DE2925077A1 - Biegsame welle mit in jeder drehrichtung ausgeglichener verdrehungskruemmung - Google Patents

Description

DB.-ING. WALTSE ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER Patentanwälte

München,

21. Juni 1979

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PENNWALT CORPORATION Three Parkway₇ Philadelphia, Pa., V.St. A,

Biegsame Welle mit in jeder Drehrichtung ausgeglichener Verdrehungskrümmung

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ORIGINAL INSPECTED

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Die Erfindung bezieht sich auf drehbare biegsame Wellen für Fernsteuerungen und insbesondere für solche Wellen mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung in jeder Drehrichtung, wenn sie Verdrehungsbelastungen unterworfen werden.

In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentanmeldung Ser.No. 880.410 vom 23.2.1978 verwiesen.

Biegsame Wellen bilden Grundelemente zur Kraftübertragung und haben die Aufgabe, Kraft oder eine Steuerung von einem treibenden Element auf ein zu treibendes Element zu übertragen. Die Übertragung kann über, unter oder um Hindernisse oder Gegenstände herum geschehen, in welchen Fällen die Übertragung durch feste Wellen schwierig oder undurchführbar wäre.

Bei einer drehbaren biegsamen Welle ist ein Drahtdorn vorgesehen, um welchen mehrere Lagen eng gewickelten Drahtes herumgelegt sind, wobei jede der Lagen aufeinanderfolgend über eine andere mit entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist, d.h. mit einer rechten oder einer linken Drahtwickelrichtung. Diese Welle ist gewöhnlich von einer biegsamen Hülle ummantelt, die metallisch oder eine Wicklung sein kann, wobei ein Spiel zwischen der Welle und der Hülle vorgesehen ist, damit sich die Welle frei innerhalb der Hülle drehen kann.

Drehbare biegsame Wellen gibt es in zwei Grundtypen: kraftgetrieben und ferngesteuert. Kraftgetriebene biegsame Wellen sind in erster Linie für eine motorgetriebene

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oder hochtourige Arbeitsweise nur in einer Richtung bestimmt. Ferngesteuerte biegsame Wellen sind andererseits in erster Linie zur handbedienten Regelung, gewöhnlich 100 ü/min oder weniger, oder zur intermittierenden hochtourigen Verwendung in der einen oder anderen Drehrichtung bestimmt.

Verdrehungskrümmung wird gemessen in Grad je Längeneinheit der Welle in Abhängigkeit von der Belastung und durch Verdrehungsbelastung der Welle mit verschiedenen Lastzuwachsbeträgen und Messung der hierdurch verursachten Verdrehung.

Bei den meisten Anwendungen zur Fernsteuerung ist ein sehr niedriger Betrag an Verdrehungskrümmung oder "Nach— ellung" zwischen der Steuerung und den gesteuerten Elementen unabhängig von der Drehrichtung der Welle zulässig. Es ist praktisch unmöglich, eine Verdrehungskrümmung voll zu beseitigen, sofern nicht feste Wellen verwendet werden, da die abwechselnden Lagen von Drähten sich entweder aufwickeln oder abwickeln, wenn die Welle einer Verdrehungsbelastung ausgesetzt wird. Unabhängig von der Drehrichtung der biegsamen Welle soll diese weich arbeiten und keine Neigung zu einer "unruhigen" Arbeitsweise bestehen.

Bei einer typischen Fernsteuerung, bei welcher ein handbedienbares Steuerrad ein entfernt angeordnetes Ruder oder ein anderes Steuerglied eines Wasserfahrzeuges steuert, ist es wünschenswert, daß die Drehung des Steuerrades den gleichen Widerstandsgrad in jeder Drehrichtung entgegensetzt und bei der Drehung in der "Abwickel"-Richtung kein "schwammiges" Gefühl aufkommen läßt. In ähnlicher Weise kann für andere Elemente, welche durch drehbare bieg-

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same Wellen aufgrund von ferngesteuerten handbedienbaren Rädern, Ventilen, Knöpfen u. dgl. angetrieben werden, Nutzen aus der Erfindung gezogen werden.

Eine unausgeglichene Verdrehungskrümmung bei den bekannten drehbaren biegsamen Wellen ist in erster Linie durch die abwechselnde Drahtwickelrichtung jeder aufeinanderfolgenden Lage von Drähten bedingt, d.h., eine Verdrehungsbelastung, die auf die Welle in einer "Aufwickel"-Richtung wirksam wird, die das Bestreben hat, die äussere Drahtlage festzuspannen, zeigen einen niedrigeren Krümmungswert, als wenn sie einer gleichen Belastung in der Abwickelrichtung ausgesetzt werden, die das Bestreben hat, die Drähte der äusseren Lage zu lockern.

Wenn zwei gleiche Längen identisch ausgebildeter biegsamer Wellen so verbunden werden, daß jede Lage von Drähten mit einer doppelten Drahtwickelrichtung versehen ist, d.h. eine halbe linke Drahtwickelrichtung und eine halbe rechte Drahtwickelrichtung, wird eine ausgeglichene Verdrehungskrümmung der Welle in jeder Drehrichtung erhalten.

Zusätzlich kann eine geregelte Krümmung dadurch erhalten werden, daß zwei Längen von biegsamen Wellen von verschiedenen Abmessungen miteinander verbunden werden, wobei jede verbundene Länge von identischer Ausbildung mit der Ausnahme ist, daß die jeweiligen Lagen jeder verbundenen Länge mit entgegengesetzter Wickelrichtung angeordnet sind, oder es können die beiden miteinander verbundenen Längen von gleichem Längenmaß sein, jedoch ihre Ausbildung verschieden, oder es kann eine Kombination von Wellenausbildung und Wellenlängenmaßen verwendet werden. Ferner soll die Erfindung nicht auf nur zwei miteinander verbundene Längen biegsamer Wellen beschränkt werden, da dem

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Fachmann bekannt ist, daß drei oder mehr solche miteinander verbundene Längen verwendet werden können, um das gewünschte Verdrehungskrüiranungsverhalten zu erzielen.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht, teilweise im Schnitt, welche eine typische Bauform einer bekannten biegsamen Fernsteuerungswelle zeigt;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche eine Ausfuhrungsform einer Fernsteuerungswelle mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung darstellt?

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, aus der eine weitere Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist;

Fig. 4 eine Draufsicht eines Wasserfahrzeugs, bei dem eine biegsame Welle mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung gemäß der Erfindung in einer typischen ferngesteuerten Lenkanlage verwendet ist.

Die in Fig. 1 dargestellte biegsame Fernsteuerungswelle besitzt eine Anzahl Winkel aus eng gewickeltem Draht, wobei die erste Lage 12 auf einen geraden Drahtkerndorn 14 aufgewickelt ist. Weitere Drahtlagen 16, 18, 20, 22 und 24 und mehr, falls erforderlich, oder weniger, sind aufeinanderfolgend in abwechselnd entgegengesetzten Richtungen aufeinander aufgewickelt. Eine biegsame Ummantelung oder Hülle 26 schützt die Welle gegen Schmutz, korrodierend wirkende Elemente und Verbeulungen aller Art. Damit sich die biegsame Welle frei in der Hülle 26 drehen kann, ist ein Raum 28 zwischen der Welle und der Hülle vorgesehen.

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In Fig. 2 sind zwei gleiche Längen einer biegsamen Welle 30 und 32 zweckmässig mit Hilfe einer Stumpfnaht 34 verbunden. Die biegsamen Wellen 30 und 32 sind von identischer Ausbildung mit Ausnahme der Drahtwickelrichtung für die jeweilige Lage, d.h. die Lage 24 ist mit rechter Drahtwickelrichtung angeordnet, während die Lage 24* mit linker Wickelrichtung angeordnet ist. Die Lagen 22 und 22' sind mit linker bzw. rechter Wickelrichtung usw., einschließlich der Lagen 20 und 20', 18 und 18', 16 und 16' und der Lagen 12 und 12'. Die Stumpf naht 34 wird in herkömmlicher Weise gebildet.

In Fig. 3 verbindet eine Metallhülse 36 die Wellen 30 und 32 und ist starr auf diese an mit 38 bezeichneten Teilen aufgepreßt.

Eine beispielsweise Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher mit 40 ein Wasserfahrzeug bezeichnet ist, das ein von Hand bedienbares Steuerrad 42 besitzt, das in geeigneter Weise an der Instrumententafel 44 angeordnet ist. Die Steuerradwelle 46 ist durch herkömmliche Mittel mit einer Antriebsriemenscheibe 50 verbunden derart, daß eine Umdrehung des Steuerrades 42 eine ähnliche Umdrehung der treibenden Riemenscheibe hervorruft. Die treibende Riemenscheibe 50 treibt die getriebene Riemenscheibe 52 zur Drehung mittels eines Antriebsriemens 54 an. Die getriebene Riemenscheibe 52 hat einen kleineren Durchmesser als die treibende Riemenscheibe 50, so daß eine einzige Drehung der treibenden Riemenscheibe mehrere Umdrehungen der getriebenen Riemenscheibe zur Folge hat.

Die getriebene Riemenscheibe 52 ist an der Instrumententafel 44 in geeigneter Weise, z.B. durch ein Zapfenlager 56,

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drehbar gelagert.

Die Welle 58 der getriebenen Riemenscheibe 52 ist durch ein geeignetes Endanschlußstück 59 mit der biegsamen Welle 100 mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung verbunden, die Wellen 30 und 32 aufweist, welche durch eine Stumpfnaht 34 oder Hülse 36 miteinander verbunden sind. Die biegsame Welle 100 überträgt das Drehmoment von der Welle 58 auf einen Kugelumlaufspindelzylinder 60, der durch eine Halterung 62 am Boot 40 benachbart einer Querstrebe 64 befestigt ist.

Der Kugelumlaufspindelzylinder 60 ist von herkömmlicher Art und wandelt die Drehbewegung von der drehbaren biegsamen Welle 100 mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung in eine lineare Bewegung um, welche auf ein Abtriebsglied 66 zur Steuerung eines Steuerarms 68 über ein Gelenk 70 übertragen wird. Der Steuerarm 68 bewegt den (nicht gezeigten) Aussenbordmotor oder ein Ruder oder ein anderes Steuerorgan (ebenfalls licht gezeigt) durch herkömmliche Mittel.

Der Steuerarm 68 ist in seiner Mittelstellung dargestellt. Die gestrichelten Linien 72 und 74 zeigen die Stellungen des Steuerarms 68 in seinen Endstellungen.

Bisher war, wenn das Steuerrad 42 in einer Richtung gedreht wurde, die mehr im Abwickelsinn statt im Aufwickelsinn der äusseren Lage der biegsamen Welle ist, eine längere "Nacheil"-Periode die Folge, bevor der Steuerarm 68 ansprach, sowie ein "schwammigeres" Gefühl am Steuerrad. Durch die Erfindung wird bei deren Anwendung auf eine Wasserfahrzeugsteueranlage, wie vorangehend beschrieben, die Unterschiede sowohl in der Nacheilung als auch in der Schwammigkeit dadurch vermieden, daß die biegsame Welle

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in jeder Drehrichtung ausgeglichene Verdrehungskrümmungseigenschaften hat.

Ende der Beschreibung.

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Claims (1)

1. Patentans ρ r iich e

   l.J Drehbare biegsame Welle zur Fernsteuerung mit ausgeglichenen Verdrehungskrümmungseigenschaften beim Drehen unter Verdrehungsbe lastungen in jeder Richtung, gekennzeichnet durch

   zwei miteinander verbundene gleiche Längen von biegsamen Wellen (30, 32), von welchen Längen jede aufweist einen Drahtdorn (14),

   eine Anzahl von um den Dorn gewickelten Drahtlagen (12, 16, 18, 20, 22, 24), wobei jede der erwähnten Anzahl von Drahtlagen jeder der miteinander verbundenen Wellenlängen aufeinanderfolgend in abwechselnd entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist, und

   jede der Drahtlagen jeder der miteinander verbundenen Wellenlängen eine entgegengesetzte Drahtwickelrichtung hat.

   Welle mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen miteinander durch eine Stumpfnaht (34) zwischen sich verbunden sind.

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   3. Welle mit ausgeglichener Verdrehungskrümmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen miteinander durch eine Hülse (36) verbunden sind, die auf ein Ende jeder derselben aufgepreßt ist.

   4. Drehbare biegsame Welle zur Fernsteuerung mit geregelten Verdrehungskrümmungseigenschaften beim Drehen in jeder Richtung unter Verdrehungsbelastungen, gekennzeichnet durch

   eine Anzahl von miteinander verbundenen Längen biegsamer Wellen (30, 32), von denen jede aufweist einen Drahtdorn (14, 14')

   eine Anzahl von Drahtlagen (12, 12'; 16, 16'; 18, 18'; 20, 20'; 22, 22'; 24, 24'), wobei jede der erwähnten Anzahl von Drahtlagen jeder der miteinander verbundenen biegsamen Wellenlängen aufeinanderfolgend in wechselweise entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist und jede Lage von Drähten jeder der erwähnten Anzahl von miteinander verbundenen Wellenlängen eine Verdrehungskrümmung hat, die der Verdrehungskrümmung der verbundenen Welle, die unmittelbar vorausgeht, entgegengesetzt ist, welche Anzahl von miteinander verbundenen Wellenlängen besondere Längenmaße und Ausbildung haben, so daß sie die erwähnten geregelten Verdrehungskrümmungseigenschaften der biegsamen Welle verleihen können.

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   ORIGINAL