DE10330993A1 - Antrieb für eine Simulatins- und Trainigskugel - Google Patents

Abstract

Reibrollenantriebe für eine mittels schwenkbarer Reibrollen elektromotorisch angetriebene, raumfest gelagerte Hohlkugel, die für ein oder mehrere Benutzer zugänglich ist und deren Antriebe von einer gemeinsamen Steuerung kontrolliert werden, bestehend aus zwei Antriebsrollen, die durch ein verschwenkbares Gestell miteinander verbunden sind und dessen Schwenkachse in die Richtung des Kugelzentrums weist, aufweisend zwei Reibrollen, die jede einen eigenen, unabhängig gesteuerten Antrieb besitzt, sodass ein separater Schwenkmotor entfallen kann. Weiterhin ist die gesamte Antriebseinheit zur Simulation von Stößen auf einem Führungselement befestigt, das eine kurzhubige lineare Translation der Antriebseinheit in Richtung des Kugelzentrums ermöglicht, wobei die Bewegung durch einen elektrischen oder hydraulischen Linearantrieb erzeugt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft mittels schwenkbarer Reibrollen elektromotorisch angetriebene raumfest gelagerte Hohlkugeln, die für ein oder mehrere Benutzer zugänglich sind und deren Antriebe von einer elektronischen Steuerung Kontrolliert werden.
• Solche Kugeln sind in der Lage um jede beliebige ihren Zentrumspunkt schneidende Achse um 360° zu rotieren. Sie werden im folgenden als Simulations- und Trainingskugeln bezeichnet. Sie finden vor allem Anwendung als Flugsimulatoren und Vergnügungsgeräte, wobei ein Benutzer in der Regel in einer Art Kanzel im Inneren der Kugel sitzt und mittels Steuerädern, Joysticks und ähnlichem die Bewegungen der Kugel kontrolliert. (z.B. US 2,344,454 u.a.). Neuere Veröffentlichungen beschreiben Simulations- und Trainingskugeln, mit denen ein Benutzer in die Lage versetzt wird sich mit Hilfe moderner computergesteuerter Anzeigegeräte durch virtuelle Räume zu bewegen. (z.B. EP 0839 559 A1 ; US 5,980,256 u.a.).
• Die Antriebseinheiten bilden bei Simulations- und Trainingskugeln häufig gleichzeitig deren Lagerung. Dabei liegt die Kugel zweckmäßigerweise auf mindestens drei verschwenkbaren Rollen oder Rollenpaaren auf, die in gleichmäßiger Verteilung unterhalb des Kugeläquators angeordnet sind. Mindestens eine dieser Rollen bzw. Rollenpaare ist dabei angetrieben und damit in der Lage die Kugel in Rotation zu versetzen. Um für alle denkbaren Rotationsachsen eine gleichmäßig hohe Antriebsleistung auf die Kugelhülle übertragen zu können ist es sinnvoll alle drei Rollen bzw. Rollenpaare anzutreiben.
• Mit dem konkreten Aufbau der Antriebseinheiten beschäftigen sich die Veröffentlichungen nur am Rande. Während anfänglich nur Einzelrollen verwendet wurden, die um ihr Auflagezentrum herum verschwenkt wurden (z.B. US 2,344,454 ; US 4,489,932 ; NL 9000722 ) kam später der Doppelrollenantrieb hinzu. Die Rollen liegen bei bisherigen Ausführungsformen des Doppelrollenantriebs auf einer gemeinsamen Achse, die im rechten Winkel zur Schwenkachse angeordnet war und diese schnitt (z.B. DE 3730670 ; US 5,980,256 ). Die Auflagezentren der hierbei verwendeten zwei Friktionsrollen liegen in gleichem Abstand rechts und links der Schwenkachse. Der Doppelrollenantrieb hat mehrere Vorteile. Sind die Rollen nicht drehfest, sondern beispielsweise über ein Differential miteinander verbunden, kann ein solcher Antrieb insbesondere bei unbewegter Kugel leichter verschwenkt werden. Gleichzeitig wird die Auflagelast auf zwei Auflagepunkte verteilt, was es ermöglicht eine weniger druckfeste und damit leichtere Kugelhülle herzustellen.
• Bei dem aus dem US-Patent US 5,980,256 bekannten Doppelrollenantrieb erfolgt der Antrieb beider Rollen durch einen gemeinsamen Motor, der sein Drehmoment mittels eines Differentialgetriebes auf die beiden Rollen verteilt. Befindet sich darüber hinaus wie dort dargestellt, die Motorwelle im rechten Winkel zu den Rollenachsen erfordert dies noch ein zwischengeschaltetes Kegelradgetriebe.
• Die Zahnradpaarungen erzeugen jedoch bei dieser Anordnung unerwünschte Geräusche, außerdem ist ein Umkehrspiel unumgänglich, dass die Positionsgenauigkeit des Antriebs verringert. Ist die Friktion der Rollen während des Betriebes ungleichmäßig, muss sich die Antriebsleistung an der Rolle mit der geringeren Friktion orientieren, da sonst ein Durchrutschen derselben zu erwarten ist, was wiederum zu einer Beschädigung der Kugeloberfläche führen kann. Friktionsunterschiede entstehen zum Beispiel durch ungleiche Auflagelast auf die Rollen oder durch Flüssigkeitsfilme auf der Kugeloberfläche.
• Aus dem Aufbau der Kugelhülle, die ja die Lauffläche für die Reibrollen darstellt, ergeben sich weitere Anforderungen an den Antrieb. Vorangegangene Veröffentlichungen beschreiben Kugelhüllen die im Interesse der Belüftung des Kugelinneren eine gelochte und damit nicht mehr gänzlich glatte Oberfläche besitzen. Zudem wird die sinnvolle Forderung nach einer transparenten Kugelhülle gestellt, die den Vorteil einer Sichtverbindung zwischen Benutzer und Umgebung besitzt. Als Material für eine transparente Kugelhülle kommen in erster Linie Kunststoffe in Betracht, da Glas zu schwer und zu brüchig ist.
• Aus dem Aufbau der Kugelhülle ergibt sich also zum einen die Forderung nach einer Rollenauflagefläche, die groß genug ist, Öffnungen und Spalte in der Kugeloberfläche zu überrollen, ohne daß dies als Vibration oder Geräusch für den Insassen wahrnehmbar wird. Eine große Rollenauflagefläche ist des weiteren notwendig um die Punktlast auf eine empfindliche transparente Kunststoffoberfläche zu reduzieren.
• Bei näherer Betrachtung wird deutlich, dass die Forderungen nach geringem Abrieb und einer großen Rollenauflagefläche (also einer breiten Rolle) einen Widerspruch bergen. Wird ein Rollenpaar verschwenkt bewegt sich der innen liegende Teil der Rollflächen auf einem kleineren Radius als der außen liegende. Da aber der innere und äußere Teil nicht mit unterschiedlichen Drehzahlen auf der Kugeloberfläche abrollen können, entsteht Schlupf und damit Abrieb. Die Abriebneigung ist dabei um so größer, desto breiter die Rollfläche und desto geringer der Rollenabstand und damit der mittlere Rollradius beim Verschwenken ist.
• Da aber eine breite Rollfläche unumgänglich erscheint, können die resultierenden Belastungen auf die Kugeloberfläche durch einen großen Rollenabstand kompensiert werden. Ein großer Rollenabstand bietet darüber hinaus den Vorteil, die Auflagelast auf zwei weiter voneinander entfernt liegende Punkte auf der Kugeloberfläche zu verteilen, was eine leichtere Kugelkonstruktion bei gleicher Formstabilität ermöglicht. Weit auseinanderliegende Rollen haben jedoch den Nachteil eines höheren Trägheitsmomentes das der Schwenkdynamik entgegensteht. Außerdem vergrößert sich die Gefahr, dass aufgrund von Form- oder Lageungenauigkeiten der Kugel die Auflagelast nicht gleichmäßig auf beide Rollen verteilt ist.
• Drehen beide Rollen überdies um die selbe Achse, wie dies bei bekannten Lösungen der Fall ist, konzentriert sich bei zylindrischen Rollen aufgrund der Krümmung der Kugeloberfläche die Auflagelast auf die Innenkanten der Rollen. Um dies zu vermeiden wurden konische Rollflächen verwendet ( DE 3730670 ). Umso größer der Rollenabstand in Relation zum Kugeldurchmesser ist umso größer ist auch die erforderliche Konizität. Eine Konizität der Rollfläche bedeutet aber auch einen unterschiedlichen Abrolldurchmesser zwischen Innen- und Aussenkante der Rolle. Bleibt die Rotationsachse der Kugel konstant entsteht notwendigerweise an der Innen- und Aussenkante der Rolle Schlupf, der die Rolle und die Kugeloberfläche gleichermaßen belastet und überdies den Wirkungsgrad verringert. Andererseits begünstigt eine Konizität der Rollflächen das Verschwenken auf der Stelle. Dies kommt aber im Vergleich zu allen anderen Betriebszuständen relativ selten vor.
• Dient die Kugel zu Bewegungssimulationen innerhalb virtueller Umgebungen wird von einem Antrieb erwartet, dass er einerseits geräuscharm arbeitet, und andererseits dass er die Bewegungen, die die Simulation erfordert so realitätsnah wie möglich erzeugt. Um plötzliche Änderungen der Rotationsrichtung zu ermöglichen, werden insbesondere hohe Ansprüche an die Verschwenkgeschwindigkeit der Antriebe gestellt. Außerdem sollte ein solcher Antrieb im Interesse der Dynamik einer solchen Kugel hohe Kräfte übertragen können.
• Um eine noch größere Realitätsnähe zu gewährleisten wurden in früheren Veröffentlichungen (z.B. US 5,980,256 ; FR 2747819 DE 19637884 ) Systeme dargestellt mit denen die Kugel (zusammen mit den Kugelantrieben) entlang einer oder mehrerer Raumachsen beschleunigt werden kann. Allen dargestellten Systemen ist gemeinsam, dass die dafür notwendigen Einrichtungen einen erheblichen Raumbedarf haben und einen großen technologischen Zusatzaufwand erfordern.
• Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe bestand also darin ein Konzept für einen hochdynamischen, leisen und energieeffizienten Friktionsantrieb mit geringer Abriebneigung zu entwickeln, der eine leichte Kugelkonstruktion ermöglicht und die Kugeloberfläche in allen Betriebssituationen geringstmöglich belastet. Er soll darüber hinaus verschleißarm und wartungsfreundlich sein.
• Außerdem sollen mit einfachen und platzsparenden Mitteln translatorische Bewegungen der Kugel entlang einer beliebigen Raumachse ermöglicht werden.
• Beschreibung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird mit einem Doppelrollenantrieb gelöst, der vorteilhafterweise die folgenden vier erfindungsgemäßen Hauptmerkmale aufweist. Diese können jedoch auch unabhängig voneinander realisiert werden.
• 1. Direktangetriebene Rollen
• 2. V-förmige Anordnung der Rollenachsen
• 3. Rollenpaar in Wippe
• 4. in Schwenkachsenrichtung linear verfahrbare Antriebseinheit
• Zu 1.:
• Dem ersten Hauptmerkmal der Erfindung entsprechend erhält jede Rolle einen eigenen unabhängig gesteuerten Motor, der vorteilhafterweise als Direktantrieb ausgeführt ist. Diese Anordnung hat vielfältige Vorteile. Zum einen kann der Schwenkmotor entfallen, die Schwenkbewegung wird durch Drehzahlunterschiede der Rollen eingeleitet. Dazu ist eine ununterbrochene Überprüfung der Schwenkrichtung mittels eines in die Schwenkachse eingebauten Drehwertgebers erforderlich. Weicht die Ist-Richtung der Schwenkachse von der Soll-Richtung ab, werden die Drehzahl und gegebenenfalls die Drehrichtung der Rollen von der Steuerung so verändert, dass die Antriebseinheit wieder auf die Soll-Richtung einschwenkt. Dies bietet den Vorteil, dass die volle Antriebsleistung der Schwenkbewegung und dem Kugelvortrieb gleichermaßen zur Verfügung steht. Eine vergleichbare Antriebseinheit, die dem in US 5,980,256 beschriebenen Aufbau (s.o.) folgt, benötigte bei gleicher Dynamik nahezu die doppelte installierte Gesamtantriebsleistung.
• Da der Direktantrieb ohne Getriebe oder Kupplungen auskommt ist er wartungsärmer und arbeitet – auch aufgrund der geringeren erforderlichen Motordrehzahl geräuschärmer.
• Das Zusammenspiel von Motoren und Steuerung kann bei einer solchen Lösung so gestaltet werden, dass das unerwünschte Durchdrehen einer Rolle innerhalb von Sekundenbruchteilen erkannt und unterbunden wird.
• Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein solcher Antrieb mit einem Eigendiagnosesystem verbunden, dass aus den aufgetretenen Korrekturbewegungen Rückschlüsse auf den Zustand der Rollen und der Kugeloberfläche ziehen kann.
• Der ist auch für die vorbeschriebene V-förmige Anordnung der Rollenachsen besonders vorteilhaft. Würden wie bei der aus US 5,980,256 bekannten Antrieblösung die Rollen das Antriebsdrehmoment von einem gemeinsamen Differentialgetriebe beziehen, würde die V-förmige Anordnung der Rollenachsen Getriebe oder Kupplungen notwendig machen die den Winkelversatz der Achsen überwindet.
• Solche Kupplungen bzw. Getriebe verringern je nach Bauart die Positionsgenauigkeit des Antriebs, erzeugen unerwünschte Geräusche und/oder verringern den Wirkungsgrad.
• Der Direktantrieb der Rollen kann für dem Oberbegriff entsprechende Doppekollenantriebe auch unabhängig von anderen Merkmalen der Erfindung eingesetzt werden.
• Zu 2.:
• Geht man davon aus dass alle denkbaren Rotationsachsen der Kugel im Betrieb gleichhäufig auftreten, ist eine nahezu zylindrische Lauffläche der Rollen diejenige Form, die im Mittel die geringste Schlupfneigung besitzt. Diese Laufflächenform wird dem zweiten Hauptmerkmal der Erfindung entsprechend dadurch ermöglicht, dass die beiden Rollenachsen ein leicht geöffnetes V bilden, dessen Öffnung der Kugeloberfläche zugewandt ist und die zusammen mit der Schwenkachse einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen.
• Die Laufflächen der Rollen sind dabei entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform nicht ganz zylindrisch, sondern passen sich der Krümmung der Kugel an, sind also in der Mitte leicht eingeschnürt. Die V-förmige Anordnung der Rollenachsen kann für dem Oberbegriff entsprechende Doppelrollenantriebe auch unabhängig von anderen Merkmalen der Erfindung gewinnbringend eingesetzt werden.
• Zu 3.:
• Dem dritten Hauptmerkmal der Erfindung entsprechend sind die Rollen auf einer Wippe gelagert, deren Pendelachse die Schwenkachse schneidet. Die Pendelachse steht dabei lotrecht auf der Ebene in der die Schwenkachse und die beiden Rollenachsen angeordnet sind. Die Wippe ist in einem gabelförmigen Bauelement gelagert, das auf der Schwenkeinrichtung befestigt ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die Auflagelast immer gleichmäßig auf beide Rollen verteilt wird und somit in allen Betriebssituationen eine optimale Traktion erzielt wird. Durch die Wippe sinken gleichzeitig die Anforderungen an die Formtreue der Kugel und an die Lagegenauigkeit der Antriebseinheit in Bezug auf die Kugelposition.
• Die Wippenlagerung der Rollen kann für dem Oberbegriff entsprechende Doppelrollenantriebe auch unabhängig von anderen Merkmalen der Erfindung Verwendung finden.
• Zu 4.:
• Zur Simulation von Stößen und Vibrationen ist dem vierten Hauptmerkmal der Erfindung entsprechend die gesamte Antriebseinheit auf einem Führungselement befestigt, das eine kurzhubige lineare Verschiebung der Antriebseinheit in Richtung des Kugelzentrums ermöglicht. Die Bewegung wird durch einen elektrischen oder hydraulischen Linearantrieb eingeleitet und überträgt sich auf die Kugel.
• Liegt die Kugel auf mindestens drei so ausgestatteten Antriebseinheiten auf, läßt sich durch das gesteuerte Zusammenwirken der drei Linearantriebe die Kugel entlang einer beliebigen Raumachse beschleunigen insbesondere auch parallel zur Auflagefläche. Aufgrund seiner prinzipbedingten Kurzhubigkeit eignet sich ein solcher Antrieb vor allem dazu kurze Impulse oder Vibrationen auf die Kugelhülle zu übertragen.
• Der dazu erforderliche konstruktive Aufwand ist im Vergleich zu den bisher bekannten Lösungen, die allerdings auch vergleichsweise große Translationen der Kugel zulassen sehr gering. Die vorbeschriebene Wippe ist dabei von großem Vorteil, da sie den Kontakt beider Rollen zur Kugeloberfläche über den gesamten linearen Verfahrweg hinweg unabhängig von der Schwenklage sicherzustellen vermag.
• Beim Aus- und Einfahren der Antriebseinheit resultiert eine Relativbewegung zwischen Antriebseinheit und Kugeloberfläche, die zu einer Verschiebung der Rollen auf der Kugeloberfläche quer zur Rollrichtung führen kann und ohne geeignete konstruktive Maßnahmen zu einer hohen Belastung auf die Rollen und auf die Kugeloberfläche führt. Um diesem Effekt entgegenzuwirken kann bei Verfahrwegen von wenigen Zentimetern eine voluminöse, in seitlicher Richtung verformbare, vorzugsweise luftgefüllte Bereifung ausreichend sein. Sind die Verfahrwege länger oder ist eine entsprechende Bereifung bzw. deren Verformung nicht gewünscht, wird zwischen dem gabelförmigen Bauelement und der Wippe entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine Ausgleichsschwinge gesetzt, die ein seitliches Ausweichen der Wippe quer zur Rollrichtung zulässt. Diese ist so konstruiert, dass sie sich z.B. durch einen Federmechanismus nach einer Auslenkung selbsttätig in die Ruhestellung zurückbewegt. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausgleichsschwinge so eingesetzt, dass die Auflagelast der Kugel die Rückbewegung in die Ruhestellung unterstützt. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die Ausgleichsschwinge nicht passiv, sondern wird durch einen Elektromotor angetrieben. Die Bewegungen der Ausgleichsschwinge werden dabei durch die Steuerung auf die Bewegungen des bzw. der Linearantriebe abgestimmt.
• Die in Schwenkachsenrichtung linear verfahrbare Antriebseinheit kann für dem Oberbegriff entsprechende Doppelrollenantriebe auch unabhängig von anderen Merkmalen der Erfindung Verwendung finden.
• Weitere Merkmale der Erfindung
• Wird eine transparente oder teilweise transparente Kugelhülle gefordert, stellen Staubablagerungen auf der Oberfläche ein ernstzunehmendes Problem dar, da der Staub der zwischen Rolle und Kugeloberfläche gerät die letztere mit der Zeit zerkratzt, wodurch die Durchsichtigkeit beeinträchtigt wird. Größere Staubablagerungen, die sich beispielsweise aufgrund eines längeren Stillstandes der Kugel auf der Oberfläche bilden, können auch zu einer erheblichen Reduzierung der Traktion führen. Durch die Tendenz von Kunststoff und insbesondere von PMMA-Oberflächen sich elektrostatisch aufzuladen wird die Staubablagerung zusätzlich begünstigt.
• Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befinden sich im Bereich der Rollen in Rollrichtung vor und hinter der Berührungsfläche zwischen Rolle und Kugeloberfläche Absaugeinrichtungen die den Staub von der Kugeloberfläche absaugen. Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform befinden sich in diesem Bereich elektrisch geerdete Bürsten mit feinen, elektrisch leitfähigen Borsten, die eine zusätzliche Reinigung der Kugeloberfläche bewirken und außerdem elektrostatische Ladungen der Kugeloberfläche ableiten. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Reibbelag der Rollen nicht selbst elektrisch leitend ausgeführt werden kann. Um Staubablagerungen auf den Rollen im Stillstand zu reduzieren, können die Rollen mit einem Radkasten umgeben werden, der nur eine kleine Öffnung im Bereich der Auflagefläche aufweist.
• Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine der beiden Rollen sowie die Schwenkachse mit einer mechanischen Bremse versehen. Diese Bremsen dienen dazu die Kugel im Falle einer Betriebsstörung unabhängig von den Antriebsmotoren kontrolliert abzubremsen. Die Bremsen sind dabei in Fail-Safe-Bauweise ausgeführt, d.h. sie werden elektrisch oder hydraulisch gelüftet und fallen federbetätigt ein sobald das System stromlos ist. Dies bewirkt, dass die Kugel bei einem Stromausfall oder nach Abschalten der Versorgungsspannung festgesetzt wird.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird durch einen Kraftsensor die Auflagelast der Kugel auf das Rollenpaar kontrolliert. Bei Unterschreitung eines Grenzwertes wird die Steuerung veranlasst die Schwenkachse festzusetzen. Dies verhindert das unkontrollierte Verschwenken des Rollenpaares bei einem kurzzeitigen Abheben der Kugel, wie dies z.B. unter dem Einfluss einer zu hohen Unwucht geschehen kann.
• Zeichnungen
• 1 zeigt eine dem Oberbegriff in Anspruch 1 entsprechende Simulations- und Trainingskugel gelagert auf drei dem Oberbegriff des Anspruches 1 entsprechenden Antriebseinheiten (1).
• 2 zeigt eine Schematische Darstellung einer Antriebseinheit, die die Hauptmerkmale 1, 2 und 3 beinhaltet. Der Öffnungswinkel α ist dabei in erster Linie abhängig vom Rollenabstand X. Die Direktantriebe (7) treiben die auf der Kugelhülle (2) aufstehenden Reibrollen (3) an, die um die Rollenachsen (4) rotieren können (Freiheitsgrad A). Die Direktantriebe sind auf der Wippe (9) befestigt, die auf der Pendelachse (5) gelagert ist und den Freiheitsgrad W besitzt. Die Gabel (10) trägt das Pendellager und ist auf dem Schwenklager (8) befestigt. Dieses erlaubt eine freie Rotation um die Schwenkachse (6) (Freiheitsgrad S).
• 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung entsprechend den Hauptmerkmalen 1–4. Neben den Bauelementen die schematisch in 2 gezeigt wurden ist hier das Säulenhaus zu sehen, in dem die verschiebliche Hauptsäule geführt ist. Diese wird in der dargestellten Ausführungsform durch einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (19) angetrieben, der von einer zentralen (nicht dargestellten) Hydraulikeinheit über die Hydraulikleitungen (20) mit Druck beaufschlagt wird. Weiterhin sind Hydraulikleitungen (15, 17) für die Schwenkachsenbremse und für die Rollenbremsen (16) erkennbar, die die Sicherheitsbremsen mit Druck beaufschlagen und sie dadurch anlüften solange das System mit elektrischer Spannung versorgt wird. Die Spannungsversorgung und die Signalleitungen werden der Antriebseinheit über das Versorgungskabel (18) zugeführt. Außerdem ist der an die Antriebseinheit angeflanschte Schaltkasten (12) dargestellt, der die Motorsteuerung und andere elektronische Bauelemente beherbergt. Das Gewicht des Schaltkasten muß durch ein Gegengewicht (13) ausgeglichen werden, um die Unwucht der Antriebseinheit zu minimieren. Dem (nicht dargestellten) Kugelgehäuse (2) zugewandt befindet sich auf der Wippe (10) eine herausschraubbare Kugelstütze mit der die Kugel für Wartungsarbeiten an der Bereifung und an den Antrieben angehoben werden kann.
• 4 zeigt aufgeschnitten den unteren Teil der in 3 dargestellten Ausführungsform. Wiederum zu sehen ist der doppeltwirkende Hydraulikzylinder (19) der über seinen Kolben (21) die Hauptsäule (22) antreibt. Diese ist durch einen Nutenstein (23) gegen Verdrehen gesichert. Auf der Hauptsäule ist das Kreuzrollenlager (24) befestigt, dass die Verschwenkbarkeit der Antriebseinheit gewährleistet. Ebenfalls fest mit der Hauptsäule verbunden ist die Maßverkörperung (26) des Drehwertgebers für die Schwenkachse. Der Abnehmer (27) ist auf dem verschwenkbaren Teil der Antriebseinheit befestigt. Ebenfalls zusehen ist die in Fail-Safe-Bauweise als Scheibenbremse ausgeführte Sicherheitsbremse der Schwenkachse.
• 5 zeigt aufgeschnitten den oberen Teil der in 3 dargestellten Ausführungsform. Achsgleich mit der Rollenachse (4) ist die Antriebswelle (35) angeordnet, die von zwei Kegelrollenlager (36) getragen wird. Auf der Außenseite ist auf die Antriebswelle (35) die Rollenfelge (38) aufgeflanscht, die die voluminöse Luftbereifung (39) trägt. Der Rotor des Direktantriebes (7) ist direkt mit der Rollenfelge (38) verbunden. Auf der Innenseite der Motorwelle befindet sich die Scheibenbremse (16) und der für die Motorsteuerung erforderliche Drehwertgeber (37). Die federbetätigte, hydraulisch gelüftete Scheibenbremse wird über die elastische Hydraulikleitung (34) mit Druck beaufschlagt. Diese wiederum wird von der hydraulischen Drehdurchführung (33) im Säulenzentrum mit Drucköl versorgt. 5 zeigt außerdem erneut die herausschraubbare Kugelstütze. Weiterhin dargestellt sind die Lagerung des Wippenkörpers um die Pendelachse (5) in der Lagerbuchse (32) und die Drehdurchführungen für die elektrische Leistungsübertragung und die Signalleitungen. Die unteren vier Schleifringe (28) sind dabei der Signalübertra gung, die oberen drei Schleifringe der Leistungsübertragung vorbehalten. Die elektrischen Spannungen werden im Stromabnehmergehäuse (30) von den Schleifringen abgenommen und mit Hilfe des Kabelbaums (31) dem Schaltkasten (12) zugeführt.
• 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit, die die Hauptmerkmale 1-4 beinhaltet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der 3-5 ist hierbei zum Ausgleich der Seitenbewegung eine Ausgleichsschwinge (40) eingesetzt. Die Ausgleichschwinge ist um die Schwingenachse (41) drehbar gelagert. Die Lagerstelle befindet sich oberhalb der Pendelachsein in der Gabel (9). Das Pendellager für die Wippe (10) befindet sich bei dieser Anordnung zwischen dem Wippenkörper und der Ausgleichsschwinge (40). Die Ausgleichsschwinge (40) weist an ihrer Unterseite eine Leitkurve auf, auf der eine federbelastete Leitrolle aufliegt. Die Form der Leitkurve ist so gestaltet, dass die Federlast die Ausgleichsschwinge nach einer Auslenkung in ihre Ruhestellung zurückbewegt und sie in dieser Stellung zu halten vermag.
• 7 zeigt das selbe Schema wie 6, jedoch mit seitlich verschobener Wippe und ausgelenkter Schwinge.
• 8 zeigt ein Detail einer Ausführungsform der Erfindung, die mit Staubschutzmaßnahmen versehen ist. Die auf der Kugelhülle (2) abwälzende Reibrolle (3) ist hierzu von einem Radkasten (45) umgeben. In Rollrichtung sind vor und hinter der Rolle Saugdüsen (47) angebracht, die die Oberfläche der Kugel von Staubablagerungen befreien, bevor sie in Kontakt mit der Rolle kommt. Um einen für die Saugwirkung idealen Abstand zur Kugelhülle zu gewähleisten ist die Saugdüse in einer Schwinge gelagert, die sich über eine Distanzrolle auf der Kugeloberfläche abstützt. Die Schwinge wird dabei mit leichtem Druck von einer Andruckfeder gegen die Kugelhülle gedrückt.
• Zusätzlich sind elektrisch leitfähige Bürsten (46) vor die Reibrolle (3) gesetzt, die eine zusätzliche Reinigung der Kugeloberfläche bewirken und elektrostatische Ladungen abführen.
• Zeichnungsliste
• 1 Simulations- und Trainingskugel
• 2 Funktionsschema
• 3 3D-Darstellung Antrieb Komplett
• 4 3D-Darstellung Antrieb Schnitt Schwenkachse
• 5 3D-Darstellung Antrieb Schnitt Motorachse
• 6 Funktionsschema mit Ausgleichsschwinge in Ruhestellung
• 7 Funktionsschema mit ausgelenkter Ausgleichsschwinge
• 8 Staubschutzmaßnahmen
• Bezugszeichenliste

  
• 

Claims (15)

1. Reibrollenantrieb für eine Simulations- und Trainingskugel bestehend aus zwei Antriebsrollen die durch ein verschwenkbares Gestell miteinander verbunden sind und dessen Schwenkachse in die Richtung des Kugelzentrums weist, sowie einer elektronischen Antriebssteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Antriebsrollen einen eigenen, unabhängig gesteuerten Antrieb besitzt, sodass ein separater Schwenkmotor entfallen kann.
2. Reibrollenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebe als elektromotorische Direktantriebe ausgeführt sind, somit sich jeweils eine Rollenachse und eine Motorachse in gleicher Lage und Richtung befindet.
3. Reibrollenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse einen Drehwertgeber besitzt und dieser mit der Antriebssteuerung verbunden ist.
4. Reibrollenantrieb nach dem vorangegangenen Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuerung aufgrund der von diesem Drehwertgeber übermittelten Drehposition einen Vergleich zwischen intendierter und tatsächlicher Rollrichtung anstellt, und bei Überschreitung eines Toleranzwertes durch eine kontrollierte Drehzahlveränderung eines oder beider Antriebe die Rollen auf die intendierte Rollrichtung einschwenkt.
5. Reibrollenantrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollenachsen ein leicht geöffnetes V bilden, dessen Öffnung der Kugeloberfläche zugewandt ist und die außerdem zusammen mit der Schwenkachse einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen und mit der Schwenkachse in einer gemeinsamen Ebene liegen.
6. Reibrollenantrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichmäßigen Verteilung der Auflagelast auf beide Rollen das verschwenkbare Gestell zweiteilig ausgeführt ist, wobei der eine Teil als Wippe ausgebildet ist der die Rollen trägt und der andere Teil auf der Schwenkachse gelagert ist, weiterhin, dass diese beiden Teile durch eine zentrale Pendelachse miteinander verbunden sind, die die Schwenkachse schneidet, wobei die Pendelachse dabei lotrecht auf der Ebene steht in der die Schwenkachse und die beiden Rollenachsen angeordnet sind.
7. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse bei einem Wegfall der Stromversorgung automatisch durch eine Bremse oder eine Sperrvorrichtung festgesetzt wird.
8. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Rollen eine Bremse aufweist, die bei einem Wegfall der Stromversorgung automatisch einfällt, und die Kugel zum Stillstand bringt.
9. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibrollen eine luftgefüllte Bereifung tragen.
10. Reibrollenantrieb nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine geeignete Einrichtung die Auflagelast der Kugel auf das Rollenpaar kontrolliert wird, und diese bei Unterschreitung eines Grenzwertes die Steuerung veranlasst die Schwenkachse festzusetzen. Dies verhindert das unkontrollierte Verschwenken des Rollenpaares bei einem kurzzeitigen Abheben der Kugel, wie dies unter dem Einfluss einer zu hohen Unwucht geschehen kann.
11. Reibrollenantrieb entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Simulation von Stößen die gesamte Antriebseinheit auf einem Führungselement befestigt ist, das eine kurzhubige lineare Translation der Antriebseinheit in Richtung des Kugelzentrums ermöglicht, wobei die Bewegung durch einen elektrischen oder hydraulischen Linearantrieb eingeleitet wird.
12. Reibrollenantrieb nach Anspruch 11 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf der Schwenkachse gelagerten Bauelement und der Wippe ein Bauelement eingesetzt ist, das eine begrenzte seitliche Bewegung der Wippe quer zur Rollrichtung zulässt.
13. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibrolle durch einen Radkasten vor Staubablagerungen geschützt wird.
14. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Rollrichtung vor und hinter der Reibrolle Saugdüsen angebracht sind, die die Kugeloberfläche von Staubablagerungen befreien.
15. Reibrollenantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Rollrichtung vor und hinter der Reibrolle elektrisch leitfähige Bürsten auf die Kugeloberfläche einwirken, die die Kugeloberfläche von Staubablagerungen und elektrostatischen Ladungen befreien.