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Dokumentenidentifikation DE102005047870A1 12.04.2007
Titel Vernetzungsfähige Tauziehvorrichtung
Anmelder Braedt, Henrik, Dipl.-Ing., 80469 München, DE
Erfinder Braedt, Henrik, Dipl.-Ing., 80469 München, DE;
Lauer, Wolfgang, Dipl.-Ing., 96049 Bamberg, DE
DE-Anmeldedatum 06.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005047870
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse A63G 33/00(2006.01)A, F, I, 20051006, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A63B 21/005(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   A63B 21/28(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   A63B 24/00(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   A63F 9/24(2006.01)A, L, I, 20051006, B, H, DE   
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist eine vernetzungsfähige Tauziehvorrichtung mit einem aus der Vorrichtung ragenden Seil und einer Einrichtung, die zum Ändern der am Seil anliegenden Zugkraft und zum Ändern der freien Seillänge einen Antriebsmotor (2), eine regelbare Kupplung (3) und eine Einrichtung (6, 7) zur Übertragung des Drehmomentes und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle auf das freie Seilende aufweist. Eine Einrichtung zum Vergleichen gemessener und von weiteren Tauziehvorrichtungen empfangender Seillängendaten und zum Betätigen der regelbaren Kupplung stellt einen Steuerwert für die regelbare Kupplung aus dem Wert der freien Seillänge, dem Wert der freien Seillänge von wenigstens einer zweiten Tauziehvorrichtung, einem Wert für die Gesamtlänge des virtuell verbundenen Seiles und einer Funktion für die Federcharakteristik der virtuellen Feder bereit.
Über Datenleitungen verbundene Tauziehvorrichtungen können bestehende auditive und visuelle Kommunikationseinrichtungen ergänzen und damit die Schaffung von virtuellen Erlebnisräumen unterstützen.

Beschreibung[de]
Vernetzungsfähige Tauziehvorrichtung

Gegenstand der Erfindung ist eine vernetzungsfähige Tauziehvorrichtung mit einem aus der Maschine ragenden freien Seilende. Die Länge des freien Seilendes und die daran anliegende Zugkraft kann durch die Vorrichtung in einer Weise variiert werden, dass eine Tauziehtypische Kinematik simuliert werden kann.

Eine derartige Vorrichtung kann in Kombination mit Videokonferenzsystemen eingesetzt werden um die Kommunikation um eine haptische Dimension zu erweitern und damit die psychosoziale Intensität der virtuellen Begegnung wesentlich zu erhöhen. Neben der Tauzieh-Anwendung kann die Vorrichtung auch als Schnittstelle für Computerspiele mit sportlichem Charakter eingesetzt werden. Durch die Vernetzung der Vorrichtungen werden informelle Erlebnisräume geschaffen, die zur Bildung und Erhaltung von sozialen Bindungen eingesetzt werden können.

Der Stand der Technik ergibt sich aus den Patenten EP 1161968 A1 und US 6,620,043 B1. Eine Vorrichtung zur Realisierung von Tauziehtypischen Kraft- und Längenänderungen am freien Seilende mit einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinder ist in beiden Offenlegungen aufgeführt. Im Patent US 6,620,043B1 wird eine Vorrichtung mit einem Servomotor dargestellt. Die Regelung bei allen Lösungsvorschlägen erfolgt über einen Zugkraftregelkreis und einen Seillängenregelkreis.

Kritik am Stand der Technik:

Der Antrieb mit Fluidzylindern verursacht hohe Kosten und verhindert eine kompakte Bauweise. Die geringe mechanische Elastizität der Vorrichtung zum beaufschlagen der Zugkraft erfordert sehr schnelle Reaktionszeiten der Kraftregelung. Ruckartiges ziehen am Seil führt sonst zu unrealistisch hohen Reaktionskräften. Der Antrieb mit Servomotoren ist vor allem wegen der hohen Kräfte bei geringer Relativbewegung problematisch.

Standardmotoren sind für derartige Beanspruchungen nicht geeignet. Die Verwendung von Drehfeldmagneten oder Stillstandmotoren verursacht wegen der hohen Trägheitsmomente der Rotorwicklungen vor allem dynamische Probleme. Die Regelung über einen Kraft und einen Zugkraftregelkreis ist ebenfalls sehr anfällig bei Störungen des Datenflusses. Die hohen Datenmengen führen bei der Fernübertragung zu spürbaren Latenzen.

Aus diesen Mängeln ergibt sich die Aufgabe, eine Einrichtung zur Realisierung von Tauziehtypischen Kraft- und Wegänderungen am freien Seilende zu entwickeln, mit der die angesprochenen funktionellen Nachteile des Standes der Technik behoben werden. Für diese Einrichtung muss eine Regelung entwickelt werden, die hohe Reaktionsgeschwindigkeiten ermöglicht und gleichzeitig unempfindlich gegen Latenzen und Störungen bei der Datenübertragung ist. Im Sinne der wirtschaftlichen Verwertbarkeit der Erfindung müssen auch die Kosten wesentlich reduziert werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Seils mit einer Zugkraft und zum verändern der Länge des aus der Vorrichtung ragenden Seilendes bestehend aus einem Antriebsmotor (2), einer regelbare Kupplung (3), einer Einrichtung (10) zur Wegmessung, einer Einrichtung (4-8) zur Übertragung des Drehmomentes und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle auf das freie Seilende (9) und einer Einrichtung zur Bereitstellung eines Steuerwertes für die regelbare Kupplung nach dem Prinzip der virtuellen Feder (2). Für die Gesamtlänge des virtuell verbundenen Seiles sges = sA0 + sB0 wird eine Konstante vorgegeben. Die Länge des virtuellen Seiles entspricht dem Wert 0, solange keine Dehnung &Dgr;s = sA + sB – sges auftritt. Die Kraft am Seil Fs errechnet sich aus der Dehnung &Dgr;s, multipliziert mit einer Funktion für die Federcharakteristik D (im einfachsten Fall eine Konstante). Dieser Kraftwert wird von jeder Station eigenständig aus den gemessenen und empfangenen Wegdaten berechnet. Durch die Anpassung der Regelung an die Drehmoment-Erregerstrom-Kennlinie der regelbaren Kupplung wird die Tauziehvorrichtung ohne Kraftregelkreis mit dazugehörigem Kraftsensor umgesetzt. Die Ungenauigkeiten durch Reibung und Kennlinienabweichungen sind für die vorgesehenen Anwendungsbereiche vernachlässigbar. Für Anwendungen die eine besonders hohe Genauigkeit erfordern (z.B. bei Wettkämpfen) kann die Vorrichtung auch mit einer entsprechenden Kraftregelung ausgestattet werden. Der Steuerwert nach dem Prinzip der virtuellen Feder entspricht dann dem Vorgabewert für den Kraftregelkreis.

Die Einrichtung zum Übertragen des Drehmomentes und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle auf das freie Seilende kann als Seiltrommel (3) ausgeführt sein von der sich das maschinenseitige Seil abwickelt. Eine zweite Möglichkeit ist die Verwendung eines formschlüssigen Umschlingungstriebes (6) wobei das maschinenseitige Seilende (8) durch das entsprechende Umschlingungselement ersetzt wird. Ein Durchrutschen des Umschlingungstriebes wird durch ein Führungselement (7) verhindert. Das Führungselement ist vorzugsweise als Gleitschiene oder Führungsrad ausgeführt. Ein Auffangbehälter (11) nimmt das beim verkürzen des freien Seilendes anfallende Umschlingungselement auf. Ein Anschlag beim Auszug des freien Seilendes wird durch die Befestigung des maschinenseitigen Endes des Umschlingungselementes am Boden des fest mit dem Rahmen (1) verbundenen Auffangbehälters realisiert.

Die Auswahl einer dieser Möglichkeiten ergibt sich aus der gewünschten Maximalkraft am Seil, der geforderten maximalen Länge des freien Seilendes und der Kostenkalkulation für die jeweilige Lösung. Im Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und dem freien Seilende werden je nach Einsatzgebiet der Tauziehvorrichtung Übersetzungsstufen eingesetzt. Ausschlaggebend für die Dimensionierung des Antriebs sind die am freien Seilende gewünschten Zugkräfte und -Geschwindigkeiten. Da bei Maximalkraftanwendungen (z.B Tauziehen mit mehreren Personen) eher geringe Zuggeschwindigkeiten auftreten kann der Leistungsbereich des Antriebes durch den Einsatz eines Schaltgetriebes (12) optimiert werden. Bei Geschicklichkeitsanwendungen oder beim Tauziehen zu zweit können die Maximalkräfte am Seil herabgesetzt werden wobei sich gleichzeitig die erreichbaren Zuggeschwindigkeiten erhöhen.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin,

  • – dass die Vorrichtung zum beaufschlagen des Seiles mit einer Zugkraft und zum ändern der Länge des freien Seilendes eine kompakte und kostengünstige Bauform ermöglicht.
  • – dass die Zugkraft am Seil bei ruckartigen Zugbewegungen nicht unrealistisch ansteigt, ohne dass die Regelung eingreifen muss, da die regelbare Kupplung eine weitgehend Drehzahlunabhängige Drehmoment-Erregerstrom-Kennlinie aufweist und Trägheit der beschleunigten Elemente vernachlässigbar ist.
  • – dass die Vorrichtung ohne Kraftsensor und dazugehörigem Regelkreis realisiert werden kann, was sich erheblich auf die Kosten auswirkt.
  • – dass sich die Datenübertragung zwischen den Vorrichtungen durch das Regelungsprinzip der virtuellen Feder auf Wegdaten reduziert und damit die Latenzzeiten deutlich verringert werden können.
  • – dass auch schwerwiegende Störungen bei der Datenübertragung zwischen den Vorrichtungen nicht zu kritischen Zuständen der Regelung führen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tauziehvorrichtung wird im Folgenden erläutert:

Auf einem Rahmengestell (1) ist ein Asynchronmotor angeordnet dessen Abtriebswelle mit einer regelbaren Kupplung (3), z.B. einer Magnetpulver- oder Hysteresekupplung fest verbunden ist. Ein Kettenritzel (4) an der Abtriebswelle der Kupplung bildet mit einem Kettenblatt (5) eine als Kettentrieb ausgeführte Übersetzungsstufe. Das Kettenblatt überträgt das Moment an eine Schaltnabe (12) an deren Abtriebsflansch ein Kettenritzel (6) befestigt ist. Die Kette (8) ist mit dem freien Seilende (9) und dem am Rahmen (1) fixierten Kettenbehälter (11) verbunden. Eine Führungsschiene (7) verhindert das Durchrutschen der Kette.


Anspruch[de]
Vernetzungsfähige Tauziehvorrichtung mit einem Seil, dass ein aus der Vorrichtung ragendes Seilende (9) und ein mit der Vorrichtung verbundenes maschinenseitiges Seilende (8) aufweist, einer Einrichtung (27) zum beaufschlagen des maschinenseitigen Seilendes mit einer Zugkraft und zum verändern der Länge des aus der Vorrichtung ragenden freien Seilendes, einer Einrichtung (10) zum Messen der Länge des aus der Vorrichtung ragenden freien Seilendes und einer Schnittstelle die zum übertragen von Messdaten an wenigstens eine weitere Tauziehvorrichtung und zum Empfang entsprechender Messdaten von anderen Tauziehvorrichtungen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum ändern der am Seil anliegenden Zugkraft und zum ändern der freien Seillänge einen Antriebsmotor (2), eine regelbare Kupplung (3) und eine Einrichtung (6, 7) zur Übertragung des Drehmomentes und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle auf das freie Seilende aufweist und dass eine Einrichtung zum vergleichen gemessener und von weiteren Tauziehvorrichtungen empfangender Seillängendaten und zum Betätigen der regelbaren Kupplung vorhanden ist, die einen Steuerwert für die regelbare Kupplung aus dem Wert der freien Seillänge, dem Wert der freien Seillänge von wenigstens einer zweiten Tauziehvorrichtung, einem Wert für die Gesamtlänge des virtuell verbundenen Seiles und einer Funktion für die Federcharakteristik der virtuellen Feder bereitgestellt. Tauziehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Einrichtung zur Übertragung des Drehmoments und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle an das freie Seilende als Antriebsrad für einen formschlüssigen Umschlingungstrieb ausgeführt ist und das maschinenseitige Seilende als dazugehöriges Umschlingungselement ausgeführt ist. Tauziehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Übertragung des Drehmomentes und der Winkelbewegung der Kupplungsausgangswelle auf das freie Seilende als Seiltrommel ausgeführt ist. Tauziehvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplungsausgangswelle und der Einrichtung zur Übertragung des Drehmoments und der Winkelbewegung an das freie Seilende eine Übersetzungsstufe vorhanden ist. Tauziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang zwischen der Kupplungsausgangswelle und der Einrichtung zur Übertragung des Drehmoments und der Winkelbewegung and das Seil ein Schaltgetriebe aufweist. Tauziehvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Kupplung eine Einrichtung zur Kraftregelung aufweist die mit dem Steuerwert aus Anspruch 1 angesprochen wird.






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