WO2016112893A1 - Brems-rasteinheit für kommandogeber - Google Patents

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WO2016112893A1
WO2016112893A1 PCT/DE2016/000015 DE2016000015W WO2016112893A1 WO 2016112893 A1 WO2016112893 A1 WO 2016112893A1 DE 2016000015 W DE2016000015 W DE 2016000015W WO 2016112893 A1 WO2016112893 A1 WO 2016112893A1
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WO
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brake
spring arms
rotor
braking
latching
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PCT/DE2016/000015
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Schweer
Anja QUAST
Original Assignee
Aventics Gmbh
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Priority to US15/543,412 priority patent/US10401897B2/en
Priority to EP16707615.7A priority patent/EP3245127B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/08—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlled members being actuated successively by progressive movement of the controlling member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21—Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • B63H21/213—Levers or the like for controlling the engine or the transmission, e.g. single hand control levers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/06—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member for holding members in one or a limited number of definite positions only

Definitions

  • the invention relates to a unit for defined locking and braking of a manually operable command transmitter for the speed and transmission adjustment of
  • the helm of ships is usually equipped with a command transmitter for remote control of the ship propulsion.
  • the commanders acts here today usually as an actuator via an electrical connection to an electric engine control of the ship's drive directly controlling the speed and / or transmission adjustment of the ship's drive.
  • Such manually mechanically adjustable command transmitter must be performed sufficiently stable to protect against accidental adjustment by vibration or light touch to remain safe in the selected position. At the same time they should be sensitive and adjustable without noticeable breakaway torque between the switching positions. For exact control, it is also necessary that the actuator engages clearly noticeable at the switching positions of the travel. Typical switching positions are with drives with
  • the positions Gearbox Neutral - Gearbox Advance - Gearbox reverse are reversed, the position Propeller Neutral for drives with variable pitch propellers.
  • the locking function is often performed on spring-loaded balls or rollers that engage releasably in a corresponding counterbore or groove.
  • the brake function is often performed on spring-loaded balls or rollers that engage releasably in a corresponding counterbore or groove.
  • AI is a command generator for marine propulsion with a drive lever, a switching disc and a driven by a first hydraulic actuator locking disk, which are mounted on a rotatably mounted shaft known.
  • Detent disc engages a locking pin, which is actuated by a further hydraulic actuator motor. Furthermore, a brake acting on the edge of the locking disc is provided, which is actuated by a third servo motor.
  • the proposed by DD 244533 AI locking and braking function is complex due to the required hydraulic actuators, production-consuming and has a high space requirement.
  • a command generator for marine propulsion is known with a guided in a shift gate, in two functional levels pivoting hand lever. For engaging the shift lever in its switching positions, DE 19936946 Cl provides a disk connected to a pivot shaft with circumferential recesses into which engages a resiliently mounted detent pin. For automatic reset of the
  • a locking device for a machine telegraph in which a command lever with a detent roller is displaceably guided on a detent track.
  • Such a device has depending on the selected height of the locking projections relative to the recesses either a relatively high breakaway torque or a relatively unstable position in the respective switching position.
  • the brake element comprises an outer rotor with a bearing shell forming an opening and an inner rotor disposed in the opening, which are rotatably mounted relative to each other, wherein the inner rotor one or more radially against a spring force can be erected, one-sided connected to this braking members, each in a in the lateral surface of the inner rotor introduced recess can be pressed and bear against the inner surface of the bearing shell.
  • the disclosed by DE 103 52 445 B4 brake element (so-called Minibremselement) is not suitable for use as a command transmitter due to its spatial dimensions and also provides no manually operated actuator, such as a lever, or means for mounting such an actuator before.
  • the brake element exerts due to the identical orientation of the or the brake elements within the plane of rotation only in one direction - against the Aufstellmoment the brake elements - a braking function or the braking function in the opposite direction is at least significantly reduced.
  • the invention has for its object to provide a storage unit for a manually operated command transmitter with an integrated combined braking / locking function, which is as compact and simple as possible and can be easily and inexpensively manufactured and assembled.
  • the object is achieved by a braking / locking unit according to claim 1, advantageous embodiments are described in the subclaims.
  • the core of the invention is a brake-locking unit for command transmitter with an outer rotor with a bearing ring forming a circular opening and an opening disposed in the inner rotor, which are arranged rotatably relative to each other, one of the two rotor elements statically fixed in position and the other rotor element is designed either with a manually operable actuator or designed with such a connectable and the inner rotor is arranged with at least three radially arranged in the circumferential direction and one side connected to this spring arms, which are each located in a in the lateral surface of the inner rotor
  • the respectively in its position statically fixed rotor element serves as fixed in its position stator (inside or outside stator), for example, by being mounted on or on a console or an elevated housing.
  • the other, in this rotatably mounted rotor element is used to change the
  • Switching position by either using a manually operable actuator, For example, a lever, is formed or configured with such a connectable by having, for example, holes for screwing a control lever.
  • the spring arms arranged in the circumferential direction with braking means exert different friction moments on the running surface depending on the direction of rotation. This is greater in the direction of rotation against the pitching moment of the respective spring arm than in the opposite direction.
  • the spring arms with braking means in the plane of rotation are arranged in pairs opposite each other in opposite directions, the two friction moments exerted by them add up to an identical Monreibmoment, whereby the brake / locking unit is braked substantially uniformly stabilizing in both directions.
  • the latching recess (s) in the running surface of the bearing ring each represent the switching position (s) of the brake / latch unit.
  • the brake / locking unit is stabilized in the respective position.
  • the respective spring arm (s) is pressed with latching means in the respective recess in the lateral surface of the inner rotor, wherein the latching means leaves the respective latching recess again.
  • Braking effects is achieved by at least two spring arms are provided with locking means in a brake-latching unit with a total of at least four spring arms and in pairs opposite to each other within the plane of rotation, wherein the locking means are arranged in a common radial portion and in each case synchronously with the or the recess (en) interact.
  • the spring arms with locking means act radially non-positively on the running surface of the bearing ring and thus exert a certain frictional torque against the rotation of the brake / latch unit. This is greater in the direction of rotation against the pitching moment of the respective spring arm than in the opposite direction.
  • the locking means are each a Federarmcrues arranged in a common radial portion and respectively synchronously cooperate with the same recess, at the same time an identical breakaway torque is ensured when releasing the detent in both directions without an additional second recess for each spring arm second locking means must be provided in the running surface of the bearing ring.
  • the locking means of a Federarmcrues within the same radial portion are preferably arranged adjacent to each other in the circumferential direction. This ensures a compact design while maintaining a steady in both directions breakaway torque.
  • the spring arms with brake means and / or the spring arms with latching means are configured spring-loaded, wherein the compression springs are arranged in the inner rotor and act radially on the spring arms.
  • the required for the desired friction torque of the braking means and the sufficiently stable seat of the locking means radial force is generated substantially by the bias of the compression springs.
  • Compression springs can be designed due to the design at a correspondingly predetermined preload and spring force with a much smaller spring rate than is possible with only designed as leaf springs spring arms.
  • the spring force and thus also the radial force exerted by you on the brake and locking means can always be made almost constant even with different component tolerances.
  • the radial forces required for the desired friction torque and the desired stability of the seat of the latching means in the latching recesses - independently of each other - can be varied and adapted to different requirements.
  • the spring arms, locking means and braking means are designed with the inner rotor as a one-piece component.
  • the braking / locking unit consists in this embodiment with all the necessary functional elements only two components.
  • rotatable rotor element formed with a sensor magnet. This allows recordable, in cooperation with a corresponding Hall sensor, a non-contact detection of the angular position of the rotatable rotor element and thus also an associated with this actuator.
  • Figure 1 is a perspective exploded view of a brake / latch unit for a
  • Figure 2 is a perspective front view of the brake / latch unit according to FIG.
  • Figure 3 is a perspective top view of an alternative embodiment
  • Figure 4 is a perspective sectional view of another embodiment of Brake / catch unit
  • FIG. 5 shows a perspective front view of the assembled brake / detent unit according to FIG. 4.
  • the 1 and 2 consists of an outer rotor 1 and an inner rotor 2, which is formed with three spring arms 3, 3 'and 3 "arranged radially in the circumferential direction and fixedly connected thereto on one side, designed as leaf springs
  • the spring arms 3, 3 'and 3 " are respectively corresponding recesses in the lateral surface of the inner rotor 2, in which the spring arms 3, 3' and 3" can be pressed in.
  • the spring arms 3 and 3 ' are at their free end with the braking means 4 and 4 ', the spring arm 3 "formed with the locking means 5.
  • the spring arms 3, 3 ', 3 ", the brake means 4, 4' and the latching means 5 are designed as a one-piece component with the inner rotor 2.
  • the outer rotor 1 has a circular opening which has a bearing ring with the running surface 6 for receiving the inner rotor
  • the outer rotor 1 is formed with three latching recesses 7, 7 'and 7 "which serve for the positive reception of the latching means 5 and the corresponding one
  • the spring arms 3, 3 ', 3 are pressed into the respective corresponding recesses in the lateral surface of the inner rotor 2 and the inner rotor 2 is inserted into the outer rotor 1. Due to the prestressing produced thereby, the spring arms 3, 3', 3" act in the mounted state radially non-positively on the tread 6 of the extra rotor 1. In this way, in particular on the braking means 4 and 4 'generates a friction torque, the one
  • Bias of the spring arms 3, 3 ' is in this case selected such that they generate the radial force required for the desired friction torque.
  • the bias of the spring arm 3 is chosen such that a sufficiently stable positive and non-positive fit of the locking means 5 in the
  • Locking recesses 7, 7 'and 7 is guaranteed in the switching positions at the same time as low breakaway torque when loosening the seat.
  • the preload is thus chosen so that an accidental adjustment by vibrations during driving or a light touch sufficiently reliably avoided, however A rotationally symmetrical seat of the inner rotor 2 in the outer rotor is ensured by the additional guide means 8.
  • the outer rotor 1 serves as a stator, in which it acts via the radial
  • the inner rotor 2 is rotatably mounted in the installed state in the outer rotor 2 and serves to manually change the switching position by means of a control lever, which via the frontal bores 10 and 10 ' at the inner rotor 2 can be screwed.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an inner rotor 2 ', compatible with the outer rotor 1, with two mutually opposite directions within the plane of rotation
  • Embodiment of the inner rotor 2 according to Figures 1 and 2 showed that the spring arm 3 "on the locking means 5 in the for a sufficiently stable positive and non-positive fit in the recesses 7, 7 'and 7" required bias to a certain friction torque the tread 6 of the outer rotor 1 exerts.
  • Frictional torque is greater in the direction of rotation against the moment of installation of the spring arm 3 "than in the opposite direction
  • Figures 4 and 5 show an alternative embodiment of the brake / latch unit.
  • the outer rotor 1 'and the inner rotor 2 are designed with an integrated ball bearing and form with the groove elements 1 la and 1 lb a common circumferential groove for balls arranged in it, of which on the sectional view of Figure 4, the cut balls 12 and 12' Since the bearing is designed as a fully spherical bearing, no separate ball cage is required.
  • the running groove is sufficiently deep so that axial forces can also be absorbed, thereby ensuring that one with the end holes 10 "'and 10" ". 4 and 5, not shown in the axial and radial direction is guided backlash and no significant additional friction torque is generated by bearing friction of the inner rotor 2 "all spring arms with braking and locking means, of which on the
  • Swiveling path of an adjusting lever connected to the front-side bores 10 "'and 10""of the inner rotor 2", not illustrated in FIGS. 4 and 5, the inner rotor 2 "and the outer rotor 1' are designed with a limit stop on the front side.
  • the stop element 14a connected at the end side is guided between two stop elements 14b and 14b 'connected to the outer rotor, whereby the degree of freedom of the rotational movement of the inner rotor 2 "is limited to a total of 140.degree ..
  • the inner rotor 2" is also provided with a recess 15 for receiving one in the front side Figures 4 and 5, not shown sensor magnet provided.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brems-Rasteinheit zum definierten Rasten und Bremsen eines manuell bedienbaren Kommandogebers für Schiffsantriebe mit einem Außenrotor (1, 1') mit einer einen Lagerring bildenden kreisrunden Öffnung und einem in der Öffnung angeordneten Innenrotor (2, 2', 2"), welche relativ zueinander drehbeweglich angeordnet sind, wobei eines der beiden Rotorelemente in seiner Lage statisch fixiert und das andere Rotorelement entweder mit einem manuell bedienbaren Stellglied ausgebildet oder mit einem solchen verbindbar ausgestaltet ist und der Innenrotor (2, 2', 2") mit mindestens drei radial in Umfangsrichtung angeordneten und einseitig mit diesem verbundenen Federarmen (3, 3', 3", 3"', 3a, 3b) ausgebildet ist, welche jeweils in eine in der Mantelfläche des Innenrotors (2, 2', 2") befindliche Ausnehmung eindrückbar sind, wobei mindestens ein Federarm (3", 3a, 3b) an seinem freien Ende mit einem Rastmittel (5, 5a, 5b, 5a', 5b') ausgebildet ist, welches lösbar form- und kraftschlüssig mit mindestens einer korrespondierenden Rastausnehmung in der Lauffläche (6) des Lagerrings zusammenwirkt und mindestens zwei Federarme (3, 3', 3'") jeweils paarweise innerhalb der Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet und an ihren freien Enden jeweils mit einem Bremsmittel (4, 4', 4") ausgebildet sind und wobei die Federarme (3, 3', 3", 3'", 3a, 3b) über die Brems- (4, 4', 4") und Rastmittel (5, 5a, 5b, 5a', 5b') jeweils radial kraftschlüssig auf die Lauffläche (6) des Lagerrings wirken.

Description

Brems-Rasteinheit für Kommandogeber
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum definierten Rasten und Bremsen eines manuell bedienbaren Kommandogebers für die Drehzahl- und Getriebeverstellung von
Schiffsantrieben.
Stand der Technik
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf die
Schiffssteuerungstechnik. Der Steuerstand von Schiffen ist üblicherweise mit einem Kommandogeber zur Fernsteuerung des Schiffsantriebs ausgerüstet. Der Kommandogeber wirkt hierbei heutzutage in der Regel als Stellglied über eine elektrische Verbindung zu einer elektrischen Motorsteuerung des Schiffsantriebs direkt ansteuernd auf die Drehzahl- und/oder Getriebeverstellung des Schiffsantriebs. Solche manuell mechanisch verstellbaren Kommandogeber müssen zum Schutz vor ungewollter Verstellung durch Vibration oder leichter Berührung hinreichend stabil geführt sein, um sicher in der jeweils gewählten Stellung zu verbleiben. Gleichzeitig sollten sie aber feinfühlig und ohne merkliches Losbrechmoment zwischen den Schaltpositionen verstellbar sein. Zur exakten Steuerung ist es ferner erforderlich, dass das Stellglied an den Schaltpositionen des Stellweges deutlich spürbar einrastet. Typische Schaltpositionen sind bei Antrieben mit
Wendegetrieben beispielsweise die Positionen Getriebe Neutral - Getriebe Voraus - Getriebe zurück, bei Antrieben mit Verstellpropellern die Position Propeller Neutral. Bei allgemein im Stand der Technik bekannten Kommandogebem wird die Rastfunktion häufig über federbelastete Kugeln oder Rollen ausgeführt, die lösbar in eine entsprechende Gegenbohrung oder -nut eingreifen. Für die Bremsfunktion werden zum Beispiel
|Bestätigungskopie Bandbremsen, die auf eine Welle wirken, oder axial wirkende Bremselemente, die federbelastet auf eine Scheibe wirken, eingesetzt. Nachteilhaft ist bei diesen Lösungen, dass eine Vielzahl von Bauteilen erforderlich ist, die exakt positioniert sein müssen und sich möglichst spielfrei zueinander bewegen müssen. Eine Rastkugel, die nicht exakt in die Kugelpfanne greift oder eine Bremse mit Umkehrspiel sorgen für eine schwammig wirkende Betätigung und vermitteln den Eindruck mangelnder Präzision. Jede dieser Komponenten unterliegt zudem einem Verschleiß, weshalb die Umsetzung der
verschiedenen Funktionen mit möglichst wenigen Bauteilen wünschenswert ist.
Schließlich ist die Montage vieler kleiner Einzelteile unwirtschaftlich.
Aus der DD 244533 AI ist ein Kommandogeber für Schiffsantriebe mit einem Fahrhebel, einer Schaltscheibe und einer durch einem ersten hydraulischen Stellmotor angetriebenen Rastscheibe, die auf einer drehbar gelagerten Welle befestigt sind, bekannt. In die
Rastscheibe greift ein Raststift an, der über einen weiteren hydraulischen Stellmotor betätigt wird. Ferner ist eine am Rande der Rastscheibe wirkende Bremse vorgesehen, die durch einen dritten Stellmotor betätigt wird. Die von der DD 244533 AI vorgeschlagene Rast- und Bremsfunktion ist aufgrund der erforderlichen hydraulischen Stellmotoren komplex, produktionsaufwändig und besitzt einen hohen Raumbedarf. Aus der DE 19936946 Cl ist ein Kommandogeber für Schiffsantriebe mit einem in einer Schaltkulisse geführten, in zwei Funktionsebenen schwenkbaren Handhebel bekannt. Zum Einrasten des Schalthebels in seinen Schaltpositionen sieht die DE 19936946 Cl eine mit einer Schwenkwelle verbundene Scheibe mit umfangseitigen Rastausnehmungen vor, in die ein federnd gelagerter Raststift eingreift. Zur automatischen Rückstellung des
Handhebels in eine Ruhestellung greift eine Zugfeder an diesen an. Die zusätzlich zur Lagerung des Handhebels unabhängig von dieser ausgeführten Rückstellungs- und Rastfunktionen erfordern jeweils zusätzliche Bauteile und besitzen einen zusätzlichen Raumbedarf. Durch die an ihn angreifende Zugfeder wird die Schwenkbewegung des Handhebels nur in einer Bewegungsrichtung gegen die Federkraft gebremst. Andere Mittel zum stabilisierenden Abbremsen der Schwenkbewegungen des Handhebels werden von der DE 19936946 Cl nicht offenbart. Aus der DE 199 63 476 A 1 ist ein Kommandogeber der vorgenannten Art bekannt, der zusätzlich um seine Längsachse in beide Drehrichtungen gegen eine Federwirkung verdrehbar gelagert ist und der ein die Drehbewegung erfassenden Sensor zur Ansteuerung eines Aggregats, bspw. einer Motorsteuerung, aufweist. Die zusätzlich zur Lagerung des Handhebels unabhängig von dieser ausgeführten Federdämpfung der Drehbewegung erfordert zusätzliche Bauteile und besitzt einen zusätzlichen Raumbedarf.
Aus der DE 1 992 922 U ist eine Rastvorrichtung für einen Maschinentelegraphen bekannt, bei dem ein Kommandohebel mit einer Rastrolle verschiebbar auf einer Rastbahn geführt ist. Eine solche Vorrichtung besitzt je nach gewählter Höhe der Rastvorsprünge gegenüber den Rastausnehmungen entweder ein relativ hohes Losbrechmoment oder eine relativ labile Stellung in der jeweiligen Schaltposition. Ferner ist es vorteilhaft, den Kommandogeber auf einer Kreisbahn schwenkbar auszugestalten, anstatt linear
verschiebbar, da dies bei der Bereitstellung eines gleichlangen Schaltwegs raumsparender ist und eine ergonomischere Bedienung ermöglicht.
Aus der DE 103 52 445 B4 ist ein Bremselement für das kontrollierte Öffnen und
Schließen von Hauben, Fächern, Schubladen usw. bekannt. Das Bremselement umfasst einen Außenrotor mit einer eine Lagerschale bildenden Öffnung und ein in der Öffnung angeordneten Innenrotor, welche relativ zueinander drehbeweglich angeordnet sind, wobei der Innenrotor ein oder mehrere radial gegen eine Federkraft aufstellbare, einseitig mit diesem verbundene Bremsorgane aufweist, die jeweils in eine in die Mantelfläche des Innenrotors eingebrachte Ausnehmung eindrückbar sind und an der Innenfläche der Lagerschale anliegen. Das von der DE 103 52 445 B4 offenbarte Bremselement (so genanntes Minibremselement) ist aufgrund seiner räumlichen Dimensionierung nicht zum Einsatz als Kommandogeber geeignet und sieht auch kein manuell bedienbares Stellglied, etwa einen Stellhebel, oder Mittel zur Montage eines solchen Stellgliedes vor. Zudem übt das Bremselement aufgrund der identischen Ausrichtung des oder der Bremsorgane innerhalb der Rotationsebene nur in einer Bewegungsrichtung - gegen das Aufstellmoment der Bremsorgane - eine Bremsfunktion aus bzw. ist die Bremsfunktion in Gegenrichtung jedenfalls erheblich vermindert. Schließlich sieht das von der DE 103 52 445 B4 vorgeschlagene Bremselement keine Mittel zum Rasten des Innenrotors gegen den Außenrotor vor.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungseinheit für einen manuell bedienbaren Kommandogeber mit einer integrierten kombinierten Brems-/Rastfunktion zu schaffen, die möglichst kompakt und einfach aufgebaut ist und einfach und kostengünstig hergestellt und montiert werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brems-/Rasteinheit nach Anspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Den Kern der Erfindung bildet eine Brems-Rasteinheit für Kommandogeber mit einem Außenrotor mit einer einen Lagerring bildenden kreisrunden Öffnung und einem in der Öffnung angeordneten Innenrotor, welche relativ zueinander drehbeweglich angeordnet sind, wobei eines der beiden Rotorelemente in seiner Lage statisch fixiert und das andere Rotorelement entweder mit einem manuell bedienbaren Stellglied ausgebildet oder mit einem solchen verbindbar ausgestaltet ist und der Innenrotor mit mindestens drei radial in Umfangsrichtung angeordneten und einseitig mit diesem verbundenen Federarmen ausgebildet ist, welche jeweils in eine in der Mantelfläche des Innenrotors befindliche
Ausnehmung eindrückbar sind, wobei mindestens ein Federarm an seinem freien Ende mit einem Rastmittel ausgebildet ist, welches lösbar form- und kraftschlüssig mit mindestens einer korrespondierenden Rastausnehmung in der Lauffläche des Lagerrings
zusammenwirkt und mindestens zwei Federarme jeweils paarweise innerhalb der
Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet und an ihren freien Enden jeweils mit einem Bremsmittel ausgebildet sind und wobei die Federarme über die Brems- und Rastmittel jeweils radial kraftschlüssig auf die Lauffläche des Lagerrings wirken. Das jeweils in seiner Lage statisch fixierte Rotorenelement dient als in seiner Lage fixierter Stator (Innen- oder Außenstator), indem es beispielsweise an oder auf einer Konsole oder einem aufgeständerten Gehäuse montiert ist. Das jeweils andere, in diesem drehbeweglich gelagerte Rotorenelement (Innen- oder Außenrotor) dient der Veränderung der
Schaltposition, indem es entweder mit einem manuell bedienbaren Stellglied, beispielsweise einem Stellhebel, ausgebildet ist oder mit einem solchen verbindbar ausgestaltet ist, indem es beispielsweise Bohrungen zum Anschrauben eines Stellhebels aufweist. Die in Umfangsrichtung angeordneten Federarme mit Bremsmitteln üben je nach Drehrichtung unterschiedliche Reibmomente auf die Lauffläche aus. Dieses ist in der Drehrichtung gegen das Aufstellmoment des jeweiligen Federarms größer als in der gegenläufigen Richtung. Indem die Federarme mit Bremsmitteln in der Rotationsebene jeweils paarweise zueinander gegenläufig angeordnet sind, summieren sich die beiden durch sie ausgeübten Reibmomente jeweils zu einem identischen Gesamtreibmoment, wodurch die Brems-/Rasteinheit in beide Drehrichtungen im Wesentlichen gleichmäßig stabilisierend abgebremst wird. Die Rastausnehmung(en) in der Lauffläche des Lagerrings repräsentieren jeweils die Schaltposition(en) der Brems-/Rasteinheit. Indem der oder die Federarm(e) mit Rastmittel in der Schaltposition jeweils formschlüssig in die
korrespondierende Rastausnehmung in der Lauffläche des Lagerrings eingreift, ist die Brems-/Rasteinheit in der jeweiligen Stellung stabilisiert. Bei einer erneuten Verstellung wird oder werden der oder die jeweiligen Federarm(e) mit Rastmittel in die jeweilige Ausnehmung in der Mantelfläche des Innenrotors eingedrückt, wobei das Rastmittel die jeweilige Rastausnehmung wieder verlässt.
Eine noch größere Gleichmäßigkeit der in beide Drehrichtungen ausgeübten
Bremswirkungen wird erreicht, indem bei einer Brems-Rasteinheit mit insgesamt mindestens vier Federarmen mindestens zwei Federarme mit Rastmitteln vorgesehen und jeweils paarweise innerhalb der Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet sind, wobei die Rastmittel in einem gemeinsamen radialen Abschnitt angeordnet sind und jeweils synchron mit der oder den Rastausnehmung(en) zusammenwirken. Auch die Federarme mit Rastmitteln wirken radial kraftschlüssig auf die Lauffläche des Lagerrings und üben somit ein gewisses Reibmoment gegen die Verdrehung der Brems-/Rasteinheit aus. Dieses ist in der Drehrichtung gegen das Aufstellmoment des jeweiligen Federarms größer als in der gegenläufigen Richtung. Indem die Federarme mit Rastmitteln innerhalb der Rotationsebene jeweils paarweise zueinander gegenläufig angeordnet sind, ist auch das über die Rastmittel ausgeübte Gesamtreibmoment in beiden Drehrichtungen gleich. Indem in der vorstehenden Ausführung die Rastmittel jeweils eines Federarmpaares in einem gemeinsamen radialen Abschnitt angeordnet sind und jeweils synchron mit derselben Rastausnehmung zusammenwirken, ist beim Lösen der Rastung in beide Drehrichtungen zugleich ein identisches Losbrechmoment gewährleistet, ohne dass für jedes Federarmpaar eine zusätzliche zweite Rastausnehmung für das zweite Rastmittel in der Lauffläche des Lagerrings vorgesehen sein muss. Hierzu sind die Rastmittel eines Federarmpaares innerhalb desselben radialen Abschnitts vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet. Dies gewährleistet eine kompakte Bauweise unter Beibehaltung eines in beide Richtungen gleichmäßigen Losbrechmoments.
Für eine exaktere Einstellbarkeit der Brems-/Rastkräfte und eine Vergrößerung des Einsatzbereichs der Brems-/Rasteinheit sind die Federarme mit Bremsmitteln und/oder die Federarme mit Rastmitteln druckfederbelastet ausgestaltet, wobei die Druckfedern im Innenrotor angeordnet sind und radial auf die Federarme wirken. In dieser Ausführung wird der für das gewünschte Reibmoment der Bremsmittel und den hinreichend stabilen Sitz der Rastmittel erforderliche Radialkraft im Wesentlichen durch die Vorspannung der Druckfedern erzeugt. Druckfedern können bauartbedingt bei einer entsprechend vorgegebenen Vorspannung und Federkraft mit einer sehr viel kleineren Federrate ausgeführt werden als dies bei lediglich als Blattfedern ausgebildeten Federarmen möglich ist. Somit kann die Federkraft und damit in der Folge auch die von Ihnen auf die Bremsund Rastmittel ausgeübte Radialkraft auch bei unterschiedlichen Bauteiltoleranzen stets nahezu konstant ausgestaltet werden. Ferner können die für das gewünschte Reibmoment und die gewünschte Stabilität des Sitzes der Rastmittel in den Rastausnehmungen erforderlichen Radialkräfte - unabhängig voneinander - variiert und an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Für eine besonders einfach und kostengünstige Herstellung und Montage der Brems- Rasteinheit sind die Federarme, Rastmittel und Bremsmittel mit dem Innenrotor als einteiliges Bauteil ausgeführt. Die Brems-/Rasteinheit besteht in dieser Ausgestaltung mit sämtlichen erforderlichen Funktionselementen lediglich aus zwei Bauteilen.
Indem in der vorstehenden Ausführung der Innen- und Außenrotor als Kunststoff- Spritzteile ausgeführt sind, kann die Herstellung weiter vereinfacht und Kosten weiter reduziert werden. Ferner gewährleistet diese Ausführung ein sehr geringes Gesamtgewicht der Vorrichtung. Eine Verbesserung der Leichtgängigkeit der Brems-/Rasteinheit wird erreicht, indem die Rotorelemente mit einer gemeinsamen Kugellagerung ausgeführt sind.
Zur Verbesserung der Bedienung sind die Rotorelemente mit einer Anschlagsbegrenzung ausgebildet, welche den ihren drehbeweglichen Freiheitsgrad begrenzt. Auf diese Weise wird die Erstreckung des Schaltwegs der Brems-/Rasteinheit auf die Schaltpositionen begrenzt.
Zur automatischen Erfassung der Stellposition der Brems-Rasteinheit ist das
drehbewegliche Rotorelement mit einem Sensormagneten ausgebildet. Dies ermöglicht bespielweise im Zusammenwirken mit einem korrespondierenden Hall-Sensor eine berührungslose Erfassung der Winkelstellung des drehbeweglichen Rotorelements und somit auch eines mit diesem verbundenen Stellglieds.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Explosivdarstellung einer Brems-/Rasteinheit für einen
Kommandogeber,
Figur 2 eine perspektivische Frontaldarstellung der Brems-/Rasteinheit gemäß Figur
1 im Montagezustand,
Figur 3 eine perspektivische Aufsichtsdarstellung einer alternativen Ausführung
Innenrotors einer Brems-/Rasteinheit gemäß der Figuren 1 und 2,
Figur 4 eine perspektivische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung der Brems-/Rasteinheit,
Figur 5 eine perspektivische Frontaldarstellung der zusammengesetzten Brems- /Rasteinheit gemäß Figur 4.
Die Brems-/Rasteinheit gemäß der Figuren 1 und 2 besteht aus einem Außenrotor 1 und einem Innenrotor 2, welcher mit drei radial in Umfangsrichtung angeordneten und mit diesem einseitig fest verbundenen, als Blattfedern ausgestalteten Federarmen 3, 3' und 3" ausgebildet ist. Unterhalb der Federarme 3, 3' und 3" befinden sich in der Mantelfläche des Innenrotors 2 jeweils korrespondierende Ausnehmungen, in welche die Federarme 3, 3' und 3" eindrückbar sind. Die Federarme 3 und 3' sind an ihrem freien Ende mit den Bremsmitteln mit 4 und 4', der Federarm 3" mit dem Rastmittel 5 ausgebildet. Die Federarme 3, 3', 3", die Bremsmittel 4, 4' und das Rastmittel 5 sind mit dem Innenrotor 2 als einteiliges Bauteil ausgeführt. Der Außenrotor 1 weist eine kreisrunde Öffnung auf, welche einen Lagerring mit der Lauffläche 6 zur Aufnahme des Innenrotors 2 bildet. Der Außenrotor 1 ist mit drei Rastausnehmungen 7, 7' und 7" ausgebildet, welche der formschlüssigen Aufnahme des Rastmittels 5 dienen und die entsprechende
Schaltpositionen der Brems-/Rasteinheit bestimmen. Zur Montage werden die Federarme 3, 3', 3" in die jeweils korrespondierenden Ausnehmungen in der Mantelfläche des Innenrotors 2 gedrückt und der Innenrotor 2 in den Außenrotor 1 eingesetzt. Aufgrund der hierdurch erzeugten Vorspannung wirken die Federarme 3, 3', 3" im montierten Zustand gemäß Figur 2 radial kraftschlüssig auf die Lauffläche 6 des Außerrotors 1. Hierdurch wird insbesondere über die Bremsmittel 4 und 4' ein Reibmoment erzeugt, das einer
Drehbewegung des Innenrotors 2 gegen den Außenrotor 1 entgegenwirkt. Die
Vorspannung der Federarme 3, 3' ist hierbei derart gewählt, dass diese die für das gewünschte Reibmoment erforderliche Radialkraft erzeugen. Die beiden in
Umfangsrichtung angeordneten Federarme 3 und 3' üben über die Bremsmittel 4 und 4' je nach Drehrichtung unterschiedlichen Reibmomente auf die Lauffläche 6 aus. Dieses ist in der Drehrichtung gegen das Aufstellmoment des jeweiligen Federarms größer als in der gegenläufigen Richtung. Indem die beiden Federarme 3 und 3 'in der Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet sind, summieren sich die beiden durch sie ausgeübten Reibmomente jeweils zu einem identischen Gesamtreibmoment, wodurch die Brems- /Rasteinheit in beide Drehrichtungen im Wesentlichen gleichmäßig stabilisierend abgebremst wird. Die Vorspannung des Federarms 3" ist derart gewählt, dass ein hinreichend stabiler form- und kraftschlüssigen Sitz des Rastmittels 5 in den
Rastausnehmungen 7, 7' und 7" in den Schaltpositionen bei einem gleichzeitig möglichst niedrigen Losbrechmoment beim Lösen des Sitzes gewährleistet ist. Die Vorspannung wird also so gewählt, das eine ungewollte Verstellung durch Vibrationen im Fahrbetrieb oder eine leichte Berührung hinreichend sicher vermieden wird, gleichzeitig jedoch eine feinfühlige Verstellung ohne allzu hohen Kraftaufwand ermöglicht ist. Durch das zusätzliche Führungsmittel 8 ist ein rotationssymmetrischer Sitz des Innenrotors 2 im Außenrotor gewährleistet. Bei der Brems-/Rasteinheit gemäß der Figuren 1 und 2 dient der Außenrotor 1 als Stator, indem er über die radial angeordnete Gewindebohrung 9 mit einem Gehäuse verbindbar ist und so im Einbauzustand in seiner Lage statisch fixiert ist. Der Innenrotor 2 ist im Einbauzustand drehbeweglich im Außenrotor 2 angeordnet und dient der manuell Veränderung der Schaltposition mittels eines Stellhebels, der über die stirnseitigen Bohrungen 10 und 10' an den Innenrotor 2 anschraubbar ist.
Figur 3 zeigt eine alternative, mit dem Außenrotor 1 kompatible Ausführungsform eines Innenrotors 2' mit zwei innerhalb der Rotationsebene zueinander gegenläufig
angeordneten Federarmen 3a und 3b mit Rastmitteln 5a und 5b. Bei Tests mit der
Ausführungsform des Innenrotors 2 gemäß der Figuren 1 und 2 zeigte sich, dass auch der Federarm 3" über das Rastmittel 5 bei der für ein hinreichend stabiler form- und kraftschlüssigen Sitz in den Rastausnehmungen 7, 7' und 7" erforderlichen Vorspannung ein gewisses Reibmoment auf die Lauffläche 6 des Außenrotors 1 ausübt. Dieses
Reibmoment ist in der Drehrichtung gegen das Aufstellmoment des Federarms 3" größer als in der gegenläufigen Richtung. Indem dieses durch die beiden innerhalb der
Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordneten Federarme 3a und 3b mit Rastmitteln 5a und 5b ersetzt wird, ist auch das über die beiden Rastmittel 5a und 5b ausgeübte Gesamtreibmoment in beiden Drehrichtungen gleich und eine absolute Gleichmäßigkeit der in beide Drehrichtungen ausgeübten Bremswirkung gewährleistet. Da die beiden Rastmittel 5a und 5b zudem in einem gemeinsamen radialen Abschnitt angeordnet sind und jeweils synchron mit den Rastausnehmungen 7, 7' und 7" zusammenwirken, ist in dieser Ausführung des Innenrotors 2' zudem ein in beide Drehrichtungen identisches Losbrechmoment gewährleistet, ohne dass zusätzliche Rastausnehmungen in der
Lauffläche 6 geschaffen werden müssen.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine alternative Ausführung der Brems-/Rasteinheit. Der Außenrotor 1 ' und der Innenrotor 2" sind mit einer integrierten Kugellagerung ausgeführt und bilden mit den Rillenelementen 1 la und 1 lb eine gemeinsame umlaufende Laufrille für in ihr angeordneten Kugeln, von denen auf der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 die angeschnittenen Kugeln 12 und 12' erkennbar sind. Da das Lager als vollkugeliges Lager ausgeführt ist, ist kein separater Kugelkäfig erforderlich. Die Laufrille ist ausreichend tief, so dass auch axiale Kräfte aufgenommen werden können. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein mit den stirnseitigen Bohrungen 10"' und 10"" des Innenrotors 2" verbundener, in den Figuren 4 und 5 nicht dargestellter Stellhebel in axialer und radialer Richtung spielfrei geführt ist und kein nennenswertes zusätzliche Reibungsmoment durch Lagerreibung erzeugt wird. Sämtliche Federarme mit Brems- und Rastmitteln, von denen auf der
Schnittdarstellung gemäß Figur 4 lediglich der Federarm 3"' erkennbar ist, sind in dieser Ausgestaltung druckfederbelastet ausgeführt. Hierzu sind im Innenrotor 2" unter den Federarmen jeweils Druckfedern angeordnet. In der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 sind hierbei lediglich die unter den Rastmitteln 5a' und 5b' angeordnete Druckfeder 13 und teilweise die unter dem Bremsmittel 4" angeordnete Druckfeder 13' dargestellt. Zur Begrenzung des Freiheitsgrads des Innenrotors 2 und damit auch zur Begrenzung des
Schwenkweges eines mit den stirnseitigen Bohrungen 10"' und 10"" des Innenrotors 2" verbundenen, in den Figuren 4 und 5 nicht dargestellten Stellhebels sind der Innenrotor 2" und der Außenrotor 1 ' stirnseitig mit einer Anschlagsbegrenzung ausgeführt. Ein mit dem Innenrotor 2" stirnseitig verbundenes Anschlagselement 14a ist zwischen zwei stirnseitig mit dem Außenrotor verbundenen Anschlagelementen 14b und 14b' geführt wodurch der Freiheitsgrad der Drehbewegung des Innenrotors 2" auf insgesamt 140° begrenzt wird. Der Innenrotor 2" ist stirnseitig zudem mit einer Ausnehmung 15 zur Aufnahme eines in den Figuren 4 und 5 nicht dargestellten Sensormagneten versehen. Im Zusammenwirken mit einem korrespondierenden, in den Figuren 4 und 5 ebenfalls nicht dargestellten Hall- Sensor, der senkrecht zur Rotationsachse der Brems- Rasteinheit in einem Abstand von 0,5 bis 2mm vor dem Sensormagneten angeordnet ist, gestattet dies eine berührungslose Erfassung der Winkelstellung des Innenrotors 2" und somit auch eines mit diesem verbundenen Stellhebels. Zur Abdichtung des Geräte-Innenraums der Brems- Rasteinheit gegenüber der Umgebung verfügt der Außenrotor 1 ' über eine umlaufende Dichtnut 16 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) O-Ringes. Die Abdichtung gegenüber dem Stellhebel erfolgt über eine Lippendichtung. Die Lauffläche der Dichtlippe 17 wird durch einen Schutzring 18 gegen direkte Beaufschlagung durch Spritz- oder Strahlwasser geschützt.
Bezugszeichenliste
1, 1 ' Außenrotor
2, 2', 2" Innenrotor
3, 3', 3", 3"', 3a, 3b Federarme
4, 4', 4" Bremsmittel
5, 5a, 5b, 5a', 5b' Rastmittel
6 Lauffläche
7, 7', 7" Rastausnehmung
8 Führungsmittel
9 Gewindebohrung
10, 10', 10", 10"' Bohrung
I Ia, I Ib Rillenelement
12, 12' Kugel
13, 13' Druckfeder
14a, 14b' Anschlagselemente
15 Ausnehmung
16 Dichtnut
17 Dichtlippe
18 Schutzring

Claims

Patentansprüche
1. Brems-Rasteinheit für Kommandogeber, umfassend einen Außenrotor (1 , ) mit einer einen Lagerring bildenden kreisrunden Öffnung und einen in der Öffnung angeordneten Innenrotor (2, 2', 2"), welche relativ zueinander drehbeweglich angeordnet sind, wobei eines der beiden Rotorelemente in seiner Lage statisch fixiert und das andere Rotorelement entweder mit einem manuell bedienbaren Stellglied ausgebildet oder mit einem solchen verbindbar ausgestaltet ist und der Innenrotor (2, 2', 2") mit mindestens drei radial in Umfangsrichtung angeordneten und einseitig mit diesem verbundenen Federarmen (3, 3', 3", 3"', 3a, 3b) ausgebildet ist, welche jeweils in eine in der Mantelfläche des Innenrotors (2, 2', 2") befindliche Ausnehmung eindrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federarm (3", 3a, 3b) an seinem freien Ende mit einem Rastmittel (5, 5a, 5b, 5a', 5b') ausgebildet ist, welches lösbar form- und kraftschlüssig mit mindestens einer korrespondierenden Rastausnehmung in der Lauffläche (6) des Lagerrings zusammenwirkt und mindestens zwei Federarme (3, 3', 3"') jeweils paarweise innerhalb der
Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet und an ihren freien Enden jeweils mit einem Bremsmittel (4, 4', 4") ausgebildet sind, wobei die Federarme (3, 3', 3", 3"', 3a, 3b) über die Brems- (4, 4', 4") und Rastmittel (5, 5a, 5b, 5a', 5b jeweils radial
kraftschlüssig auf die Lauffläche (6) des Lagerrings wirken.
2. Brems-Rasteinheit nach Anspruch 1 mit mindestens vier Federarmen (3, 3', 3", 3'", 3a, 3b), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Federarme (3a, 3b ) mit Rastmitteln (5a, 5b) vorgesehen und jeweils paarweise innerhalb der Rotationsebene zueinander gegenläufig angeordnet sind.
3. Brems-Rasteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastmittel (5a, 5b, 5a', 5b') jeweils eines Federarmpaares in einem gemeinsamen radialen Abschnitt angeordnet sind und jeweils synchron mit der oder den Rastausnehmung(en) (7, 7', 7") zusammenwirken.
4. Brems-Rasteinheit nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Federarme (3"') mit Bremsmitteln (4") und/oder die Federarme mit Rastmitteln (5a1, 5b') druckfederbelastet ausgestaltet sind, wobei die Druckfedern (13, 13') im Innenrotor (2") angeordnet sind und radial auf die Federarme (3"') wirken.
5. Brems-Rasteinheit nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (3, 3', 3", 3'", 3a, 3b), Rastmittel (5, 5a, 5b, 5a', 5b') und Bremsmittel (4, 4', 4") mit dem Innenrotor als einteiliges Bauteil ausgeführt sind.
6. Brems-Rasteinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- (2, 2', 2") und Außenrotor (1 , ) als Kunststoff-Spritzteile ausgeführt sind.
7. Brems-Rasteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorelemente mit einer gemeinsamen Kugellagerung ausgeführt sind.
8. Brems-Rasteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorelemente mit einer Anschlagsbegrenzung ausgebildet sind.
9. Brems-Rasteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbewegliche Rotorelement mit einem Sensormagneten ausgebildet ist.
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