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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung nimmt gemäß 35 U.S.C. §119(e) den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung mit Nr. 61/711,781, eingereicht am 10. Oktober 2012, in Anspruch, wobei diese Anmeldung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Federbein für einen mechanischen Spanner mit einem verlagerbaren Keil und einer sekundären Feder, um eine erhöhte Dämpfung zu ermöglichen.
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Federbeine für mechanische Spanner werden zum Absorbieren oder Dämpfen einer Kraft verwendet, die an das Federbein in einer ersten Richtung angelegt wird, indem eine erste Komponente, an welche die Kraft angelegt wird, in der ersten Richtung in Bezug auf eine feste Komponente des Federbeins verlagert wird. Zum Beispiel werden Federbeine benutzt, um eine Kraft und Vibrationen, die mit dem Betrieb von Kettensystemen im Zusammenhang stehen, zu modulieren. Eine Feder für das Federbein wirkt der Verlagerung der ersten Komponente in der ersten Richtung entgegen, wobei der Grad der Verlagerung der ersten Komponente von der relativen Größe der angelegten Kraft in Bezug auf die Federkraft abhängig ist. Nach Freigabe oder Verringerung der Kraft verlagert die Feder die erste Komponente in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, in Bezug auf die feste Komponente. Wünschenswerterweise wird die Dämpfung der ersten Komponente in der zweiten Richtung beseitigt oder minimiert. Das heißt, dass die Dämpfung des Federbeins im Idealfall nur in der ersten Richtung undirektional ist.
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Zur Maximierung der Dämpfung in der ersten Richtung werden Reibungskräfte maximiert, die durch den Kontakt der ersten Komponente mit anderen Komponenten des Federbeins erzeugt werden. Allerdings eine Maximierung der Reibungskräfte maximiert Kräfte, welche die erste Komponente in einer eingefahrenen Position verriegelt (um einen maximalen Abstand in der ersten Richtung zu verlagern). Wenn diese Kräfte zu groß sind, kann die Feder die erste Komponente nicht in die zweite Richtung verlagern, wenn die Kraft in der ersten Richtung verringert oder entfernt wird. Weiterhin, selbst wenn die Feder die erste Komponente in die zweite Richtung verlagern kann, wenn die Kraft in die erste Richtung verringert oder entfernt wird, können die Reibungskräfte trotzdem während der Verlagerung in der zweiten Richtung vorhanden sein, was zu einer unerwünschten Dämpfung in der zweiten Richtung führt.
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Die
US-Patentschriften Nr. 6,702,266 ;
6,612,408 ;
5,951,423 und
4,606,442 sowie die US-Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2002/0025869 offenbaren die Verwendung von komplementär abgewinkelten und zueinander passenden jeweiligen Oberflächen für Komponenten, die während des Betriebs gekuppelt werden, um eine in eine erste Richtung angelegte Kraft zu dämpfen. Die Verringerung der Komplementärwinkel erhöht die gewünschte Dämpfung. Um allerdings zu verhindern, dass sich die Oberflächen miteinander verriegeln (aufgrund von Reibungs- und Druckkräften), was die gewünschte Verlagerung in einer zweiten entgegengesetzten Richtung verhindern würde, wenn die Kraft reduziert oder entfernt wird, oder zu einer unerwünschten Dämpfung in der zweiten Richtung führt, müssen die Winkel relativ groß gehalten werden. Das heißt, wenn die Winkel zu klein sind, führt die Kupplung der jeweiligen Oberflächen zu einer so großen Reibungs-/Druckkraft, welche die jeweiligen Oberflächen in Kontakt hält, dass die Oberflächen verriegelt bleiben oder mindestens teilweise gekuppelt bleiben, wenn die Kraft reduziert oder entfernt wird. Daher ist der Betriebsbereich der jeweiligen Vorrichtungen unerwünschterweise eingeschränkt und/oder eine unerwünschte Dämpfung tritt in der zweiten Richtung auf.
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Gemäß hierin dargestellten Aspekten wird ein Federbein für einen mechanischen Spanner bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das einen ersten Innenraum aufweist; einen Stößel, der mindestens teilweise in dem ersten Innenraum angeordnet ist und eine erste äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer ersten axialen Richtung verjüngt; eine primäre Feder, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Gehäuse gekuppelt sind; ein Keilelement, das in dem ersten Innenraum angeordnet ist und mindestens eine erste innere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer zweiten axialen Richtung verjüngt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, und direkt mit der ersten äußeren Umfangsoberfläche kuppelbar ist; und eine sekundäre Feder, die direkt mit dem Keilelement und mindestens einem Abschnitt des Stößels gekuppelt ist, um den mindestens einen Abschnitt des Stößels in die zweite axiale Richtung zu pressen. Die primäre Feder presst den Stößel in Bezug auf das Gehäuse mit einer ersten Kraft in die zweite axiale Richtung. In einem vollständig ausgefahrenen Modus ist der Stößel in der zweiten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse um einen maximalen Abstand verlagert. In einem eingefahrenen Modus ist der Stößel in Bezug auf das Gehäuse in der ersten axialen Richtung als Reaktion auf das Anlegen einer zweiten Kraft, die um eine erste Menge größer als die erste Kraft ist, an den Stößel in der ersten axialen Richtung um einen zweiten Abstand verlagert. wenn die zweite Kraft um eine zweite Menge verringert ist, ist der Stößel zum Verlagern in Bezug auf das Gehäuse in der zweiten axialen Richtung konfiguriert.
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Gemäß hierin dargestellten Aspekten ist ein Federbein für einen mechanischen Spanner bereitgestellt, das ein Gehäuse, das einen ersten Innenraum aufweist; und einen Stößel mit einer Nase und einem Schieber aufweist. Die Nase ist mindestens teilweise in dem ersten Innenraum angeordnet und weist einen zweiten Innenraum und eine erste äußere Umfangsoberfläche auf, die sich in einer ersten axialen Richtung verjüngt. Der Schieber ist mindestens teilweise in dem ersten und dem zweiten Innenraum angeordnet. Das Federbein weist eine Feder und ein Keilelement auf. Die Feder weist ein erstes Ende, das direkt mit dem Gehäuse gekuppelt ist, und ein zweites Ende auf, das direkt mit dem Schieber gekuppelt ist, und presst den Schieber in Bezug auf das Gehäuse mit einer ersten Kraft in eine zweite axiale Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist. Das Keilelement ist in dem ersten Innenraum angeordnet, direkt mit dem Schieber gekuppelt und weist mindestens eine erste innere Umfangsoberfläche auf, die sich in der zweiten axialen Richtung verjüngt und direkt mit der ersten äußeren Umfangsoberfläche kuppelbar ist. In einem vollständig ausgefahrenen Modus ist die Nase in der zweiten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse um einen maximalen Abstand verlagert. In einem eingefahrenen Modus ist die Nase in Bezug auf das Gehäuse in der ersten axialen Richtung als Reaktion auf das Anlegen einer zweiten Kraft, die um eine erste Menge größer als die erste Kraft ist, an die Nase in der ersten axialen Richtung verlagert. Wenn die zweite Kraft um eine zweite Menge verringert ist, ist der Schieber zum Verlagern in Bezug auf das Gehäuse in der zweiten axialen Richtung konfiguriert.
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Gemäß hierin dargestellten Aspekten ist ein Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung mittels eines Federbeins für einen mechanischen Spanner bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das einen ersten Innenraum aufweist; einen Stößel, der mindestens teilweise in dem ersten Innenraum angeordnet ist und eine erste äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer ersten axialen Richtung verjüngt; eine primäre Feder, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Gehäuse gekuppelt sind; ein Keilelement, das in dem ersten Innenraum angeordnet ist und mindestens eine erste innere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer zweiten axialen Richtung verjüngt, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, und direkt mit der ersten äußeren Umfangsoberfläche kuppelbar ist; und eine sekundäre Feder, die direkt mit dem Keilelement und mindestens einem Abschnitt des Stößels gekuppelt ist. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Anlegen einer ersten Kraft an den Stößel mittels der primären Feder; Verlagern des Stößels in der zweiten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse; Pressen des mindestens einen Abschnitts des Stößels in die zweite axiale Richtung in Bezug auf das Gehäuse mit der sekundären Feder; Verlagern des Stößels mittels der primären Feder um einen maximalen Abstand in der zweiten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse; Anlegen einer zweiten Kraft, die um eine erste Menge größer als die erste Kraft ist, an den Stößel in der ersten axialen Richtung; Verlagern des Stößels in der ersten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse; Verringern der zweiten Kraft um eine zweite Menge; und Verlagern des Stößels in Bezug auf das Gehäuse in der zweiten axialen Richtung.
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Gemäß hierin dargestellten Aspekten ist ein Verfahren zum Dämpfen einer Bewegung mittels eines Federbeins für einen mechanischen Spanner bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das einen ersten Innenraum aufweist; einen Stößel, der eine Nase aufweist, die mindestens teilweise in dem ersten Innenraum angeordnet ist, und einen zweiten Innenraum und eine erste äußere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer ersten axialen Richtung verjüngt, und einen Schieber, der mindestens teilweise in dem ersten und dem zweiten Innenraum angeordnet ist; eine Feder, die ein erstes Ende, das mit dem Gehäuse direkt gekuppelt ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Schieber direkt gekuppelt ist; und ein Keilelement, das in dem ersten Innenraum angeordnet ist, mit dem Schieber direkt gekuppelt ist und mindestens eine erste innere Umfangsoberfläche aufweist, die sich in der zweiten axialen Richtung verjüngt und direkt mit der ersten äußeren Umfangsoberfläche kuppelbar ist. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Anlegen einer ersten Kraft an den Schieber mittels der primären Feder; Verlagern des Schiebers und der Nase in Bezug auf das Gehäuse in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist; Anlegen einer zweiten Kraft, die um eine erste Menge größer als die erste Kraft ist, an die Nase in der ersten axialen Richtung; Verlagern des Schiebers und der Nase in der ersten axialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse; Verringern der zweiten Kraft um eine zweite Menge; und Verlagern des Schiebers und der Nase in Bezug auf das Gehäuse in der zweiten axialen Richtung.
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Verschiedene Ausführungsformen sind rein beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen offenbart, in denen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnen. Es zeigen:
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1A eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darstellt;
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1B eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem zylindrischen Koordinatensystem aus 1A, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darstellt; und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Federbeins für einen mechanischen Spanner mit sekundärer Feder;
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3 eine Querschnittsansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 2 dargestellt ist, in einem vollständig ausgefahrenen Modus;
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3A eine Detailansicht des Bereichs 3A aus 3;
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4 eine Querschnittsansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 3 dargestellt ist, im eingefahrenen Modus;
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5 eine perspektivische Ansicht des Keilelements aus 2;
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6 eine Querschnittsansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 2 dargestellt ist, in einem vollständig ausgefahrenen Modus;
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7 eine Querschnittsansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 6 dargestellt ist, in einem eingefahrenen Modus;
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8 eine perspektivische Ansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 2 dargestellt ist, in einem vollständig ausgefahrenen Modus; und
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9 eine perspektivische Ansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 8 dargestellt ist, in einem eingefahrenen Modus.
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Eingangs wird man zu schätzen wissen, dass ähnliche Zeichnungsnummern auf verschiedenen Zeichnungsansichten gleiche oder funktionell ähnliche strukturelle Elemente der Offenbarung identifizieren. Man wird verstehen, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte eingeschränkt ist.
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Darüber hinaus wird man verstehen, dass diese Offenbarung nicht auf die jeweils beschriebene Methodologie, Materialien und Modifikationen eingeschränkt ist und daher natürlich variieren kann. Man wird auch verstehen, dass die hier verwendete Terminologie nur der Beschreibung bestimmter Aspekte dient und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken soll.
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Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hierin verwendeten Fachbegriffe und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, gewöhnlich verstehen würde. Man wird verstehen, dass beliebige Verfahren, Vorrichtungen oder Materialien, die den hierin beschriebenen ähnlich sind oder gleichen, in der Praxis oder Erprobung der Offenbarung verwendet werden können.
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1A ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darstellt. Die vorliegende Erfindung ist mindestens teilweise im Rahmen eines zylindrischen Koordinatensystems beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezugspunkt für die folgenden Richtungs- und Raumbegriffe verwendet wird. Die Adjektive „axial”, „radial” und „Umfangs-” beziehen sich auf eine Ausrichtung, die zu der Achse 81 bzw. dem Radius 82 (der zu der Achse 81 orthogonal ist) und dem Umfang 83 parallel ist. Die Adjektive „axial”, „radial” und „Umfangs-” beziehen sich auch auf eine Ausrichtung, die zu den jeweiligen Ebenen parallel ist. Zur Verdeutlichung der Anordnung der verschiedenen Ebenen werden die Objekte 84, 85 und 86 verwendet. Die Oberfläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet eine Linie entlang der Oberfläche. Die Oberfläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Oberfläche. Die Oberfläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsebene. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Oberfläche. Als weiteres Beispiel ist die axiale Bewegung oder Anordnung zu der Achse 81 parallel, die radiale Bewegung oder Anordnung ist parallel zu dem Radius 82 und die Umfangsbewegung oder -anordnung ist parallel zu dem Umfang 83. Die Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.
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Die Adverbien „axial”, „radial” und „Umfangs-” beziehen sich auf eine Ausrichtung, die zu der Achse 81, dem Radius 82 bzw. dem Umfang 83 parallel ist. Die Adverbien „axial”, „radial” und „Umfangs-” beziehen sich auch auf eine Ausrichtung, die zu den jeweiligen Ebenen parallel ist.
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1B ist eine perspektivische Ansicht des Objekts 90 im dem zylindrischen Koordinatensystem 80 aus 1A, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darstellt. Das zylindrische Objekt 90 repräsentiert ein zylindrisches Objekt in einem zylindrischen Koordinatensystem und soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Das Objekt 90 weist eine axiale Oberfläche 91, eine radiale Oberfläche 92 und eine Umfangsoberfläche 93 auf. Die Oberfläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Oberfläche 92 ist Teil einer radialen Ebene und die Oberfläche 93 ist eine Umfangsoberfläche.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Federbeins 100/200/300 für einen mechanischen Spanner.
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3 ist eine Querschnittsansicht des Federbeins 100 für einen mechanischen Spanner, das in 2 in einem vollständig ausgefahrenen Modus dargestellt ist.
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3A ist eine Detailansicht des Bereichs 3A aus 3.
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4 ist eine Querschnittsansicht des Federbeins 100 für einen mechanischen Spanner, das in 3 in einem eingefahrenen Modus dargestellt ist.
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4A ist eine Detailansicht des Bereichs 4A aus 4.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des Keilelements, das in 2 dargestellt ist. Im Folgenden wird insbesondere auf 2 bis 5 Bezug genommen. Das Federbein 100 weist ein Gehäuse 102, einen Stößel 104, ein Keilelement 106, eine primäre Feder 108 und eine sekundäre Feder 110 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die sekundäre Feder radial außerhalb der primären Feder angeordnet. Das Gehäuse 102 weist den Innenraum 112 auf. Der Stößel ist mindestens teilweise in dem Raum 112 angeordnet und in Bezug auf das Gehäuse axial verlagerbar. Der Stößel weist eine äußere Umfangsoberfläche OCS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD1 verjüngt. Das Keilelement ist in dem Raum 112 angeordnet und weist mindestens eine innere Umfangsoberfläche ICS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD2 verjüngt, die AD1 entgegengesetzt ist. Die Oberfläche OCS1 ist mit ICS1 direkt gekuppelt, wie weiter unten beschrieben. Der Ausdruck „Verjüngen” in einer axialen Richtung bezieht sich darauf, dass eine radiale Dicke einer Komponente in Richtung des Kegels abnimmt. Zum Beispiel ist die radiale Dicke RT des Keilelements an dem Ende E3 am größten und an dem Ende E4 am kleinsten.
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Die primäre Feder 108 weist ein Ende E1, das direkt mit dem Keilelement gekuppelt ist, und ein Ende E2 auf, das direkt mit dem Gehäuse gekuppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel steht die Feder 112 entweder mit dem Keilelement oder dem Gehäuse oder beiden in direktem Kontakt. Die primäre Feder presst den Stößel in Bezug auf das Gehäuse mit einer Kraft F1 in die axiale Richtung AD2. Die sekundäre Feder ist mit mindestens einem Abschnitt des Stößels und des Keilelements direkt gekuppelt, um den Abschnitt des Stößels in die Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement zu pressen. Die primäre und die sekundäre Feder können eine beliebige, dem Stand der Technik entsprechende Feder oder Federelement sein, zum Beispiel einschließlich, jedoch ohne Einschränkung auf eine Spiralfeder, eine Wellenscheibe oder eine Tellerfeder, welche die notwendigen Eigenschaften besitzt, um die oben und unten beschriebenen Funktionen auszuführen. Zum Beispiel können die jeweiligen Federraten der primären und der sekundären Feder gemäß den Anwendungsanforderungen ausgewählt werden.
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In einem vollständig ausgefahrenen Modus, wie zum Beispiel in 3 dargestellt, ist der Stößel um einen maximalen Abstand MD in Richtung AD2 in Bezug auf das Gehäuse verlagert. In einem eingefahrenen Modus, wie zum Beispiel in 4 dargestellt, ist der Stößel als Reaktion auf das Anlegen der Kraft F2 an den Stößel in die Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse in die Richtung AD1 verlagert. F2 ist mindestens um eine Reibungskraft FF1, die durch den Kontakt zwischen mindestens einer äußeren Umfangsoberfläche OCS2 des Keilelements und einer inneren Umfangsoberfläche ICS2 des Gehäuses erzeugt wird und der Bewegung des Stößels in axialer Richtung AD1 entgegenwirkt, größer als die Kraft F1. Wenn F2 um eine ausreichende Menge verringert ist, ist der Stößel zum Verlagern in Bezug auf das Gehäuse in Richtung AD2 konfiguriert. In einem vollständig eingefahrenen Modus ist die Feder 104 vollständig komprimiert und der Stößel ist in Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse maximal verlängert. Während des realen Betriebs kann sich das Federbein 100 zu verschiedenen Zeitpunkten in Zwischenzuständen zwischen einem vollständig ausgefahrenen und einem vollständig eingefahrenen Modus befinden.
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Wenn der Stößel in Richtung AD1 verlagert ist, wird die Reibungskraft FF1 erzeugt, wie oben erwähnt. Ferner tritt ICS1 während der Verlagerung des Stößels in Richtung AD1 mit OCS1 in Kontakt, um OCS2 radial nach außen zu pressen, um FF1 zu erhöhen. Während sich zum Beispiel OCS1 entlang ICS1 in Richtung AD1 verschiebt, legt OCS1 eine nach außen gerichtete Radialkraft RF1 an ICS1 an, die wiederum OCS2 gegen ICS2 mit einer nach außen gerichteten Radialkraft RF2 presst, um FF1 zu erhöhen. Das Keilelement verlagert sich in Richtung AD1 gegen F1 und FF2, sodass die Dämpfung in Richtung AD1 vorteilhaft erhöht wird. In einem Ausführungsbeispiel weist FF1 in Abwesenheit von RF2 einen Nennwert wie unten beschrieben auf.
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Wie oben erwähnt, werden im eingefahrenen Modus Radialkräfte RF1 und RF2 und Reibungskräfte FF1 und FF2 erzeugt oder sind vorhanden. Um eine ungedämpfte Verlagerung des Stößels in Richtung AD2 (der Übergang aus dem eingefahrenen Modus in den ausgefahrenen Modus, wenn F2 reduziert ist) zu ermöglichen, muss FF1 auf eine ausreichend kleine Größe reduziert werden. Dazu muss sich der Stößel in Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement verlagern, um RF1 und RF2 zu reduzieren. Um die Verlagerung des Stößels in Richtung AD2 zu ermöglichen, muss die Kraft FF2 überwunden werden. Vorteilhafterweise presst die sekundäre Feder den Stößel in Richtung AD2 mit der Kraft F3, die in Kombination mit der Kraft FF1 ausreichend ist, um den Stößel in Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement zu verlagern. Das heißt, FF2 ist geringer als die Summe FF1 und F3. Im Allgemeinen entspricht FF2 zur Optimierung der Dämpfung in Richtung AD1 mindestens FF1. In diesem Fall ist der Stößel ohne die Kraft F3 in Bezug auf das Keilelement nicht in die Richtung AD2 verlagerbar.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Keilelement 106 einen Umfangsspalt 114 auf. In einem freien/uninstallierten Zustand weist das Keilelement einen Außendurchmesser D1 auf, der geringer als der Durchmesser D2 des Raums 112 ist. Wenn also das Keilelement in dem Raum 112 installiert ist, wird das Keilelement radial derart eingefahren, dass der Spalt 114 reduziert ist und der Durchmesser D1 D2 im Wesentlichen entspricht. Die Reduzierung des Spalts 114 und des Durchmessers D1 führt dazu, dass OCS2 in Ermangelung von RF2 eine Nennkraft FF1 ausübt. Im Allgemeinen ist die Nennkraft FF1 angemessen, um eine axiale Position des Keilelements in Ermangelung axialer Kräfte auf das Keilelement beizubehalten und gleichzeitig den Widerstand gegenüber einer axialen Verlagerung des Keilelements in Richtung AD2 zu minimieren.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Umfangsoberfläche OCS1 oder ICS1 ein spitzer Winkel AA1 von zwischen 5 und 20 Grad in Bezug auf die Längsachse LX für das Federbein 100 und OCS1 und ICS1 sind im Wesentlichen parallel. Durch Verringern des Winkels AA1 wird die Dämpfung in Richtung AD1 wünschenswerterweise erhöht und, wie oben erwähnt, ermöglicht die Kraft F3, die von der sekundären Feder bereitgestellt wird, dass der Winkel verringert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung 116 auf eine oder beide Oberflächen OCS1 oder ICS1 aufgebracht, um die Größe von FF2 zu verringern, sodass eine weitere Reduzierung von AA1 oder F3 ermöglicht wird. Eine beliebige, dem Stand der Technik entsprechende Beschichtung kann benutzt werden.
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6 ist eine Querschnittsansicht des Federbeins 200 für einen mechanischen Spanner, das in 2 mit dem Schieber 202 einem ausgefahrenen Modus dargestellt ist.
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7 ist eine Querschnittsansicht des Federbeins 200 für einen mechanischen Spanner, das in 6 in einem eingefahrenen Modus dargestellt ist. Im Folgenden wird besonders auf 2 bis 7 Bezug genommen. Das Federbein 200 weist ein Gehäuse 102, einen Stößel 104, das Keilelement 106, die primäre Feder 204 und die sekundäre Feder 110 auf. Das Gehäuse 102 weist einen Innenraum 112 auf. Der Stößel 104 weist den Schieber 202 und die Nase 206 auf. Die Nase ist mindestens teilweise in dem Innenraum 112 angeordnet und weist den Innenraum 208 und das distale Ende E5 auf, das zur Aufnahme von F2 angeordnet ist. Der Schieber ist mindestens teilweise in den Räumen 112 und 208 angeordnet und weist den Innenraum 210 auf, der die primäre Feder teilweise umgibt, wobei das Ende E6 mit dem Ende E1 der primären Feder gekuppelt ist und das Ende E7 direkt mit dem Keilelement gekuppelt ist. Das Ende E2 der primären Feder ist direkt mit dem Gehäuse gekuppelt.
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In dem vollständig ausgefahrenen Modus sind, wie zum Beispiel in 6 dargestellt, die Nase und der Schieber um jeweilige maximale Abstände MD2 und MD3 in die Richtung AD2 in Bezug auf das Gehäuse verlagert. In einem eingefahrenen Modus, wie zum Beispiel in 7 dargestellt, sind die Nase und der Schieber als Reaktion auf das Anlegen der Kraft F2 an den Stößel in Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse in Richtung AD1 verlagert. F2 ist mindestens um eine Menge FF1 größer als die Kraft F1, wie oben beschrieben. Wenn F2 um eine ausreichende Menge verringert ist, sind die Nase und der Schieber zum Verlagern in Bezug auf das Gehäuse in Richtung AD2 konfiguriert. In einem vollständig eingefahrenen Modus ist die Feder 204 vollständig komprimiert und die Nase und der Schieber sind in Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse maximal verlängert. Während des tatsächlichen Betriebs kann sich das Federbein 200 zu verschiedenen Zeitpunkten in Zwischenzuständen zwischen einem vollständig ausgefahrenen und einem vollständig eingefahrenen Modus befinden.
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Die Nase weist eine äußere Umfangsoberfläche OCS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD1 verjüngt. Das Keilelement ist in dem Raum 112 angeordnet und weist mindestens eine innere Umfangsoberfläche ICS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD2 verjüngt, die AD1 entgegengesetzt ist. Die Oberfläche OCS1 ist mit ICS1 direkt gekuppelt, wie weiter unten beschrieben.
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Die primäre Feder presst den Schieber und danach das Keilelement und die Nase in Bezug auf das Gehäuse mit einer Kraft F1 in die axiale Richtung AD2. Die sekundäre Feder ist mit der Nase und dem Keilelement direkt gekuppelt, um die Nase in Bezug auf das Keilelement in die Richtung AD2 zu pressen. Die primäre und die sekundäre Feder können eine beliebige, dem Stand der Technik entsprechende Feder oder Federelement sein, zum Beispiel einschließlich, jedoch ohne Einschränkung auf eine Spiralfeder, eine Wellenscheibe oder eine Tellerfeder, welche die notwendigen Eigenschaften besitzt, um die oben und unten beschriebenen Funktionen auszuführen. Zum Beispiel können die jeweiligen Federraten der primären und der sekundären Feder gemäß den Anwendungsanforderungen ausgewählt werden.
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Die grundlegende Funktionsweise des Federbeins 200 ist der Funktionsweise des Federbeins 100 ähnlich, außer das in dem Federbein 100 die primäre Feder direkt mit dem Keilelement gekuppelt ist, wohingegen bei dem Federbein 200 die primäre Feder direkt mit dem Schieber gekuppelt ist, der wiederum direkt mit dem Keilelement gekuppelt ist.
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3A und 4A finden auf die folgende Erläuterung Anwendung, mit dem Verständnis, dass die Kraft aus der primären Feder indirekt von dem Schieber 202 in Richtung AD2 an das Keilelement angelegt wird. Wenn die Nase in Richtung AD1 verlagert ist, wird die Reibungskraft FF1 erzeugt. Ferner tritt während der Verlagerung des Stößels in die Richtung AD1 ICS1 mit OCS1 in Kontakt, um OCS2 radial nach außen zu pressen, um FF1 zu erhöhen. Während zum Beispiel OCS1 in der Richtung AD1 entlang ICS1 verschoben wird, legt OCS1 eine nach außen gerichtete Radialkraft RF1 an ICS1 an, die wiederum OCS1 mit der nach außen gerichteten Radialkraft RF2 gegen ICS2 presst, um FF1 zu erhöhen. Es sei darauf hingewiesen, dass FF1 in Ermangelung von RF1 einen Nennwert wie oben beschrieben aufweist. Während sich das Keilelement in Richtung AD1 verlagert, schiebt das Keilelement das Schieberelement in die Richtung AD1 gegen F1 und FF1, sodass die Dämpfung in die Richtung AD1 vorteilhafterweise erhöht wird.
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Wie oben erwähnt, werden in dem eingefahrenen Modus Radialkräfte RF1 und RF2 und Reibungskräfte FF1 und FF2 erzeugt oder sind vorhanden. Um eine ungedämpfte Verlagerung des Stößels in Richtung AD2 zu ermöglichen (der Übergang aus dem eingefahrenen Modus in den ausgefahrenen Modus, wenn die Kraft F2 reduziert ist), muss FF1 auf eine ausreichend kleine Größe reduziert werden. Dazu muss sich die Nase in die Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement verlagern, um RF1 und RF2 zu reduzieren. Jedoch muss zur Ermöglichung der Verlagerung der Nase in die Richtung AD2 die Kraft FF2 überwunden werden.
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Vorteilhafterweise presst die sekundäre Feder die Nase in die Richtung AD2 mit der Kraft F3, die in Kombination mit der Kraft FF1 ausreichend ist, um die Nase in Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement zu verlagern. Das heißt, FF2 ist geringer als die Summe von FF1 und F3. Im Allgemeinen entspricht FF2 zur Optimierung der Dämpfung in die Richtung AD1 FF1. Daher ist die Nase ohne die Kraft F3 in Richtung AD2 in Bezug auf das Keilelement nicht verlagerbar. Sobald FF2 reduziert ist, verlagert sich der Schieber in die Richtung AD2, wonach das Keilelement und die Nase verlagert werden.
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8 ist eine perspektivische Ansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 2 in einem ausgefahrenen Modus dargestellt ist.
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9 ist eine perspektivische Ansicht des Federbeins für einen mechanischen Spanner, das in 8 in einem eingefahrenen Modus dargestellt ist. Im Folgenden wird besonders auf 8 und 9 Bezug genommen. Das Federbein 300 weist ein Gehäuse 102, einen Stößel 104, ein Keilelement 106 und eine Feder 204 auf. Das Gehäuse 102 weist einen Innenraum 112 auf. Der Stößel 104 weist den Schieber 202 und die Nase 206 auf. Die Nase ist mindestens teilweise in dem Innenraum 112 angeordnet und weist den Innenraum 208 und das distale Ende E5 auf, das zum Aufnehmen von F2 angeordnet ist. Der Schieber ist mindestens teilweise in den Räumen 112 und 208 angeordnet und weist den Innenraum 210 auf, der die primäre Feder teilweise umschließt, wobei das Ende E6 direkt mit dem Ende E1 der primären Feder gekuppelt ist und das Ende E7 direkt mit dem Keilelement gekuppelt ist. Das Ende E2 der primären Feder ist direkt mit dem Gehäuse gekuppelt.
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Im vollständig ausgefahrenen Modus, wie zum Beispiel in 8 dargestellt, sind die Nase und der Schieber um jeweilige maximale Abstände MD2 und MD3 in die Richtung AD2 in Bezug auf das Gehäuse verlagert. In einem eingefahrenen Modus, wie zum Beispiel in 9 dargestellt, sind die Nase und der Schieber als Reaktion auf das Anlegen der Kraft F2 an den Stößel in die Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse in die Richtung AD1 verlagert. F2 ist mindestens um die Menge FF1 größer als die Kraft F1. Wenn F2 um eine ausreichende Menge verringert ist, sind die Nase und der Schieber zum Verlagern in Bezug auf das Gehäuse in die Richtung AD2 konfiguriert. In einem vollständig eingefahrenen Modus ist die Feder 204 vollständig komprimiert und die Nase und der Schieber sind in die Richtung AD1 in Bezug auf das Gehäuse maximal ausgefahren. Während des realen Betriebs kann sich das Federbein 300 zu verschiedenen Zeitpunkten in Zwischenzuständen zwischen einem vollständig ausgefahrenen Modus und einem vollständig eingefahrenen Modus befinden.
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Die Nase weist eine äußere Umfangsoberfläche OCS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD1 verjüngt. Das Keilelement ist in dem Raum 112 angeordnet und weist mindestens eine innere Umfangsoberfläche ICS1 auf, die sich in der axialen Richtung AD2 verjüngt, die AD1 entgegengesetzt ist. Die Oberfläche OCS1 ist mit ICS1 direkt gekuppelt.
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Die Feder presst den Schieber und danach das Keilelement und die Nase mit der Kraft F1 in die axiale Richtung AD2 in Bezug auf das Gehäuse. Die Feder kann eine beliebige, dem Stand der Technik entsprechende Feder oder Federelement sein, zum Beispiel einschließlich, jedoch ahne Einschränkung auf eine Spiralfeder, eine Wellenscheibe oder eine Tellerfeder, welche die notwendigen Eigenschaften besitzt, um die oben und unten beschriebenen Funktionen auszuführen. Zum Beispiel können die jeweiligen Federraten gemäß den Anwendungsanforderungen ausgewählt werden.
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Bezüglich des Federbeins 100 und 200, wie oben erwähnt, soll zur Maximierung der Dämpfung in die Richtung AD1 eine Reibungskraft FF1, die durch den Kontakt des Keilelements mit dem Gehäuse erzeugt wird, maximiert werden. Vorteilhafterweise wird der Winkel AA1 minimiert, um RF1 und RF2 zu erhöhen, wodurch anschließend FF1 erhöht wird. Wie oben erwähnt, kann jedoch die Erhöhung von Reibungskräften bewirken, dass das Federbein im eingefahrenen Modus blockiert, oder kann zu einer unerwünschten Dämpfung in der Richtung AD2 (FF1 und FF2 sind nicht angemessen reduziert) führen. Vorteilhafterweise gleicht die sekundäre Feder die erwünschte Erhöhung der Reibungskräfte aus, indem sie ein Mittel zur Überwindung der Erhöhung der Kraft FF2 zwischen dem Keil und dem Stößel bereitstellt. Das heißt, die Kraft aus der sekundären Feder ermöglicht vorteilhafterweise, dass der Stößel in Bezug auf das Keilelement in der Richtung AD2 verlagert wird, sodass wünschenswerterweise RF1 und RF2 und danach FF1 reduziert werden.
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Bezüglich der Federbeine 200 und 300 ermöglicht die Verwendung einer Nasen-Schieber-Konfiguration vorteilhafterweise eine längere Weglänge L1 für die Feder 204 als es für die Feder 104 in dem Federbein 100 möglich ist. Die Erhöhung der Weglänge L1 führt zu einer erwünschten Erhöhung der Federkraft. Die Erhöhung der Federkraft erhöht vorteilhafterweise die gewünschte Dämpfung in der Richtung AD2.
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Die Federbeine 200 und 300 steilen die folgenden Vorteile bereit:
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- 1. Die Gesamtlänge L2 des Federbeins 200 oder 300 kann für eine bestimmte Federweganforderung geringer als die Gesamtlänge L3 des Federbeins 100 sein. Die Länge der primären Feder ist proportional zu der Federweganforderung. In dem Federbein 100 ist die Länge L4 zwischen dem Ende E8 des Gehäuses und dem Keilelement für die Feder 108 verfügbar. Allerdings ist die Länge L1, die für die Feder 204 verfügbar ist, in dem Federbein 200 oder 300 zwischen dem Ende E8 und dem Ende E6 des Schiebers erheblich größer. Daher ist L1 für eine Gehäuse und/oder eine Nase/einen Stößel von gleicher Größe länger als L4. Somit müssten, wenn das Federbein 100 eine Feder 108 aufweisen soll, die eine vergleichbare Leistung hat wie die Feder 204, die Länge L4 und somit die Länge L3 erhöht werden.
- 2. Sie stellen eine reduzierte Variabilität hinsichtlich der Rückstellfederkraft über den Spanner-Federwegbereich bereit, sodass die durchschnittliche Spannerkraft reduziert wird. Dies beruht auf der Tatsache, dass für eine gleiche Federwegleistung die Länge L4 geringer als die Länge L1 ist und die Federrate für 204 geringer ist als die Federrate für 108.
- 3. Da die Länge L1 bei gleicher Federwegleistung geringer als die Länge L4 ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Feder 204 vollständig komprimiert wird, verringert, was wiederum eine mögliche Beschädigung der Feder 204 verringert.
- 4. Da die Länge L1 bei gleicher Federwegleistung geringer als die Länge L4 ist, ist die Feder 204 über die jeweiligen Betriebsbereiche der Federbeine im Allgemeinen in geringerem Maße komprimiert als die Feder 108, sodass die Materialermüdung reduziert und die Lebensdauer der primären Feder erhöht wird.
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Man wird zu schätzen wissen, dass verschiedene der oben offenbarten sowie andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon wünschenswerterweise in viele andere unterschiedliche Systeme oder Anwendungen kombiniert werden können. Der Fachmann kann später verschiedene, derzeit unvorhergesehene oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen darin vornehmen, welche die folgenden Ansprüche ebenfalls einschließen sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6702266 [0005]
- US 6612408 [0005]
- US 5951423 [0005]
- US 4606442 [0005]