträger.
Das Hohlrad ist dabei üblicherweise
am Gehäuse
der Zentriereinheit angeordnet. Die Verwendung eines Planetengetriebes
ermöglicht
dabei eine äußerst kompakte
Anordnung, durch welche die erfindungsgemäß benötigten Übersetzungen bereitgestellt
werden können.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind zwei oder mehr Federn vorgesehen, welche über Steuerkurven aktiviert
werden. Hierdurch können
spezielle Momentenverläufe
realisiert werden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei den zwei
oder mehr Federn um Spiralfedern, welche jeweils spiralförmig um
die Federwelle angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
wird das Rückstellmoment von
der oder den Federn dabei über
mindestens ein Mitnehmer auf die Federwelle übertragen. Vorteilhafterweise
handelt es sich bei dem oder den Mitnehmern um eine oder mehrere
Mitnehmerscheiben, welche vorteilhafterweise mit einem Bolzen am
Ende der Spiralfeder zusammenwirken.
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Die
erfindungsgemäße Zentriereinheit
weist dabei vorteilhafterweise ein Gehäuse auf, in welches alle Komponenten
integriert sind, so dass die Gesamteinheit ohne Probleme ein- und
ausgebaut werden kann. Weiterhin vorteilhafterweise ist in die Zentriereinheit
ein Dämpfer
integriert, welcher die Bewegung der Abtriebswelle dämpft.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Zentriereinheit einen elektromagnetischen
Dämpfer
auf, welcher der Drehung der Abtriebswelle einen geschwindigkeitsabhängigen Widerstand
entgegensetzt. Hierdurch ergibt sich ein besonders realistisches
Bediengefühl.
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Vorteilhafterweise
ist dieser elektromagnetische Dämpfer
dabei in das Gehäuse
der Zentriereinheit integriert. Hierdurch benötigt die Zentriereinheit nur
wenig Bauraum und ist einfach montierbar.
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Vorteilhafterweise
umfasst der elektromagnetische Dämpfer
dabei einen Rotor mit einer Drehachse, welche parallel und vorteilhafterweise
koaxial zur Drehachse der Federwelle und/oder der Abtriebswelle
verläuft.
Dies ermöglicht
wiederum eine besonders kompakte Bauform. Der Rotor rotiert dabei
vorteilhafterweise im Feld eines Magneten, wodurch sich die geschwindigkeitsabhängige Dämpfungswirkung
ergibt. Der Magnet kann dabei als Permanentmagnet oder als Elektromagnet
ausgeführt
werden. Bei Verwendung eines Elektromagneten können unterschiedliche Dämpfungscharakteristika
erzeugt werden, um die Einheit z. B. situationsbedingt weicher oder
steifer auszulegen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise umfasst der elektromagnetische Dämpfer einen
Rotor, welcher über
ein zweites Getriebe mit der Federwelle und/oder der Abtriebswelle
gekoppelt ist. Hierdurch ist es möglich, die Drehzahl für den Rotor
zu erhöhen,
was eine verbesserte Dämpfungswirkung
ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist der Rotor dabei über das zweite Getriebe mit
der Federwelle gekoppelt, so dass zwischen Abtriebswelle und dem
Rotor zwei Getriebe angeordnet sind, über welche die Drehbewegung
der Abtriebswelle in eine größere Drehbewegung
der Federwelle und eine noch größere Drehbewegung
des Rotors übersetzt
wird. Das Übersetzungsverhältnis des
zweiten Getriebes beträgt
dabei vorteilhafterweise zwischen 1:2 und 1:20, weiterhin vorteilhafterweise
zwischen 1:5 und 1:15.
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Vorteilhafterweise
handelt es sich bei dem zweiten Getriebe wiederum um ein Planetengetriebe, welches
eine besonders kompakte Bauform ermöglicht. Der Rotor steht dabei
vorteilhafterweise mit dem Sonnenrad des zweiten. Getriebes in Verbindung,
die Federwelle mit dem Planetenträger. Das Hohlrad ist wiederum
am Gehäuse
angeordnet.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Bedieneinheit, insbesondere
eine Bedieneinheit zur Bedienung eines Fahrzeugs, Arbeitsgerätes oder Flugzeugs,
mit einer Zentriereinheit, wie sie oben beschrieben wurde. Die vorliegende
Erfindung kommt dabei insbesondere bei einer Bedieneinheit zum Einsatz,
welche eine Bedienbewegung über
einen Sensor in elektrische Steuerimpulse umsetzt.
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Weiterhin
umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Zentriereinheit,
wie sie oben beschreiben wurde, in einer Bedieneinheit, insbesondere
einer Bedieneinheit zur Bedienung eines Fahrzeugs, Arbeitsgerätes oder
Flugzeugs.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen
näher dargestellt.
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Dabei
zeigt die einzige Figur eine Schnittansicht entlang der Längsachse
der Zentriereinheit.
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Die
Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Zentriereinheit
zur Rückstellung einer
Bedieneinheit. Die Zentriereinheit weist dabei eine Abtriebswelle 1 auf,
welche mit einer nicht gezeigten Bedieneinheit verbindbar ist. Die
Abtriebswelle ist dabei um eine Drehachse drehbar am Gehäuse 30 der
Zentriereinheit gelagert. Hierzu sind Kugellager 8 zwischen
der Abtriebswelle 1 und dem Gehäuse 30 vorgesehen.
Weiterhin sind Federn 2 vorgesehen, über welche die Abtriebswelle 1 in
eine Nullposition zurückstellbar
ist. Bei den beiden Federn 2 handelt es sich dabei um Spiralfedern,
welche spiralförmig
um eine Federwelle 4 angeordnet sind und diese bei einer
Auslenkung der Abtriebswelle aus der Nullposition mit einem Rückstellmoment
beaufschlagen. Die Federwelle 4 ist am Gehäuse 30 der
Zentriereinheit gelagert, wofür
Kugellager 13 und 14 vorgesehen sind. Die Drehachsen
der Federwelle 4 und der Abtriebswelle 1 verlaufen
dabei koaxial.
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Zwischen
der Federwelle 4 und der Abtriebswelle 1 ist erfindungsgemäß ein Getriebe 3 angeordnet, über welches
die Federwelle 4 das Rückstellmoment
von den Federn 2 auf die Abtriebswelle 1 überträgt. Das
Getriebe 3 zwischen der Federwel le 4 und der Abtriebswelle 1 ist
als Planetengetriebe ausgeführt,
wobei das Sonnenrad 7 an der Federwelle 9 angeordnet
ist. Die Abtriebswelle 1 bildet dagegen den Planetenträger, an
welchem die Planetenräder 6 angeordnet
sind. Das Hohlrad 5 ist dagegen am Gehäuse 30 der Zentriereinheit
angeordnet, im Ausführungsbeispiel
zwischen den beiden Kugellagern 8 für die Abtriebswelle 1.
Durch die Verwendung des Planetengetriebes ergibt sich eine äußerst kompakte Anordnung
der Zentriereinheit. Das Getriebe 3 weist dabei eine Übersetzung
von etwa 1.10 auf, über
welche eine Drehbewegung der Abtriebswelle 1 in eine entsprechend
größere Drehbewegung
der Federwelle 4 umgewandelt wird.
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Die
beiden Spiralfedern 2 zur Erzeugung der Rückstellkraft
sind jeweils spiralförmig
um die Federwelle 4 angeordnet. Die Spiralfedern weisen
dabei an ihrem inneren Ende einen Bolzen 9 auf, sowie an
ihrem äußeren Ende
einen nicht gezeigten weiteren Bolzen. Diese Bolzen bewegen sich
dabei in Steuerkurven 11 in Querwänden des Gehäuses. Über die Steuerkurven
können
die beiden Federn aktiviert oder deaktiviert werden, wodurch spezielle
Momentenverläufe
realisiert werden. Es sind jedoch auch Ausführungsbeispiele mit nur einer
Feder möglich. Um
das Rückstellmoment
von den Federn auf die Federwelle zu übertragen, sind Mitnehmerscheiben 12 vorgesehen,
welche an der Federwelle 4 angeordnet sind welche mit den
Bolzen an den Federn zusammenwirken. Die Mitnehmerscheiben 12 verlaufen
dabei quer zur Drehachse der Federwelle, wobei jeweils auf beiden
Seiten der Federn Mitnehmerscheiben an der Federwelle angeordnet
sind.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß ein elektromagnetischer
Dämpfer 20 vorgesehen,
welcher der Drehung der Abtriebswelle 1 einen geschwindigkeitsabhängigen Widerstand
entgegensetzt. Der elektromagnetische Dämpfer 20 ist dabei
in das Gehäuse 30 der
Zentriereinheit integriert. Der elektromagnetische Dämpfer 20 umfasst
einen Rotor 22, welcher in dem magnetischen Feld von Magneten 21 rotiert.
Bei den Magneten 21 kann es sich dabei wie im Ausführungsbeispiel
um Permanentmagneten, oder alternativ um eine bestromte Spule handeln.
Wird ein solcher Elektromagnet eingesetzt, können verschiedene Dämpfungscharakteristika
erzeugt werden, um die Einheit z. B. situationsbedingt weicher oder
steifer auszulegen. Vor teilhafterweise ist hierzu eine entsprechende
Steuerung für
den Elektromagneten in die Zentriereinheit integriert.
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Die
Drehachse des Rotors 22 des elektromagnetischen Dämpfers 20 verläuft dabei
koaxial zur Drehachse der Federwelle und der Abtriebswelle der Zentriereinheit.
Hierfür
ist der Rotor über
ein zweites Getriebe 15 mit der Federwelle 4 gekoppelt,
so dass eine Drehbewegung der Federwelle 4 nochmals in eine
größere Drehbewegung
des Rotors übersetzt wird.
Hierdurch wird die Effektivität
des elektromagnetischen Dämpfers
erhöht.
Die Übersetzung
des zweiten Getriebes beträgt
dabei ca. 1:7. Auch bei dem zweiten Getriebe 15 handelt
es sich um ein Planetengetriebe, wobei der Planetenträger mit
den Planetenrädern 16 an
der Federwelle 4 angeordnet ist, während das Sonnenrad 18 am
Rotor 22 angeordnet ist. Das Hohlrad 17 ist wiederum
mit dem Gehäuse 30 verbunden.
Der Rotor 22 ist dabei über
ein Kugellager 19 am Gehäuse gelagert.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
aus Abtriebswelle, Federwelle und des Rotors, welche jeweils über Getriebe
miteinander verbunden sind, ergibt sich ein besonders kompakter
Aufbau, welcher dennoch hohe Drehmomente und eine hervorragende
Dämpfungswirkung
ermöglicht.
Alle Komponenten sind dabei in das Gehäuse 30 integriert,
welches durch die koaxiale Anordnung der jeweiligen Drehachsen im
Wesentlichen tonnenförmig
ausgeführt werden
kann. Die Ausdehnung der Zentriereinheit in Längsrichtung, d. h. in Richtung
der Drehachsen, wird durch den Einsatz von Planentengetrieben klein gehalten.
Das Gehäuse
ist dabei im Ausführungsbeispiel
dreiteilig ausgeführt,
wobei die einzelnen Teile miteinander verschraubt sind. Die Gesamteinheit
ist dabei so aufgebaut, dass sie ohne Probleme auch durch eine elektromechanische
Einheit ausgetauscht werden kann. Hierdurch ist es möglich, passive
und aktive Einheiten ohne konstruktive Änderungen gegeneinander auszutauschen.
Die äußere Geometrie der
erfindungsgemäßen Zentriereinheit
entspricht demgemäß dem für die jeweiligen
Leistungsmerkmale notwendigen elektromechanischen Antrieb.
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Das
Planetengetriebe übersetzt
dabei den Verdrehwinkel des Abtriebs und reduziert die auftretenden
Federkräfte,
um eine für
den Bauraum optimale Spiralfeder verwenden zu können. Zwei oder mehrere Spiralfedern
werden dabei über
Steuerkurven aktiviert oder deaktiviert, wodurch spezielle Momentenverläufe realisiert
werden. Je nach Drehrichtung wird das Moment über den inneren oder äußeren Mitnehmer
erzeugt. Durch die Hebelverhältnisse bleibt
dabei das Moment am Abtrieb für
beide Richtungen gleich.