CZ306684B6 - Mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru - Google Patents

Abstract

Mechanismus k optimalizaci ovládací síly (21) s plynulou automatickou změnou převodového poměru pomocí alespoň jednoho, prvního volně posuvného uchycení (5), kde v závislosti na úhlu pootočení prvního ramene (11), které je pevně nebo nastavitelně spojeno s druhým ramenem (13) se automaticky plynule nastavuje nejkratší možná délka spojovacího členu (4), přičemž obě ramena jsou jako celek otočná kolem otočného bodu (7). Tím se mění pracovní délka prvního ramene (11) a dochází k automatické plynulé změně převodového poměru mezi prvním ramenem (11) a druhým ramenem (13), přičemž poloha prvního spojovacího členu (4) zůstává po celou dobu pohybu prakticky kolmá k prvnímu rameni (11), čímž je zajištěno, že také působící síla je prakticky kolmá k prvnímu rameni (11) a složka síly působící ve směru požadovaného pohybu je optimalizována. Zmíněný mechanismus eliminuje lineární nárůst síly, například pružiny nebo jiného akumulátoru energie (19), v závislosti na zdvihu. Mechanismus může mít celou řadu výhodných provedení, např. s kladkou (9).

Description

Vynález se týká mechanismu k optimalizaci ovládací síly v závislosti na zdvihu nebo úhlu pootočení.

Dosavadní stav techniky

Při ovládání strojních součástí s akumulací síly nebo energie dochází často k situaci, kdy počáteční minimální ovládací síla lineárně nebo nelineárně roste v závislosti na zdvihu nebo úhlu pootočení. To může činit problémy z důvodu nutnosti většího dimenzování mechanismu a v neposlední řadě také zachycení reakčních sil takového mechanismu.

Jediná bližší známá konstrukce, která se snaží o řešení výše popsané situace je zařízení pro kompenzaci gravitace podle dokumentu WO 2005/116487 (AI), které popisuje vyvažování protizávaží pomocí pružiny, přičemž buď protizávaží, nebo pružina, případně jak protizávaží, tak pružina, jsou zavěšeny na kladce s poloměrem pevně daným tvarem kladky měnícím se v závislosti na úhlu pootočení. Variantou tohoto řešení je páka otočně uložená přibližně ve svém středu, na které je na pevném rameni zavěšena pružina a druhé rameno, kde je zavěšeno závaží, má proměnou délku v závislosti na úhlu pootočení. To je realizováno pohyblivým uchycením závaží na páce, kdy je toto uchycení vedeno v drážce, která určuje velikost ramene.

Společnou nevýhodou všech těchto řešení je to, že síla od závaží může působit pouze ve vertikálním směru a v některých případech dochází k nepříznivému rozkladu sil, což platí zejména pro popsaný případ s pákou.

Úkolem vynálezu je nalezení konstrukce mechanismu, která při použití téměř se neměnící optimální síly umožní ovládání různých mechanismů, například otevíracího a zavíracího mechanismu dveří při minimálním zatěžování jejich závěsů nebo u řady aplikací nahrazení v současné době používaných protizávaží pružinou nebo jiným akumulátorem energie, při zajištění konstantního průběhu síly.

Podstata vynálezu

Uvedený vynález řeší a nedostatky známých řešení tohoto druhu do značné míry odstraňuje mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru podle tohoto vynálezu, přenášející sílu například na otevírací a zavírací mechanismus dveří, jehož podstata spočívá v tom, že druhé rameno otáčející se okolo otočného boduje pevně nebo nastavitelně spojeno s prvním ramenem, které je opatřeno úpravou pro vložení posuvného uchycení pro automatickou změnu převodového poměru mezi prvním a druhým ramenem. Působením síly na druhé rameno, otáčející se okolo otočného bodu, pevně spojené s prvním ramenem se automaticky optimálně mění převodový poměr mezi prvním a druhým ramenem. Například při ovládání strojní součásti s lineárním nárůstem síly v závislosti na zdvihu, pak může zůstávat síla na druhém rameni prakticky konstantní a její maximální velikost nepřesáhne polovinu maximální síly, která by jinak byla zapotřebí.

Řešení podle vynálezu má výhodu v tom, že použitím kladky a posuvného uchycení spojovacího členu je zajištěno, že optimálně zpřevodovaná síla působí vždy kolmo k proměnnému rameni a téměř tedy nedochází k nežádoucímu rozkladu sil.

V řadě případů je možné použitím tohoto vynálezu, nahradit dosud používaná protizávaží.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, kde obr. 1 ukazuje mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru v základní poloze s rameny pevně nebo nastavitelně spojenými, která jsou jako celek otočná kolem otočného bodu. Obr. 2a, 2b a 3 znázorňují příklad, kdy je popisovaný mechanismus použit jako ovládací mechanismus k ovládání otevíracího a zavíracího mechanismu křídla dveří, přičemž obr. 3 znázorňuje ovládací mechanismus při maximálním vychýlení s maximálním převodovým poměrem. Obr. 4a, 4b, 4c, 4d a 4e znázorňují schematicky možnosti různého uspořádání jednotlivých prvků mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru. Obr. 5 znázorňuje příklad využití mechanismu k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru pro vyrovnání konstantní zátěže, např. hmotnosti, při použití akumulátoru s lineárně rostoucí silou. Obr. 6a, 6b a 6c znázorňují příklady možností uchycení posuvného členu.

Příklad uskutečnění vynálezu

Obr. 1 schematicky znázorňuje příklad provedení, kdy kolem otočného bodu 7 se otáčí první rameno 11 pevně nebo nastavitelně spojené s druhým ramenem 13. V závislosti na úhlu pootočení se na prvním rameni 11 automaticky pohybuje první volně posuvné uchycení 5 akumulátoru energie 19 ve směru pohybu 18. Akumulátor energie 19 může být realizován např. tažnou pružinou otočně uloženou v otočném uchycení 20. Akumulátor energie 19, může být pneumatický, pneumaticko-hydraulický, nebo na jiném fyzikálním principu. Současně se na druhém rameni 13, které je pevně nebo nastavitelně spojené s prvním ramenem II pohybuje druhé volně posuvné uchycení 23 druhého spojovacího členu 22 ve směru pohybu 24. Druhý spojovací člen 22 je dále veden přes druhou kladku 25, otáčející se na čepu 26. Uspořádání uchycení akumulátoru energie 19 zajišťuje, že složka síly Fa kolmá k prvnímu rameni 11 je po celou dobu pohybu ve směru pohybu 18 prvního volně posuvného uchycení 5 akumulátoru energie 19 prakticky shodná s vektorem síly působícím v posuvném uchycení 5. Obdobně uspořádání druhého volně posuvného uchycení 23 druhého spojovacího členu 22 přes druhou kladku 25 zajišťuje, že složka síly Fr kolmá k druhému rameni 13, je po celou dobu pohybu ve směru pohybu 24 druhého volně posuvného uchycení 23 prakticky shodná s vektorem síly působícím v druhém volně posuvném uchycení 23.

Obr. 2a a 2b znázorňují příklad provedení, kdy je popisovaný mechanismus použit jako mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru II k ovládání otevíracího a zavíracího mechanismu I dveřního křídla 1. Otočné uložení 8, otáčející se okolo otočného bodu 7, připevněné na nosném dílu 6 je spojeno pomocí otočného čepu 12 druhého ramena 13 s prvním ramenem JJ· Druhé rameno 13, na které působí ovládací síla 21, se opírá opěrnou plochou 14 o otočné uložení 8. Tato konstrukce umožňuje odklopení druhého ramena 13 v případě, že mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru II je montován po obou stranách dveřního křídla 1 a zamezuje případnému úrazu osoby nalézající se na opačné straně než je obsluhující osoba. Na otočném uložení 8 je dále pevně připevněno první rameno 11, v jehož drážce 15 se automaticky, v závislosti na úhlu pootočení pohybuje první spojovací člen 4 s prvním volně posuvným uchycením 5. Spojovací člen 4 je veden přes první kladku 9, uloženou na čepu 10. Například při ovládání strojní součásti s lineárním nárůstem síly v závislosti na zdvihu, pak může zůstávat síla na druhém rameni 13 prakticky konstantní a její maximální velikost nepřesáhne polovinu maximální síly, která by jinak byla zapotřebí. Uspořádání první kladky 9 a prvního volně posuvného uchycení 5 prvního spojovacího členu 4 zajišťuje, že zpřevodovaná síla působí vždy kolmo k prvnímu rameni 11 a téměř tedy nedochází k nežádoucímu rozkladu sil.

Na obr. 3 je znázorněn mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru při maximálním vychýlení. Velikost druhého ramena 13 je stejná jako před vychýlením, zatímco pracovní část prvního ramena 11 se zmenšila na minimum, čímž došlo k plynulé automatické změně převodového poměru.

Obr. 4a znázorňuje schematicky jednu z možností uspořádání jednotlivých prvků. Při působení ovládací silou 21 ve směru pohybu 17 dochází k pohybu prvního ramena 11 ve směru pohybu 16. tím také dochází k pohybu prvního volně posuvného uchycení 5 ve směru pohybu 18. První spojovací člen 4 je veden přes první kladku 9 otáčející se na otočném uložení 8 a poté je uchycen na akumulátoru energie 19, což může být například tažná pružina, která je svým druhým koncem připevněna k otočnému uchycení 20. Obr. 4b znázorňuje jiné umístění akumulátoru energie 19 a první kladky 9. Obr. 4c znázorňuje příklad, kdy první rameno 11 a druhé rameno 13 jsou sloučeny do jednoramenné páky otáčející se kolem otočného bodu 7. Na obr. 4d je znázorněn příklad, kdy je také druhé rameno 13 opatřeno druhým volně posuvným uchycením 23, na kterém je uchycen druhý spojovací člen 22, který se pohybuje ve směru pohybu 24. Pro funkci je použit druhý spojovací člen 22, který je veden přes druhou kladku 25 otáčející se na čepu 26. Na obr. 4e je znázorněn příklad, kdy místo první kladky 9 je na otočném uchycení 20 připevněn akumulátor energie 19, druhým koncem je akumulátor energie 19 připevněn k prvnímu volně posuvnému uchycení 5, pohybujícím se ve směru pohybu 18. Obr. 5 znázorňuje působení akumulátoru energie 19 pro vyvažování konstantní hmotnosti 28. Obr. 6a znázorňuje posuvné uchycení 5 prvního spojovacího členu 4 v drážce 15 v prvním rameni 11. Stejný způsob uložení lze použít u druhého ramena 13.

Obr. 6b znázorňuje první spojovací člen 4 a jeho posuvné uchycení 5 na prvním rameni ££ pomocí třetí kladky 27. Stejný způsob uložení lze použít u druhého ramena 13. Obr. 6c znázorňuje kruhové kluzné uložení. Popisovaný mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměřuje možné používat dvojím způsobem:

1) Shodně jako je uvedeno v příkladu uskutečnění pro otevírací a zavírací mechanismus dveří, obr. 2a, 2b a 3, tzn., že se působí silou na druhé rameno 13 a zpřevodovaná síla se přenáší pomocí spojovacího členu 4 na otevírací a zavírací mechanismus dveří, nebo jiný mechanismus.

2) Při otočném uchycení akumulátoru energie 19, jakmile se druhé rameno £3, alternativně první rameno ££ (Obr. 1) dostane do spodní polohy, lze využít síly na druhém rameni 13, alternativně na prvním rameni ££, obr. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 5.

Průmyslová využitelnost

Mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru je možno využít ve všech odvětvích, kde je žádoucí eliminovat lineární nárůst síly například pružiny nebo jiného akumulátoru síly v závislosti na zdvihu a nahradit jej konstantní velikostí síly. Příkladem použití může být nahrazení v současné době používaných protizávaží nebo významné snížení maximální nutné ovládací síly při ovládání mechanismů s pružinou nebo jiným akumulátorem energie při zachování původní funkce.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Mechanismus k optimalizaci ovládací síly s plynulou automatickou změnou převodového poměru, vyznačující se tím, že sestává ze dvou pevně nebo vzájemně nastavitelně spojených ramen tvořících celek otočný kolem otočného bodu (7), přičemž první rameno (11) je opatřeno prvním volně posuvným uchycením (5) prvního spojovacího členu (4), pro plynulou změnu převodového poměru.
2. 2. Mechanismus podle nároku 1, vyznačující se tím, že první spojovací člen (4) je napojen na akumulátor energie (19).
3. 3. Mechanismus podle nároku 2, vyznačující se tím, že akumulátorem energie (19) je pružina s lineární charakteristikou.
4. 4. Mechanismus podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že první spojovací člen (4) je veden přes první kladku (9).
5. 5. Mechanismus podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že druhé rameno (13) je opatřeno druhým volně posuvným uchycením (23) druhého spojovacího členu (22), pro plynulou změnu převodového poměru, přičemž druhý spojovací člen (22) je napojen na zdroj ovládací síly (21).
6. 6. Mechanismus podle nároku 5, vyznačující se tím, že druhý spojovací člen (22) je veden přes druhou kladku (25).
7. 7. Mechanismus podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že první rameno (11) a druhé rameno (13) jsou sloučena do jednoramenné páky.