-
Diese
Erfindung betrifft einen Ausgleichsmechanismus. Insbesondere, aber
nicht ausschließlich,
betrifft sie einen Ausgleichsmechanismus, der Teil eines Schwenk-/Neigekopfs
bildet, wie eines Flüssigkeitskopfs,
zum Anbringen auf einem Dreibein und Tragen einer Kamera oder anderer
Ausrüstung,
die um eine horizontale Achse geneigt werden kann.
-
Es
wird oft eine Kameraausrüstung
benötigt,
die um eine horizontale Achse unter Verwendung eines Kopfes geneigt
werden soll, der die Ausrüstung
ausgeglichen bei irgendeinem erwünschten
Winkel um die horizontale Achse halten kann. Während ein manueller Mechanismus
verwendet werden kann, für
den die Kamera bei einem erwünschten
Winkel eingestellt wird, und dann der Kopf bei dem Winkel festgeklemmt
wird, ist dies unbefriedigend und beschwerlich und für professionelle
Zwecke nicht sehr nützlich.
-
Viele
Ausgleichsmechanismen wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen,
aber bis heute stellte es sich als sehr schwierig heraus, einen
Ausgleichsmechanismus zu erhalten, der eine Last (die ziemlich wesentlich
sein kann, bis ungefähr
50 kg für
eine Kamera zum Beispiel) wirksam für tatsächlich irgendeinen beliebigen Winkel
ausgleicht. Wenn mit Bezugnahme auf 1 eine
Kamera mit der Last L einen erwünschten
Winkel um eine horizontale Achse A rotiert wird, dann ist das Drehmoment
bei irgendeinem Winkel gleich der Last L mal dem horizontalen Abstand
der Last von der Achse, und dieser nimmt im allgemeinen sinusförmig zu,
wenn der Winkel von der Vertikale zunimmt. Es ist erforderlich,
dass der Ausgleichsmechanismus diesem entgegenwirkt, und da er keine
lineare Funktion ist, ist dies für
eine Einheit mit annehmbarer Größe/Masse
schwierig zu erreichen.
-
Außerdem müssen erstens Änderungen
des Gewichts eines Gegenstandes, der auf den Träger gesetzt werden und geneigt
werden soll, und zweitens Änderungen
der Position des Schwerpunkts eines Gegenstandes (zum Beispiel einer
Kamera, die auf einem Dreibein angebracht ist, kann einen Schwerpunkt
haben, der nicht mit dem Punkt übereinstimmt,
der direkt über
dem Mittelpunkt des Dreibeins angebracht werden wird) ermöglicht werden.
-
EP-A-696702
offenbart einen Mechanismus gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf einem Versuch, einen verbesserten
Ausgleichsmechanismus zu schaffen.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Ausgleichsmechanismus geschaffen, der einen Träger zum Tragen eines um eine
horizontale Achse zu neigenden Gegenstandes; einen ringförmigen Nocken,
der mit dem Träger
bewegbar ist, dessen Nockenoberfläche in einer Richtung variiert,
die zu der Rotationsebene des Trägers
senkrecht ist; und einen Nockenläufer
aufweist, der durch ein federndes Mittel belastet wird, wodurch,
sowie der Träger
rotiert, der Nockenläufer
und das federnde Mittel eine Rückstellkraft
verursachen, die ausgeübt
werden soll, um im Wesentlichen das durch die Rotation des Trägers verursachte
Drehmoment auszugleichen, wobei ein Mittel zum Variieren der Rückstellkraft
in Übereinstimmung
mit einer Last auf dem Träger
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken um seine
eigene Achse rotieren kann, die von der Rotationsachse des Trägers versetzt
ist, und Mittel zum Einstellen eines variablen Reaktionspunkts einschließt, gegen
welchen die Nockenläuferkraft
an oder versetzt von der Rotationsachse des Trägers reagiert, um dadurch zu
bewirken, dass die Rückstellkraft,
die aufgrund der Ro tation des Trägers
um einen speziellen Winkel ausgeübt
wird, variiert wird.
-
Das
federnde Mittel sind vorzugsweise eine oder mehrere Federn.
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
-
1a und 1b eine
Last zeigen, die sich um einen Drehpunkt dreht;
-
2 schematisch
eine Seitenansicht eines Teils einer Trägervorrichtung zeigt;
-
3 eine
perspektivische Teilansicht der Vorrichtung zeigt;
-
4 eine
Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung zeigt;
-
5 ein
Nockenprofil und einen Nockenläufer
zeigt;
-
6a und 6b die
Auswirkung des Rotierens des Nockenläufers um eine Achse zeigen,
die von der Rotationsachse der Plattform versetzt ist; und
-
7 eine
Explosionsansicht eines Teils einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
Wie
oben mit Bezugnahme auf die 1a und 1b beschrieben, führt eine Last zu einem variierenden Drehmoment,
wenn die Last auf einer Plattform um eine Achse geneigt wird. Diese
Erfindung entstand aus einem Versuch, einen Mechanismus für eine neigbare
Plattform, wie einen Neige-/Schwenkkopf für eine Kamera oder andere audiovisuelle
Ausrüstung
zu schaffen, die diesen Effekt bei irgendeinem erwünschten
Neigungswinkel ausgleichen kann.
-
Mit
Bezugnahme auf 2 umfasst ein Neige-/Schwenkkopf
eine Plattform 1, auf der eine Vorrichtung, die getragen
werden soll, wie eine Kamera, anbringbar ist. Die Plattform 1 ist
auf zwei beabstandeten rechteckigen Platten 2, 3 angebracht.
Platte 3 ist in 7 detaillierter gezeigt, Platte 2 ist ähnlich.
Platte 2 ist mit einem Nocken versehen, der sich von einer
Seite zu der anderen Platte erstreckt, der einen im wesentlichen
ringförmigen
axialen Vorsprung, wie in den 2 und 3 gezeigt,
bildet. Der Nocken kann mit der Platte einstöckig sein oder an ihr befestigt
sein. Die Höhe
des Nocken variiert radial um den Nocken herum. Die Platte 2 ist
so angebracht, dass sie um eine horizontale Achse relativ zu einem
im wesentlichen zylindrischen Körper 5 rotieren
kann, der mit einer Flüssigkeit
befüllt
ist. Die relative Rotation tritt um die Lager zwischen ihnen auf,
wobei die Lager der Klarheit wegen nicht gezeigt sind. Ähnlich dreht
sich die Platte 3 relativ zu einem zylindrischen Körper 6 und
einer Nabe 22, und wiederum sind Lager vorgesehen. Die
Körper 5 und 6 sind
mit einer gemeinsamen Struktur 7 verbunden, die an einem
Dreibein oder einer anderen stabilen Struktur, auf welcher der Kopf
angebracht werden kann, angebracht ist oder tatsächlich ein Teil davon bilden
könnte. Wenn
der Kopf ein Neige- oder Schwenkkopf ist, kann diese Struktur 7 so
angeordnet sein, dass sie sich um eine vertikale Achse dreht, so
dass die Rotation sowohl in der horizontalen als auch der vertikalen
Ebene erreicht wird. Dieser Bereich oder Rotation wird gewöhnlich erwünscht.
-
Ein
weiterer zylindrischer Körper
(oder Trommel) 8 ist so bemessen, dass er in dem ringförmigen Bereich
sitzen kann, der durch den Nocken 4 definiert ist und auf
seiner seitlichen Oberfläche
einen Nockenläufer 9 hat.
Dieser umfasst allgemein einen Bolzen, Stift oder Vorsprung 10,
der sich von der äußeren Oberfläche des
Körpers 8 erstreckt,
und einen ringförmigen
Ring 11, der koaxial zu dem Stift ist und angepasst ist,
frei dazu zu rotieren, wobei der Ring relativ zu der oberen Oberfläche des
Nocken 4 gleiten kann.
-
Der
Körper 8 ist
abgesehen davon solide, dass er mit mehreren Bohrlöchern 14 versehen
ist, die an der Oberfläche
des Körpers
in größter Nähe der Nabe 22 geöffnet sind.
Mehrere Federn 12 sind angebracht, eine in jedem der Bohrlöcher, und
diese sind an ihrem anderen Ende an der Nabe 22 angebracht
oder werden einfach von ihr getragen. Die Platte 3 rotiert
relativ dazu. Andere Typen federnder Mittel können vorgesehen sein, aber
diese sind vorzugsweise Federn, die vorzugsweise vorgespannt sind.
In einer anderen nicht beschränkenden
Ausführungsform
sind zwanzig Federn vorgesehen, wobei die Belastbarkeit von jeder
Feder ungefähr
9,72 N/mm ist.
-
Die
Bohrungen im Element 8 dienen einfach dazu, Orte für die Federn
zu schaffen, und die Federn können
statt dessen einfach gegen ein Ende des zylindrischen Körpers 8 angebracht
werden.
-
Bei
der Verwendung ist die Kopfanordnung 13 auf ein Dreibein
oder andere stabile Struktur gesetzt, und die zu neigende Kamera
oder andere Vorrichtung ist an der Plattform 1 durch ein
geeignetes Mittel befestigt. Wenn die Vorrichtung 1 geneigt
wird, dreht sich auch der Nocken 4. Der Nockenläufer wird
durch die Federn 12 gegen den Nocken geschoben, und der
Nockenläufer
wird mit einer longitudinalen Komponente der Bewegung durch die
Einwirkung des Nocken bewegt. Dies veranlasst die Federn 12,
zu einem weiteren oder geringeren Ausmaß zusammengedrückt zu werden,
und die Nabe 22 erzeugt eine gleich große und entgegengesetzte Rückstellkraft
auf dem Körper 8 und
veranlasst deshalb den Nockenläufer 9,
eine größere oder
kleinere Rückstellkraft
gegen den Nocken 4 auszuüben. Wie schematisch in 5 gezeigt,
verursacht eine Rückstellkraft
F in einer Richtung, die nicht senkrecht zu einer Nockenoberfläche ist,
eine Kraft, die eine Komponente mit 90 Grad zu der Kraft F hat und
die dazu dient, einer Bewegung des Nocken zu widerstehen. Diese Widerstandskraft
variiert, wenn die Rückstellkraft
an der Feder variiert, wenn der Nocken longitudinal zurück- und
vorbewegt wird, was dazu dient, das variierende Drehmoment der Lastneigung
auszugleichen.
-
Da
die Änderung
des Drehmoments, wenn sich die Plattform dreht, nicht linear ist,
muss die Form des Nocken diese Nichtlinearität berücksichtigen. Das Nockenprofil
hinsichtlich der Höhe
und des Drehwinkels muss folgendes berücksichtigen:
- (a)
das durch die außermittig
kommende Last gegebene Moment;
- (b) die Änderung
der effektiven Länge
des Hebels aufgrund einer um die Achse schwenkenden Last;
- (c) die Federenergie aufgrund von Kompression, die aus der Nockenhöhe herrührt; und
- (d) den Gradient des Nocken.
-
Die
Federenergie hängt
von der Vorlast und der zusätzlichen
Kompression ab, die von der Nockenhöhe herrührt. Anzumerken ist, dass die
Nockenhöhe
und der Nockengradient interaktiv sind. Vorzugsweise wird das Profil
für jeden
Punkt an dem Nocken innerhalb beispielsweise eines Zehntelgrads
gerechnet, kann aber auch in anderen (z.B. größeren) Inkrementen oder durch
eine Formel vorgesehen werden, wenn es durch eine computergestützte Maschinerie
erzeugt wird, und dies kann von Fachleuten ausgeführt werden.
Für eine
bestimmte Last und unter der Annahme, dass die Achse des Schwerpunkts
der Last mit der Mittelachse der Neigevorrichtung übereinstimmt,
variiert ein Satz von Nocken und Nockenanstiegswinkeln mit dem Nockenwinkel wie
folgt: Tabelle
I
-
Dabei
wird von einer Nutzlast von 40 kg, einem Lastradius von 250 mm und
der Verwendung von zwanzig Federn ausgegangen, von denen jede mit
9,72 N/mm belastbar ist, eine freie Länge von 89,9 mm und minimale
Länge von
44,27 mm hat.
-
Die
Nockenläufer
sind in einer Ausführungsform
der Erfindung eingezwängt,
so dass der Nocken relativ zu ihnen rotiert, damit sich die Läufer um
den Nocken bewegen.
-
Obwohl
ein Läufer
in 2 gezeigt ist, sind mehrere gleich beabstandete
Läufer
sehr erwünscht
und werden allgemein ver wendet werden, um die Kräfte um die Achse auszugleichen,
wobei eine bewährte
Praxis beibehalten wird.
-
Die
Körper 8 und 12 müssen torsionssteif
zueinander sein, während
sie eine relative axiale Bewegung ermöglichen. Dies kann durch Mittel
wie Keile, Leisten oder dergleichen erreicht werden. Um jedoch ein
zerstörerisches
Spiel oder axiale Reibung zu vermeiden, können entweder Sehnenverbindungen
oder das Verfahren wie folgt verwendet werden. In der vorliegenden
bevorzugten Ausführungsform
ist ein weiteres Paar Vorsprünge 20, 21 (4)
an dem Nockenläuferkörper 8 vorgesehen,
und bei der Verwendung treffen diese auf einen äußeren axialen Vorsprung 22b von
der Nabe 22 auf, die eine Aussparung 22a erfordern
kann, um die axiale Bewegung des Nockenläufers 10 zu beseitigen.
Die Elemente 20 und 21 können einen ähnlichen Aufbau wie der Nockenläufer haben,
der einen Vorsprung vom Körper 8 hat
und eine rotierbare Scheibe hat, so dass sie, und deshalb der Körper 8,
longitudinal relativ zu der Nabe 22 gleiten können. Wenn,
wie es für einen
Kräfteausgleich
vorzuziehen ist, mehr als ein Vorsprung vorgesehen ist, kann eine
gleiche Anzahl von zugehörigen
Paaren Elemente 20 und 21 (Nockenläufern) vorgesehen
sein, die gleich beabstandet sind.
-
Das
Nockenprofil und/oder Federbelastbarkeit ist in der oben beschriebenen
Ausführungsform
für eine Last
mit einem bestimmten Gewicht ausgewählt, dessen Schwerpunkt in
einer bestimmten Position relativ zu dem Trägermechanismus angebracht ist,
um so für
gleiche und entgegengesetzte Rückstellkräfte zu sorgen, um
die Neigung der Last auszugleichen. In der Praxis ist es wünschenswert,
Lasten mit unterschiedlichen Gewichten und variablen Schwerpunkten
Rechnung zu tragen, die auch nicht über dem Mittelpunkt der Vorrichtung
liegen können.
Dementsprechend ist in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ein Mechanismus eingeschlossen,
um für
diese Anpassbarkeit zu sorgen.
-
4 zeigt
Teile der Vorrichtung, die als „Energiepaket" 40 bezeichnet
werden kann. Diese umfasst eine Trommel 8 mit Läufern 10, 20, 21,
eine Nabe 22 und einen Hebel 27 mit einem Stiel 23,
der sich durch Platten 22, 26 und in eine Platte 2 erstreckt.
Somit kann das „Energiepaket" um eine Achse rotieren,
die von der Rotationsachse O der Plattform versetzt ist. Die Nabe 22 (und
deshalb die Nockenläufer
und Federn) rotieren mit dem Stiel 23, da der Schaft 23 einen
Keil 4 (7) hat, der in eine Keilnut 25 in
dem mittleren Loch in der Nabe 22 eingepasst ist. Der Nocken
ist auch versetzt vom Mittelpunkt der Platte 2 angebracht
und so sind die Rotationsachse des Nocken und Federmittel versetzt
von der Rotationsachse des Trägers
(die koaxial zu dem Lager 26 ist).
-
Die 6(a) und 6(b) veranschaulichen
die Auswirkung davon. In 6(a) ist
der Punkt O der Mittelpunkt der Neigungsrotation, D der Mittelpunkt
des Energiepakets und E der Reaktionspunkt für das Energiepaket. Ein Mechanismus,
um dies zu erreichen, wird weiter unten beschrieben. Die Last hat
die Masse K und ist so positioniert, dass ihr Schwerpunkt als ein
Punkt G wirkt, der in einem Abstand M, der durch α vorgegeben
ist und gleich bemessen ist, von dem Mittelpunkt der Neigungsrotation
O beabstandet ist.
-
Wenn
die Last um einen Winkel α geneigt
wird, dann sind die Nockenläufer
einen Winkel β um
den Nocken aufgrund des Einzwängens
durch den Reaktionspunkt E rotiert. Die Nocken-/Federanordnung ist
so entworfen, um für
eine Reaktion zu sorgen, die dem Lastdrehmoment KM für irgendeinen
Winkel α zwischen plus
oder minus 90 Grad gleich und entgegengesetzt ist. Wie beschrieben,
kann dies präzise
berechnet werden, wenn die Last und der Radius OG konstant sind.
Um Änderungen
der Last K oder des Radius OG (und deshalb M) Rechnung zu tragen,
kann der Abstand A angepasst werden. Das heißt, die Position des Reaktionspunkts
kann angepasst werden. Für
ein verringertes Moment KM muss A verringert werden, und dadurch wird
die Rotation β des
Läufers
um die Nocke verringert, wodurch die Reaktion verringert wird. Dies
ist in 6(b) gezeigt, wo der Punkt E
so bewegt wurde, dass er einen Abstand A' vom Mittelpunkt der Neigungsrotation
O entfernt ist.
-
Wie
aus einem Vergleich von 6(a) und 6(b) zu sehen ist, ändert sich der Winkel β auch von β zu β' für den gleichen
Winkel α,
wenn der Abstand A von A zu A' verringert
wird. Die praktische Auswirkung davon ist, dass auf die Nockenläufer durch
ein unterschiedliches Teil des Nocken eingewirkt wird und deshalb eine
unterschiedliche Rückstellkraft
und deshalb Ausgleichskraft für
den gleichen Neigungswinkel ausgeübt werden. Eine leichte Last
für eine
Neigung von α° kann somit
das Teil der Nocke verwenden, das von einer schwereren Last bei
einem unterschiedlichen Winkel α plus
oder minus Δα verwendet
wird. Eine leichte Last bei zum Beispiel 60° Neigung kann beispielsweise
den Teil der Nocke verwenden, der durch eine größere Last, zum Beispiel bei
30°, verwendet
werden würde.
-
Die
Nockenberechnung ist erforderlich, um eine Längenvariation ED zu berücksichtigen,
wenn sich α für einen
feststehenden Abstand A ändert.
Wie in 7 gezeigt, wird ein anpassbarer Reaktionspunkt
E durch Vorsehen eines Hebels 23 erreicht, der durch ein
Lager 24 läuft,
das allgemein zentral innerhalb der Platte 3 (2)
ist und die Nabe 22 über
einen Keil 40 und eine Keilnut 25 antreibt. Der
Hebel 23 erstreckt sich durch den Körper 6 (2),
der mit seinem Mittelpunkt achsversetzt von dem Mittelpunkt der
Platten 3 und 2 angebracht ist und sich um das
Lager 26 rotieren kann. Der Hebel hat einen im wesentlichen
U- förmigen Abschnitt 27,
der zwei Arme 28 und 29 hat, zwischen denen ein
beweglicher Keil 30 gehaltert ist, der in dem Spalt zwischen
den Armen gleitbar ist. Ein hinteres Element 31, das in
dem Körper 6 befestigt
ist, ist mit einem Schlitz oder einer Aussparung 32 versehen,
in der ein Stift auf einem gewindeten Bolzen 34 oder dergleichen
angebracht ist, um sich relativ zu dem Bolzen weg von und zu dem
Mittelpunkt des Körpers 31 zu
bewegen. Dieser wird vorzugsweise von der anderen Seite der Platte
zum Beispiel durch eine einfache Rotationsnoppe angepasst, die durch
einen wohlbekannten Mechanismus den Stift relativ zu dem Bolzen
bewegen kann. Um den Punkt anzupassen, gegen den das Energiepaket
reagiert, wird der Stift 33 in eine geeignete radiale Position bewegt,
und dadurch wird der Keil 30 relativ zu dem Arm 23 bewegt.
Diese Anpassung kann auf Basis von Ausprobieren für jede unterschiedliche
Last durchgeführt
werden, oder vorzugsweise kann die Vorrichtung so kalibriert werden,
dass, sobald die Last bekannt ist und/oder der Versatz der Masse
der Last von dem Mittelpunkt bekannt ist, die Position von E eingerichtet
werden kann.
