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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung,
die in nur einer Vorrichtung zwei unterschiedliche Reibungseigenschaften
vereint, die wahlweise bzw. je nach Bedarf zur Verfügung stehen
sollen.
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Es
gibt verschiedene Einsatzzwecke, bei denen es wünschenswert wäre, wenn
eine Vorrichtung bzw. ein Element je nach Umgebungsbedingungen oder
Betriebszuständen
unterschiedliche Reibungseigenschaften zeigen könnte. Solche Anwendungen sind
zum Beispiel Arretiervorrichtungen, die nur bei Belastung arretieren,
sonst aber eine Verschiebung ermöglichen
sollen, oder auch Autoreifen, die grundsätzlich gute Haft- und Rolleigenschaften
zeigen, unter bestimmten Umständen
aber eine Bremsung verstärken
sollen.
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So
ist zum Beispiel in der
DE
26 45 639 A1 ein Luftreifen für Kraftfahrzeuge offenbart,
dessen Reifenkörper
mit verschiebbaren Gleitschutzstollen bzw. Spikes ausgestattet ist,
welche mit Hilfe eines elastischen, aufblasbaren Schlauches durch
die Reifenlauffläche
hindurch ausfahrbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Gleit- und
Bremsvorrichtung vorzusehen, die bei einfachem Aufbau zwei unterschiedliche
Reibungseigenschaften in sich vereint, die wahlweise bzw. je nach
Bedarf zur Verfügung
stehen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
hier vorgeschlagene kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung hat
einen Grundkörper
(von grundsätzlich
beliebiger Größe und Form)
mit wenigstens einem Oberflächenabschnitt,
in dem ein erster Teilbereich und ein zweiter Teilbereich definiert sind,
wobei der erste Teilbereich ein erstes Element aus einem Material
mit ersten Reibungseigenschaften aufweist, dessen Außenseite
eine erste Kontaktfläche
bildet; der zweite Teilbereich ein zweites Element aus einem Material
mit zweiten Reibungseigenschaften, die sich von den ersten Reibungseigenschaften
unterscheiden, dessen Außenseite
eine zweite Kontaktfläche
bildet, und eine elastische Einrichtung, die auf der der Oberfläche der
Gleit- und Bremsvorrichtung abgewandten Seite des zweiten Elements
angeordnet ist, aufweist; die Außenseite des ersten Elements
im ersten Teilbereich auf einem ersten Niveau liegt; und die Außenseite
des zweiten Elements im zweiten Teilbereich in einer ersten Betriebsstellung
der Gleit- und Bremsvorrichtung auf einem zweiten Niveau liegt,
das gegenüber
dem ersten Niveau des ersten Elements zurückgesetzt oder vorgeschoben
ist, sodass eine Kontaktfläche
der Gleit- und Bremsvorrichtung durch die erste bzw. die zweite Kontaktfläche gebildet
ist, und in einer zweiten Betriebsstellung der Gleit- und Bremsvorrichtung
mittels der elastischen Einrichtung auf ein drittes Niveau, das
gegenüber
dem ersten Niveau des ersten Elements vorgeschoben bzw. zurückgesetzt
ist, sodass eine Kontaktfläche
der Gleit- und Bremsvorrichtung durch die zweite bzw. die erste
Kontaktfläche
gebildet ist, bringbar ist.
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Bei
dieser kombinierten Gleit- und Bremsvorrichtung ist in dem speziellen
Oberflächenabschnitt
in einem ersten Betriebszustand zum Beispiel nur das zweite Element
aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften wirksam, da es gegenüber dem
ersten Element vorgeschoben ist. Bei einer Belastung der Vorrichtung
wird zum Beispiel die elastische Einrichtung komprimiert und das
erste und das zweite Element liegen etwa auf dem gleichen Niveau,
sodass nun auch das erste Element aus einem Material mit guten Bremseigenschaften
wirksam ist, was in einer Bremswirkung der gesamten Vorrichtung
resultiert. Dieses Funktionsprinzip ist im Rahmen der Erfindung auch
in vielen Variationen umkehrbar, wie aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele
hervorgeht.
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Die
kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung kann immer dann in vorteilhafter
Weise eingesetzt werden, wenn gegensätzliche Anforderungen an unterschiedliche
Betriebszustände
gestellt werden, wie einerseits extrem geringe/hohe Widerstände und
andererseits bei Bedarf eine sofortige oder sukzessive Umkehr des
Reibungszustandes.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Reibungseigenschaften” im Rahmen
der vorliegenden Erfindung alle Reibungseigenschaften, Haftungseigenschaften,
Gleiteigenschaften und dergleichen umfassen soll.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elastische Einrichtung
ein Element mit vorbestimmten elastischen Eigenschaften, wie beispielsweise eine
Feder oder ein Block aus einem bestimmten elastischen Kunststoffmaterial.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die elastische
Einrichtung eine Vorrichtung mit veränderbaren elastischen Eigenschaften
und zum Beispiel pneumatisch, pyrotechnisch, elektromagnetisch oder
dergleichen steuerbar. Hierbei kann die elastische Einrichtung in
ihren elastischen Eigenschaften nur einmalig oder auch reversibel
veränderbar
sein.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elastische Einrichtung
in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Tiefenrichtung der Gleit- und
Bremsvorrichtung genauso groß wie
oder kleiner als das zweite Element ausgebildet.
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Das
erste Element im ersten Teilbereich kann entweder direkt auf dem
Grundkörper
der Gleit- und Bremsvorrichtung angeordnet sein oder über eine
Zwischenschicht auf dem Grundkörper
der Gleit- und Bremsvorrichtung angeordnet sein. Im letztgenannten
Fall ist das erste Element im ersten Teilbereich bevorzugt aus dem
gleichen Material wie die Zwischenschicht und integral mit dieser
ausgebildet.
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Ferner
können
das erste Element im ersten Teilbereich und das zweite Element im
zweiten Teilbereich entweder als separate Komponenten oder als ein
Verbundkörper
ausgebildet sein.
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Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht eines Oberflächenabschnitts einer kombinierten
Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2A eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem ersten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2B eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem zweiten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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3A eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem ersten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3B eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem zweiten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
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4A eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem ersten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
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4B eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem zweiten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
und
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5 eine
Seitenschnittansicht des Oberflächenabschnitts
von 1 gemäß Linie
II-II in 1 in einem ersten Betriebszustand
der Gleit- und Bremsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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Ein
erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
kombinierten Gleit- und Bremsvorrichtung wird nun unter Bezug auf 1, 2A und 2B näher erläutert. Im
Anschluss werden verschiedene abgewandelte Ausführungsformen Bezug nehmend
auf 3 bis 5 beschrieben.
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Die
kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung 10 besteht im Wesentlichen
aus einem Grundkörper 24,
der wenigstens einen Oberflächenabschnitt 11 besitzt,
in dem ein erster Teilbereich 12 und ein zweiter Teilbereich 14 definiert
sind. In dem ersten Ausführungsbeispiel
von 1 und 2 ist der Oberflächenabschnitt 11 im
Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet,
und der zweite Teilbereich 14 besteht aus mehreren separaten,
rechteckförmigen
Bereichen innerhalb des ersten Teilbereichs 12.
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Die
vorliegende Erfindung ist aber nicht nur auf die in 1 und 2 dargestellte Gestaltung des Oberflächenabschnitts 11 und
der Teilbereiche 12 und 14 beschränkt. Sowohl
der Grundkörper 24 als auch
der Oberflächenabschnitt 11 und
die Teilbereiche 12, 14 können grundsätzlich beliebige Formen und
Größen annehmen.
So kann zum Beispiel der Grundkörper 24 plattenförmig, zylinderförmig, reifenförmig, kugelförmig und
dergleichen ausgebildet sein; der Oberflächenabschnitt 11 kann
sich auf einer beliebigen, d. h. insbesondere auch flachen oder
gekrümmten,
Seite des Grundkörpers 24 befinden;
der Oberflächenabschnitt 11 kann
rechteckförmig,
quadratisch, kreisförmig,
elliptisch, polygonal und der dergleichen geformt sein; der erste
und der zweite Teilbereich 12, 14 können jeweils
sowohl zusammenhängend
oder mehrteilig aufgebaut sein; der erste und der zweite Teilbereich 12, 14 können rechteckförmig, quadratisch,
kreisförmig,
polygonal und dergleichen geformt sein. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch
möglich,
dass der speziell ausgebildete Oberflächenabschnitt 11 die
gesamte Oberfläche der
Gleit- und Bremsvorrichtung einnimmt.
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Wie
insbesondere in 2A und 2B erkennbar,
weist der erste Teilbereich 12 ein erstes Element 16 auf,
und der zweite Teilbereich 14 weist ein zweites Element 18 und
eine elastische Einrichtung 20 auf. Das erste Element 16 besteht
aus einem Material mit ersten Reibungseigenschaften (zum Beispiel
mit einem hohen Reibungskoeffizienten), und das zweite Element 18 besteht
aus einem Material mit zweiten Reibungseigenschaften (zum Beispiel mit
einem niedrigen Reibungskoeffizienten), die sich von den ersten
Reibungseigenschaften deutlich unterscheiden. Die elastische Einrichtung 20 ist
auf der der Oberfläche
der Gleit- und Bremsvorrichtung 10 abgewandten Seite des
zweiten Elements 18, mit anderen Worten unterhalb des zweiten
Elements 18 vorgesehen.
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Das
erste Element 16 ist über
eine Zwischenschicht 22 mit dem Grundkörper 24 verbunden. Diese
Zwischenschicht 22 besteht vorzugsweise aus dem gleichen
Material wie das erste Element 16 und ist integral mit
diesem geformt. Ferner erstreckt sich die Zwischenschicht 22 über die
gesamte Oberfläche des
Grundkörpers 24,
d. h. auch außerhalb
des Oberflächenabschnitts 11,
falls sich der Oberflächenabschnitt 11 nicht über den
gesamten Grundkörper 24 erstreckt.
Im letztgenannten Fall entspricht die Dicke der Zwischenschicht 22 außerhalb
des Oberflächenabschnitts 11 bevorzugt
der Summe der Dicken der Zwischenschicht 22 und des ersten
Elements 16 innerhalb des Oberflächenabschnitts 11,
wie in 2A angedeutet.
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In 2A ist
ein erster Betriebszustand der kombinierten Gleit- und Bremsvorrichtung
veranschaulicht, der auch als Ausgangs- oder Ruhezustand bezeichnet
werden kann. In diesem ersten Betriebszustand liegt die Außenseite
des ersten Elements 16 auf einem ersten Niveau n1, und
die Außenseite
des zweiten Elements 18 liegt auf einem zweiten Niveau
n2, das gegenüber
dem ersten Niveau n1 vorgeschoben ist. Auf diese Weise ist im ersten
Betriebszustand nur das zweite Element 18 aktiv wirksam,
da das erste Element 16 nicht kontaktiert werden kann.
Besteht das erste Element 16 aus einem Material mit einem
hohen Reibungskoeffizienten und das zweite Element 18 aus
einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, so lässt die Gleit-
und Bremsvorrichtung 10 in diesem ersten Betriebszustand
zum Beispiel eine Verschiebung eines die Vorrichtung kontaktierenden
Gegenstandes leicht zu.
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Ein
zweiter Betriebszustand ist in 2B veranschaulicht.
Wie der Vergleich mit 2A zeigt, ist in diesem zweiten
Betriebszustand die elastische Einrichtung 20 unterhalb
des zweiten Elements 18 komprimiert, sodass die Außenseite
des zweiten Elements 18 auf einem dritten Niveau n3 liegt,
das gegenüber
dem unveränderten
ersten Niveau n1 des ersten Elements 16 zurückgesetzt
ist oder zumindest zu diesem fluchtend ist. Auf diese Weise ist
im zweiten Betriebszustand der Gleit- und Bremsvorrichtung das erste
Element 16 allein oder zusätzlich zum zweiten Element 18 aktiv.
Besteht das erste Element 16 wieder aus einem Material
mit einem hohen Reibungskoeffizienten und das zweite Element 18 aus einem
Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, so behindert
bzw. erschwert die Gleit- und Bremsvorrichtung 10 in diesem
zweiten Betriebszustand die Verschiebung eines die Vorrichtung kontaktierenden
Gegenstandes und kann so zum Beispiel als Arretiervorrichtung eingesetzt
werden.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die elastische Einrichtung 20 so ausgebildet, dass
sie im zweiten Betriebszustand komprimiert wird, sodass das zweite
Element 18 zurückgesetzt
wird. 3A und 3B zeigen
eine erste Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels in analogen
Darstellungen wie 2A und 26,
bei der die elastische Einrichtung 20 so ausgebildet, dass
sie im zweiten Betriebszustand ausgedehnt wird, sodass das zweite
Element 18 vorgeschoben wird.
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Eine
mögliche
Anwendung dieser Ausführungsform
wird zum Beispiel bei einem Autoreifen gesehen. Besteht das erste
Element 16 aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten (aber
immer noch guten Haftungseigenschaften) und das zweite Element 18 aus
einem Material mit einem sehr hohen Reibungskoeffizienten, so rollt
der Kraftfahrzeugreifen im ersten Betriebszustand, in dem das zweite
Element 18 gegenüber
dem ersten Element 16 zurückgesetzt ist, in üblicher
Weise über
einen Untergrund. Wird zum Beispiel für den Fall einer Vollbremsung
im Notfall ein zusätzliches
Bremsmoment benötigt,
so kann die elastische Einrichtung 20 aktiviert werden,
die sich dann ausdehnt und so das zweite Element 18 mit
seinen sehr hohen Reibungseigenschaften vorschiebt. Der Rollwiderstand
des Reifens wird dadurch wesentlich vergrößert.
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Wie
in 4A und 4B einer
dritten Ausführungsform
gezeigt, muss sich die elastische Einrichtung 20 nicht
notwendigerweise über
die gesamte Ausdehnung des zweiten Elements 18 erstrecken, sondern
kann alternativ auch nur eine geringere Größe besitzen. In diesem Fall
ist unterhalb des zweiten Elements 18 sowohl die elastische
Einrichtung 20 als auch ein Teil des ersten Elements 16 angeordnet.
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Schließlich zeigt 5 eine
weitere Ausführungsform
der kombinierten Gleit- und Bremsvorrichtung 10 analog
zur Darstellung von 2A, bei welcher die Zwischen schicht 22 weggelassen
ist. Das heißt,
das erste Element 16 und die elastische Einrichtung 20 sind
direkt auf dem Grundkörper 24 angeordnet.
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Für die elastische
Einrichtung 20 der wie oben beschrieben aufgebauten Gleit-
und Bremsvorrichtung 10 sind verschiedene Ausführungsformen denkbar.
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Die
elastische Einrichtung 20 kann zum Beispiel aus einem Element
mit vordefinierten elastischen Eigenschaften gebildet sein. Ein
solches Element ist zum Beispiel eine Feder oder ein Block aus einem
bestimmten Kunststoffmaterial.
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Alternativ
kann die elastische Einrichtung 20 auch eine Vorrichtung
sein, deren elastische Eigenschaften steuerbar sind. Die Steuerung
der elastischen Eigenschaften kann zum Beispiel pneumatisch, pyrotechnisch,
elektromagnetisch, elektrisch oder dergleichen erfolgen.
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Die
steuerbaren elastischen Eigenschaften sind je nach Ausführungsform
der elastischen Einrichtung 20 nur einmalig veränderbar
oder können mehrmals
wiederholt verändert
werden (reversibel). Ferner kann die elastische Einrichtung 20 zum
Beispiel auf äußere Einflüsse (Belastung,
Temperatur, Druck, Fliehkräfte,
etc.) reagieren oder gezielt über geeignete
Steuerelemente und Stellglieder aktiviert werden.
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Bei
den obigen Ausführungsbeispielen
wurden das erste und das zweite Element 16, 18 jeweils als
separate Komponenten beschrieben. Es ist aber auch möglich, das
erste und das zweite Element 16, 18 zum Beispiel
aus verschiedenen Kunststoffmaterialien als ein Verbundelement herzustellen.
Gegebenenfalls kann hierbei sogar auch die elastische Einrichtung 20 mit
integriert werden.
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Sämtlichen
oben beschriebenen und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
ist gemeinsam, dass die kombinierte Gleit- und Bremsvorrichtung
zwei Teilbereiche besitzt, denen unterschiedliche Reibungseigenschaften zugewiesen
sind und die wahlweise bzw. bei Bedarf zum Einsatz kommen können. Mittels
einer elastischen Einrichtung wird dabei bewirkt, dass jeweils im Wesentlichen nur
ein Bereich durch einen angrenzenden Gegenstand kontaktiert werden
kann und damit im Wesentlichen nur dessen Reibungseigenschaften
zum Tragen kommen.
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- 10
- Gleit-
und Bremsvorrichtung
- 11
- Oberflächenabschnitt
- 12
- erster
Teilbereich
- 14
- zweiter
Teilbereich
- 16
- erstes
Element
- 18
- zweites
Element
- 20
- elastische
Einrichtung
- 22
- Zwischenschicht
- 24
- Grundkörper
- n1
- erstes
Niveau (des ersten Elements 16)
- n2
- zweites
Niveau (des zweiten Elements 18)
- n3
- drittes
Niveau (des zweiten Elements 18)