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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine direkt angetriebene Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung
ohne Totpunkte, insbesondere auf eine solche, die in der Lage ist,
von einer gewaltigen Kraft angetrieben zu werden und die auf ein
Hochgeschwindigkeits- und Hochbelastungs-Ansprechsystem anwendbar
ist, wobei eine konventionelle Tisch-PC-Schwingstange verbessert
wird, die nicht in der Lage ist, auszuhalten, durch eine sehr große Kraft
angetrieben zu werden und die leicht zerspringt und nicht ausreichend
mechanische Stärke
aufweist.
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Konventionelle PC-Tisch-Schwingstangeneinrichtungen
umfassen drei Kategorien: Eine friktions-spherische Form, eine Kreuzform
und eine Doppel-C-Form.
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Die friktions-spherisch-geformte
Schwingstangeneinrichtung ist mit einer Steuerstange versehen, die
am unteren Ende eine Friktionskugel aufweist und durch Friktion
gestartet wird und die leicht gleitet und in ihrem Ansprechverhalten
langsamer wird im Falle, daß eine
Friktionskraft nicht groß genug
ist.
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Die kreuzförmige Schwingstangeneinrichtung
ist entsprechend einer mechanischen Struktur konstruiert, daher
muß ihre
Struktur dicker gemacht werden und verstärkt werden, um zu verhindern,
daß die
Einrichtung im Falle des Antreibens einer großen Belastung springt, wodurch
sie mühsam
in der Handhabung ist, eine große
Reibungskraft aufweist und langsam im Ansprechen ist.
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Der Doppel-C-geformten Schwingstangeneinrichtung
fehlt es an kraftvollen mechanischen Gliedern, um die Einrichtung
zu tragen, so daß auf die
Einrichtung eine exzessiv große
mechanische Kraft nicht angewandt werden kann, was anderenfalls
zu einer exzentrischen Bedingung Anlaß geben würde, zu einem Durchgleiten
der Antriebsräder
bzw. des Getriebes und sogar zu einem Zerspringen des Geräts.
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In Anbetracht der Nachteile der vorstehend erwähnten konventionellen
Schwingstangeneinrichtungen ist die neu entworfene Schwingstangeneinrichtung
ohne Totpunkte gemäß der vorliegenden
Erfindung weitaus besser als die konventionelle, die Totpunkte aufweist
und die dazu tendiert, instabil zu werden und zu stocken und sogar
zerspringen kann.
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Das Ziel der Erfindung ist es, eine
direkt angetriebene Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung ohne Totpunkte
anzubieten, die in der Lage ist, von einer sehr großen Kraft
angetrieben zu werden und die auf ein Hochgeschwindigkeits- und
Hochbelastungs-Ansprechsystem anwendbar ist und die in der Lage
ist, die Fehler der konventionellen Schwingstangeneinrichtung zu
verbessern, die nicht in der Lage ist, es auszuhalten, von einer
enormen Kraft angetrieben zu werden und leicht zerspringt und nicht ausreichend
mechanische Stärke
aufweist, sondern vielmehr eine exzessiv große Reibungskraft.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung,
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2 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung,
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3 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung
in Richtung des Pfeiles F gemäß 2,
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4 eine
Querschnittsansicht in Richtung des Pfeiles R gemäß 2,
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5 eine
Querschnittsansicht gemäß 4,
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6A eine
Draufsicht der Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Schwingstange neigt, die in Richtung des Pfeiles
X bewegt ist,
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6B eine
Vorderansicht in Richtung des Pfeiles B gemäß 6A,
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6C eine
Querschnittsansicht in Richtung des Pfeiles C gemäß 6A,
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7 eine
vergrößerte Ansicht
gemäß 6A,
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8A eine
Draufsicht auf die Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung
zeigt, die in Richtung des Pfeiles Y bewegt ist,
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8B eine
Vorderansicht in Richtung des Pfeiles B gemäß 8A,
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8C eine
Querschnittsansicht in Richtung des Pfeiles C gemäß 8A,
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9 eine
vergrößerte Ansicht
gemäß 8A,
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10 eine
erste Querschnittsansicht der Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Steuerstange und den ersten und den zweiten L-förmigen Rahmen zeigt,
die sich in einem rechten Winkel befinden,
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11 eine
zweite Querschnittsansicht der Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Steuerstange und den ersten und den zweiten L-förmigen Rahmen zeigt,
die sich in einem rechten Winkel befinden,
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12 eine
erste Vorderansicht der Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die die Steuerstange und den ersten und den zweiten L-förmigen Rahmen
zeigt, die sich in einem rechten Winkel befinden, und
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13 eine
zweite Vorderansicht der Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die die Steuerstange und den ersten und den zweiten L-förmigen Rahmen
zeigt, die sich in einem rechten Winkel befinden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer direkt angetriebenen Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung ohne
Totpunkte gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, umfaßt als miteinander
kombinierte Hauptbestandteile eine Steuerstange 1, einen
ersten L-förmigen
Rahmen 2A, einen zweiten L-förmigen 2B, zwei Motorbefestigungsrahmen 3A und 3B,
zwei Motoren M1, M2 und einen Schutzrahmen 7.
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Die Steuerstange (oder Schwingstange) 1 ist unten
mit einer Koordinatenstangenbasis 10 versehen mit einem
kapselförmigen
Führungsloch 11,
welches quer durch die Mitte der Stangenbasis 10 hindurchgebohrt
ist, einem vertikalen zentralen Loch 12, welches unten
mittig eingebohrt ist und sich durch das Führungsloch 11 und
aus diesem heraus erstreckt, und mit einem Gewindeloch 120,
das in ihrem oberen Ende oberhalb des Führungslochs 11 ausgebildet
ist. Eine Positionierungsvertiefung 13 mit Innengewinden
ist in einer Seitenwandung der Stangenbasis 10 gebohrt,
und zwar bündig
mit dem Führungsloch 11,
jedoch rechtwinklig zum Führungsloch 11,
wenn von oben gesehen.
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Der erste und der zweite L-förmige Rahmen 2A, 2B ist
jeweils mit einer Seitenwandung 20A, 21B und einer
vertikalen Wandung 21A, 20B ausgebildet, die zueinander
jeweils senkrecht stehen. Die zwei L-förmigen Rahmen 2A, 2B sind
zusammen angeordnet, um eine quadratische Öffnung für die Stangenbasis 10 der
Steuerstange 1 zu definieren, die hierin angeordnet wird,
wie in 2 dargestellt.
Der erste L-förmige
Rahmen 2A ist auf der Seitenwandung 20A mit einer
Lochbasis 200A versehen, die dem Führungsloch 11 der
Führungsstange 10 entspricht
und in deren Inneren ein Lager 201A befestigt ist mit einer
Lagerbohrung 2010A, die mit dem Führungsloch 11 der
Stangenbasis 10 zusammenpaßt. Der zweite L-förmige Rahmen 2B ist
auf seiner vertikalen Wandung 20B mit einer Lochbasis 200B entsprechend
der Positionierungsvertiefung 13 der Stangenbasis 10 versehen
und im Inneren ist ein Lager 201B mit einer Lagerbohrung 2010B befestigt, welche
der Positionierungsvertiefung 13 der Stangenbasis 10 gegenüberliegt.
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Die zwei Motorbefestigungsrahmen 3A, 3B sind
entsprechend an den äußeren Seiten
der vertikalen Wandung 21A des ersten L-förmigen
Rahmens 2A und der Seitenwandung 21B des zweiten
L-förmigen Rahmens 2B angeordnet,
wie in 2 gezeigt, und
ihre Unterseiten sind auf einer Befestigungsplatte 6 angeordnet,
wie in den 2 bis 4 gezeigt ist. Die beiden
Motorbefestigungsrahmen 3A, 3B sind jeweils mit
einer Durchgangsbohrung 30A, 30B in der Mitte
der jeweiligen vertikalen Wandung versehen, die der vertikalen Wandung 21A des
ersten L-förmigen
Rahmens 2A bzw. der Seitenwandung 21B des zweiten
L-förmigen
Rahmens 2B gegenüberliegt.
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Die beiden Moren M1, M2 sind jeweils
an den Motorbefestigungsrahmen 3A, 3B eingebaut, wie
in 2 gezeigt, und ihre
Wellen M10, M20 erstrecken sich aus der jeweiligen Durchgangsbohrung 30A, 30B heraus
und gelangen in einen eingeschlossenen Winkel der beiden Motorbefestigungsrahmen 3A, 3B.
Die beiden Wellen M10, M20 der beiden Motoren M1, M2 sind jeweils
mit einem Vorsprung M11, M21 an der Seitenwandung eines Endes ver sehen, der
jeweils ein Innengewinde M110, M210 für Bolzen M111, M211 aufweist,
die hierin einschraubbar sind, wie in den 1 und 2 gezeigt.
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Weiterhin ist die vertikale Wandung 21A des ersten
L-förmigen
Rahmens 2A und die Seitenwandung 21B des zweiten
L-förmigen
Rahmens 2B jeweils mit einer Aufnahmebohrung 22A, 22B versehen,
um jeweils eine Welle M10 bzw. M20 des Motors M1 bzw. M2 aufzunehmen
und zu positionieren. Wenn daher der Motor M1 bzw. M2 gestartet
wird, um seine Welle M10 bzw. M20 um einen Winkel zu rotieren (die
Rotation der Welle M10 bzw. M20 kann nur innerhalb eines Verschiebewinkels
eingestellt werden), wird der L-förmige Rahmen 2A bzw. 2B synchron
angetrieben, um sich um einen Winkel zu verschieben. Weiterhin sind
die beiden Motoren M1, M2 jeweils mit einem Positionsdetektionscodierer
ausgerüstet,
der in der Lage ist, eine Koordinatennachricht zu detektieren und
diese zutreffend und schnell zu einer Steuereinrichtung zu übertragen
(beispielsweise zu einem Mikrocomputer-IC), um den Motor M1, M2 präzise zu
steuern, um die Welle M10 bzw. M20 zu betreiben und zu betätigen, um
diese um einen bestimmten Winkel zu rotieren (oder unbeweglich zu halten).
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Ein erstes Interaktionsglied 4,
vgl. 1, 2 und 5,
ist durch die Aufnahmebohrung 22B des zweiten L-förmigen Rahmens 2B und
das Führungsloch 11 der
Stangenbasis 10 eingeführt
und erstreckt sich aus der Lagerbohrung 2010A in der Seitenwandung 20A des
ersten L-förmigen
Rahmens 2A heraus. Das Ende des ersten Interaktionsglieds 4,
welches sich aus der Seitenwandung 20A des ersten L-förmigen Rahmens 2A herauserstreckt,
ist mit einer Gewindeoberfläche 40 ausgebildet,
damit eine Mutter 41 mit ihr in Eingriff kommen kann. Das
Führungsloch 11 der
Stangenbasis 10 ist kapselförmig, d.h. die obere und untere
Innenwandung des Führungslochs 11 sind
gerade Oberflächen
und die gegenüberliegenden
Enden sind bogenförmig,
wodurch innen ein innerer weiter Raum für das erste Interaktionsglied 4 gebildet
wird, so daß es
sich hierin ein wenig verschieben kann. Im ersten Interaktionsglied 4 ist
eine vertikale Durchgangsboh rung 42 an dem Abschnitt ausgebildet,
der im Führungsloch 11 der
Stangenbasis 10 angeordnet ist, um mit der vertikalen Bohrung 12 der
Stangenbasis 10 zusammenzupassen, so daß ein Bolzen 43 von
unterhalb der zentralen Bohrung 12 eingeführt werden
kann und durch das zentrale Loch 12 der Stangenbasis 10 und
auch durch die Durchgangsbohrung 42 des ersten Interaktionsglieds 4 hindurchgeht
und schließlich
mit dem Gewindeloch 120 in der Stangenbasis 10 verschraubt
ist, wie dies in den 2 und 5 gezeigt ist. Die Steuerstange 1 weist
somit eine untere Seite auf, die vom ersten L-förmigen Rahmen 2A getragen
ist, wobei der Mittelpunkt der Koordinatenstangenbasis 10 mittels
des Bolzens 43 unbeweglich gehalten wird.
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Das zweite Interaktionsglied 5,
vgl. 1, weist ein mit
einem Gewinde versehenes Ende 50 auf, welches mit einer
mit einem Gewinde versehenen Positionierungsbohrung 13 in
einer Seite der Koordinatenstangenbasis 10 der Steuerstange 1 in
Eingriff tritt, wie in 2 gezeigt,
und das andere Ende ist mit einer Welle 51 ausgebildet,
die in die Lagerbohrung 2010B in der vertikalen Wandung 20B des zweiten
L-förmigen
Rahmens 2B einpaßbar
ist, so daß die
Koordinatenstangenbasis 10 der Steuerstange 1 vom zweiten
L-förmigen
Rahmen 2B getragen wird.
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Der in den 2 und 3 gezeigte
Schutzrahmen 7 teilt den ersten und den zweiten L-förmigen Rahmen 2A, 2B und
die Stangenbasis 10 der Steuerstange 1 ab und
schirmt diese ab und weist eine runde positionsbegrenzende Öffnung an
ihrer Oberseite für
den oberen Abschnitt der Steuerstange 10 auf, der sich
nach oben hierdurcherstreckt und hinsichtlich der Verschiebewinkel
der Steuerstange 1 begrenzt ist.
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Nachdem die erfindungsgemäße Einrichtung zusammengebaut
ist, wie in den 2, 3 und 4 dargestellt, und wenn die Steuerstange 1 bewegt
wird, um eine Ablenkung zu erzeugen, wird der Positionsdetektionscodierer
der Motoren M1, M2 die Koordinatennachricht detektieren und zutreffend
und sofort zu einer Steuereinrichtung (beispielsweise einem Mikrocomputer-Steuer- IC) übermitteln,
die den Motor M1, M2 präzise
steuert, um die Welle M10, M20 zu betätigen und anzutreiben, um zusammen
mit dem ersten und dem zweiten L-förmigen Rahmen 2A,
2B um einen Winkel zu rotieren (oder unbeweglich zu bleiben), um
die Steuerstange 1 mit einer Hilfskraft zu versorgen, was
den Benutzer in die Lage versetzt, die Steuerstange 1 mit
weniger Kraft zu handhaben.
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Im folgenden wird die Art und Weise
des Steuerns und Betreibens der erfindungsgemäßen Steuerstangeneinrichtung
näher beschrieben.
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1. Wenn die Steuerstange 1 nicht
bewegt wird und ihre Mitte aufrechtsteht, wie in den 2, 3 und 4 gezeigt,
nehmen die beiden L-förmigen
Rahmen 2A, 2B eine Position in gleicher Höhe ein.
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2. Im Falle, daß die Steuerstange 1 so
gesteuert wird, daß sie
in eine Richtung (45° nach
vorne links) ausgelenkt wird, die in den 6A und 7 durch den
Pfeil X angedeutet ist, wird der Positionsdetektionscodierer des
Motors M1, M2 sofort die Koordinatennachricht detektieren und zutreffend
und schnell zur Steuereinrichtung übertragen. Synchron steuert die
Steuereinrichtung den Motor M1, um den ersten L-förmigen Rahmen 2A anzutreiben,
um sich um einen Winkel, wie er in 6C gezeigt
ist, zu bewegen, und sie steuert auch den Motor M2, um den zweiten L-förmigen Rahmen
2B um einen in 6B gezeigten
Winkel zu bewegen, wodurch ein Benutzer in die Lage versetzt wird,
die Steuerstange 1 mit geringerer Kraft mit der Unterstützung der
Leistung der Motoren M1 und M2 zu betreiben.
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Wenn im Gegensatz hierzu die Steuerstange 1 bewegt
wird, um in eine Richtung (45° nach
hinten rechts), die durch den Pfeil Y in den 8A und 9 angedeutet
ist, abgelenkt zu werden, so wird der Positionsdetektionscodierer
sofort die Verschiebungskoordinatennachricht detektieren und zutreffend
und schnell zur Steuereinrichtung übertragen, welche den Motor
M1 dahinge hend steuert, den ersten L-förmigen Rahmen 2A anzutreiben,
um um einen in 8C gezeigten
Winkel zu drehen, und welches weiterhin den Motor M2 steuert, um
den zweiten L-förmigen
Rahmen 28 anzutreiben, um um einen in 8B gezeigten Winkel zu drehen, wodurch
es einem Benutzer möglich
wird, die Steuerstange 1 aufgrund der Hilfe der Kraft der
zwei Motoren M1 und M2 mit weniger Kraft zu betätigen.
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3. Wenn die Steuerstange in die in
den 10 bis 13 gezeigte Richtungen abgelenkt
wird, wobei ein rechtwinkliger Schnittwinkel mit dem ersten und
dem zweiten L-förmigen
Rahmen 2A, 2B gebildet wird, so erzeugen ihre
unterschiedlichen Ablenkwinkel unterschiedliche Resultate, wie im
folgenden beschrieben wird.
- (1) Wenn die Steuerstange 1 in
Längsrichtung
hin zum Motor M2 bewegt wird, wie in 10 gezeigt, oder
weit weg vom Motor M2 bewegt wird, wie in 11 gezeigt, befinden sich die Steuerstange 1 und
der zweite L-förmige
Rahmen 2B in einem rechtwinkligen Schnittzustand. Unter
diesen Umständen
wird das zweite Interaktionsglied 5, welches die Stangenbasis 10 der
Steuerstange 11 mit dem zweiten L-förmigen Rahmen 2B verbindet,
axial nur an der ursprünglichen
Position rotieren, und der Motor M2, der keine Ablenkung erzeugt,
wird nicht arbeiten, zu diesem Zeitpunkt wird jedoch der Motor M1
seine Welle M10 zur Rotation antreiben und den L-förmigen Rahmen 2A so
steuern, daß er
schwingt, um die Steuerstange 1 mit einer Hilfskraft zu
versorgen.
- (2) Wenn die Steuerstange 1 seitlich zum Motor M1 bewegt
wird, wie in 12 gezeigt,
oder weit weg vom Motor M1 bewegt wird, wie in 13 gezeigt, so wird das erste Interaktionsglied 4,
welches die Stangenbasis 10 der Steuerstange 1 mit dem
ersten L-förmigen
Rahmen 2A verbindet, axial nur an der ursprünglichen
Position rotieren, und der Motor M1, der keine Ablenkung erzeugt,
wird nicht arbeiten, es wird jedoch der Motor M2 seine Welle M20
zur Rotation um einem Winkel antreiben und den zweiten L-förmigen Rahmen 2B antreiben,
um zu schwingen, um die Steuerstange 1 mit einer Hilfskraft
zu versorgen.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich
wird, weist die Erfindung die folgenden Vorteile auf:
- 1. Wenn die Steuerstange 1 um einen bestimmten Winkel bewegt
wird, so können
die beiden Motoren M1, M2 oder einer von beiden direkt zum Betrieb
angetrieben werden und die L-förmigen
Rahmen 2A, 2B zum Schwingen antreiben, wodurch der Benutzer
in die Lage versetzt wird, die Steuerstange mit weniger Kraft zu
handhaben, wodurch sich Antriebswirkungen mit hohem Drehmoment ergeben,
mit hoher Geschwindigkeit, einem empfindlichen Ansprechen und ohne
Totpunkte, wodurch die Nachteile der konventionellen Schwingstange
verbessert werden, die nicht in der Lage ist, auszuhalten, daß sie mit
einer sehr großen Kraft
angetrieben wird und die leicht zerbricht, eine unzureichende mechanische
Stärke
aufweist und eine exzessiv hohe Reibungskraft.
- 2. Die Steuerstange 1 gemäß der Erfindung kann frei bewegt
werden in jedweder Richtung innerhalb eines regulierten Hubs, ohne
Totpunkte, mit geringer Reibung, und kann mit hoher Geschwindigkeit
betätigt
werden, weist ein empfindliches Ansprechen auf und eine hohe Bandbreite.
- 3. Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist ökonomisch
hinsichtlich des Materialeinsatzes und kostengünstig, weist jedoch eine enorme
mechanische Stärke
auf und kann eine vergleichsweise große Belastung aushalten.
- 4. Allgemein gesprochen hält
eine orthogonale Schwingstangen-Einrichtung
ihre Mitte unbeweglich, so daß sie
Totpunkte erzeugen kann. Die erfindungsgemäße Schwingstangen-Einrichtung hat
ein kapselförmiges
Führungsloch,
welches in die untere Stangenbasis der Schwingstange gebohrt ist,
und einen Bolzen, der vorgesehen ist, das Zentrum der Schwingstange
stationär
zu halten, wodurch vermieden wird, Totpunkte zu erzeugen.
- 5. Die erfindungsgemäße Einrichtung
kann direkt von einer großen
Kraft angetrieben werden ohne die Verwendung geschwindigkeitsreduzierender Getriebe
bzw. Übersetzungen,
wodurch es möglich
wird, dem Erfordernis des Hochgeschwindigkeits-Ansprechens zu genügen. Des
weiteren werden in der Einrichtung Lager verwendet, um einem Schwerlast-Antrieb
des Motors standzuhalten, mit extrem hoher mechanischer Stärke, um der
strengen Nachfrage nach Hochbelastungs- und Hochgeschwindigkeits-Antrieb
zu genügen.
- 6. Die Steuerstange 1 der vorliegenden Erfindung kann
auch auf die Kamera eines festen Monitors angewandt werden, wie
auch auf die Steuerstange eines Rollstuhls und die Hilfskraft eines
Fahrzeuglenkrades (Servolenkung).
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Während
im Vorstehenden ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifikationsmöglichkeiten.
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Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen:
Eine
direkt angetriebene Antriebs-Schwingstangen-Einrichtung ohne Totpunkte
umfaßt
eine Steuerstange, die mit einer Koordinatenstangenbasis versehen
ist, wobei zwei L-förmige
Rahmen jeweils mit einer Lochbasis versehen sind mit einem hierin
fixierten Lager, wobei zwei Motoren jeweils mit einem Positionsdetektionscodierer
versehen sind, um eine Koordinaten-Nachricht aufzunehmen und zu einer Steuereinrichtung
zu übertragen,
die in der Lage ist, die Rotationswinkel der Motorenwellen, die
entsprechend mit den beiden L-förmigen
Rahmen verbunden sind, zu steuern, wobei ein erstes Interaktionsglied über ein
Führungsloch
der Koordinatenstangenbasis eingeführt ist und mit dem ersten
L-förmigen
Rahmen verbunden ist, und wobei ein Ende eines zweiten Interaktionsgliedes
in eine Positionierungsbohrung der Koordinatenstangenbasis eingeführt ist und
das andere Ende mit dem zweiten L-förmigen Rahmen verbunden ist.
Dann kann die Steuerstange von den Motoren zum Antreiben eines Hochgeschwindigkeits-Systems
mit einem sensiblen Ansprechverhalten abgelenkt werden.