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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stabfeder zur Aufnahme, gegebenenfalls Speicherung sowie Abgabe eines Torsionsmoments mit einem innerhalb einer Hülse drehbar gelagerten Bolzen und im Wesentlichen parallel und in Richtung der Längsachse der Hülse verlaufenden Federdrähten.
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Derartige Stabfedern sind insbesondere aus dem Automobilbau hinreichend bekannt und bestehen in der Regel aus einem in einer länglichen Hülse geführten Bolzen, um den eine Vielzahl von Federdrähten angeordnet und innerhalb der Hülse fixiert ist. Die Stabfedern sind in der Lage, durch Rotation des Bolzens um seine Längsachse Energie in den Federdrähten zu speichern und bei der die Stabfeder entspannenden, entgegengesetzten Rotationsbewegung spielfrei wieder abzugeben. Diese Stabfedern werden vor allem zum Verstellen verschiedener Betätigungsteile von einer ersten in eine zweite Position, beispielsweise zur Betätigung von Rücken- oder Armlehnen und Kopfstützen sowie der Öffnungs- und Schließbewegung von Handschuhkastendeckeln, Aschenbechern oder dergleichen verwendet.
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Jedoch stellt sich bei derartigen Stabfedern das Problem, dass die von der Stabfeder ausgeführte Rotationsbewegung abrupt durch einen Anschlag abgebremst werden muss. Der Bewegungsablauf wirkt hierdurch nicht flüssig; zudem ist das abrupte Abbremsen mit einer unangenehmen Geräuschentwicklung verbunden.
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In der
DE 42 44 484 A1 und der
DE 197 45 038 C1 wird daher die Verwendung von Rotationsdämpfern mit zylindrischen Dämpferkammern vorgeschlagen. In diesen Dämpferkammern sind an einer drehbaren Welle angeordnete Flügel derart ausgestaltet, dass sie ein innerhalb der Dämpferkammern gespeichertes flüssiges Medium durch spezielle Strömungsverengungen leiten. Diese Rotationsdämpfer sind in der Lage, in den entgegengesetzten Drehrichtungen des Rotationsdämpfers unterschiedlich starke Dämpfungen zu erzeugen und darüber hinaus ein Überschreiten eines vorgegebenen Werts für die Bremsbeschleunigung zu verhindern.
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Jedoch gestaltet sich die Herstellung derartiger Rotationsdämpfer besonders aufwändig. Zudem ist ein Nachjustieren oder ein nachträgliches Verändern der wirkenden Dämpfungskräfte nicht möglich. Insbesondere eine etwaig konstruktionsbedingte Verlängerung der Rotationsdämpfer in Richtung der Drehachse ist ohne eine deutliche Veränderung der Dämpfungscharakteristik nicht möglich.
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Aus der
CH 231 628 A ist ferner eine Drehfeder bekannt, die zur Aufnahme, Speicherung sowie Abgabe eines Torsionsmoments geeignet ist. Dabei sind in einem Gehäuse ein Drehstab und mehreren umfänglich angeordnete Federlamellen vorgesehen. Um die Reibung zwischen den einzelnen Federlamellen zu verringern, ist eine Schmierung vorgesehen. Alternativ zu den Federlamellen können auch Federstäbe vorgesehen werden, die jedoch keine Schmierung erfordern.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Stabfeder mit gedämpfter Rotationsbewegung zur Verfügung zu stellen, die einen besonders einfachen Aufbau aufweist und darüber hinaus die Möglichkeit eröffnet, die Dämpfung der Rotationsbewegungen der Stabfeder individuell einzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Stabfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen 2–13.
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Es wird eine Stabfeder zur Verfügung gestellt, welche einen besonders einfachen Aufbau besitzt und einfach herzustellen ist. Der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Stabfeder ist zudem geringer als bei den bekannten Systemen aus Federn und mit diesen kombinierten Silikonbremsen. Hierdurch werden sowohl die Herstellungskosten minimiert als auch die Montagezeiten bei einem Ein- und Ausbau der Stabfeder verringert.
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Die erfindungsgemäße Stabfeder bietet darüber hinaus die Möglichkeit, durch Veränderung der Anzahl und/oder der Stärke der Federdrähte und/oder durch die Wahl einer geeigneten Dämpfungsflüssigkeit nahezu jede Dämpfung der Rotationsbewegung der Stabfeder individuell einzustellen.
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Die erfindungsgemäße Stabfeder stellt somit eine besonders einfache und variable Vorrichtung zum geräuscharmen und spielfreien Verstellen verschiedener, insbesondere im Kraftfahrzeugbau verwendeter, Betätigungselemente dar.
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Als Stabfeder im Sinne der Erfindung wird dabei jede Art von Feder verstanden, die in der Lage ist, Rotationsbewegungen zumindest eines ihrer Bauelemente zu erlauben, das auf die Stabfeder zur Erzeugung dieser Rotationsbewegung wirkende Drehmoment durch Torsion einer oder mehrerer Federdrähte zu speichern und gegebenenfalls für eine entgegengesetzte Rotationsbewegung wieder zu nutzen, wobei die Federdrähte vorzugsweise wieder in ihre Ausgangslage zurückstellbar sind.
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Die Stabfedern gemäß der Erfindung sind somit auf keine Größe oder geometrische Gestaltungsform beschränkt. Auch ist die Erfindung nicht auf Stabfedern beschränkt, bei denen die Hülse fixiert und ausschließlich der Bolzen bewegbar ist. Ebensowenig ist die Erfindung auf einen fixierten Bolzen innerhalb einer beweglich gelagerten Hülse beschränkt. Vielmehr sind jegliche Stabfedern, bei denen eine relative Rotationsbewegung von Bolzen und Hülse zueinander ermöglicht ist und zumindest die den Federdraht oder die Federdrähte entspannende Rotationsbewegung durch die in der Stabfeder gespeicherte Flüssigkeit gedämpft wird, vom Grundgedanken der Erfindung umfasst.
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Die Dämpfung der Rotationsbewegung erfolgt hierbei vor allem durch den von der in der Stabfeder gespeicherten Flüssigkeit ausgeübten Widerstand gegen die durch den Bolzen und die Federdrähte auf die Flüssigkeit übertragene Bewegungsenergie. Die in der Hülse gespeicherte Flüssigkeit kann dabei jede Flüssigkeit sein, durch die die Rotationsbewegungen der Stabfeder, insbesondere die die Stabfeder entspannende Rotationsbewegung, gedämpft werden kann. Dies kann jede Flüssigkeit mit erhöhter Viskosität, beispielsweise ein geeignetes Öl, vorzugsweise Hydrauliköl, sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Flüssigkeit ein Silikon. Dies hat den Vorteil, dass die verwendete Flüssigkeit eine besonders hohe Viskosität aufweist, wodurch die dämpfende Wirkung erhöht wird. Zudem ist bei Verwendung von Silikonen gewährleistet, dass keine oder nahezu keine die Federdrähte oder die Hülse beeinträchtigenden chemischen Reaktionen mit der Dämpfungsflüssigkeit auftreten.
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Zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe des auf die Stabfeder wirkenden Torsionsmoments ist es erforderlich, dass der Federdraht oder die Federdrähte mit zumindest je einem der verschiedenen gegeneinander verdrehbar gelagerten Bauelemente der Stabfeder fixiert sind. Nur mit einer solchen Ausgestaltung der Stabfeder ist ermöglicht, dass die auf die Stabfeder wirkenden Drehmomente von den Federdrähten aufgenommen und gespeichert werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Federdraht oder die Mehrzahl von Federdrähten im Wesentlichen über die gesamte Länge der Stabfeder. Hierdurch wird eine Stabfeder geschaffen, die abhängig von ihren Außenmaßen eine maximale Torsion der Stabfeder erlaubt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Stabfeder eine Vielzahl von Federdrähten gleicher Länge und gleicher Stärke auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Stabfeder mehr als sechs, überaus bevorzugt mehr als acht Federdrähte auf. Hierdurch wird eine Stabfeder geschaffen, die zum einen besonders große Drehmomente aufnehmen und wieder abgeben kann. Zum anderen werden durch eine derartige bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung die auf die Stabfeder wirkenden Kräfte vorzugsweise gleichmäßig über den gesamten Umfang der Stabfeder verteilt.
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Die Hülse dient sowohl zur Aufnahme des drehbar gelagerten Bolzens und der an ihm befestigten Federdrähte als auch zur Speicherung der Dämpfungsflüssigkeit. Das Material der Hülse kann jedes Material sein, das geeignet ist, die angreifenden Kräfte aufzunehmen und eine Dichtigkeit für die gespeicherte Flüssigkeit dauerhaft sicherzustellen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse aus einem Kunststoff gefertigt. Hierbei wird ein besonders preiswertes Material verwendet, welches zudem auf einfache Weise in jede gewünschte Form gebracht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. Hierdurch wird eine besonders einfache und rotationssymmetrische Form der Stabfeder erhalten, wodurch eine gleichmäßige Anordnung der Federdrähte um den Umfang der Hülse besonders vereinfacht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse eine geschlossene erste Stirnseite sowie eine reversibel verschließbare zweite Stirnseite auf. Hierdurch wird eine Stabfeder erhalten, die sowohl den Austausch einzelner oder aller Federdrähte als auch der dämpfenden Flüssigkeit erlaubt. Es wird somit eine Vorrichtung geschaffen, die mit besonders einfachen Mitteln ein Nachjustieren oder auch deutliches Verändern der durch die Stabfeder erzeugten Dämpfung ermöglicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die reversibel verschließbare Stirnseite der Hülse mit einem an dem Bolzen angeordneten Deckelelement verschlossen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Fixierung der Federdrähte zwischen der Hülse und dem Deckelelement des Bolzens. In einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen sowohl die Hülse als auch das Deckelelement hierzu jeweils ein vorzugsweise ringförmiges Aufnahmeelement auf, in denen bevorzugt Vertiefungen mit gleichem Abstand zueinander kreisförmig angeordnet sind. Diese Vertiefungen besitzen zudem vorzugsweise einen Durchmesser, der mit den Maßen und der Querschnittsform der Federdrähte korrespondiert.
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Hierdurch wird eine Stabfeder geschaffen, bei der die Fixierung der Federdrähte besonders einfach durch Zusammenschieben von Bolzen und Hülse und bei gleichzeitiger Abdichtung der Stabfeder erfolgen kann. Darüber hinaus wird ein Herausrutschen einzelner oder aller Federdrähte aus ihrer fixierten Lage sicher unterbunden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Hülse und dem Deckelelement des Bolzens zusätzlich eine Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet. Hierdurch wird eine Stabfeder geschaffen, die aus einem Minimum an einzelnen Bauelementen zusammengesetzt ist und dennoch sowohl die Dichtigkeit der Stabfeder als auch die besonders einfache Wartbarkeit oder Austauschbarkeit einzelner Bauelemente gewährleistet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist um den Bolzen herum ein vorzugsweise runder Zentrierring angeordnet, in dem die Federdrähte führbar sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt dieser Zentrierring eine Anzahl gleich beabstandeter Aufnahmen, in denen die einzelnen Federdrähte geführt werden. Der Zentrierring ist in einer überaus bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in der Hülse im wesentlichen auf halber Strecke zwischen den Fixierungen der Federdrähte angeordnet. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, bei der auch bei der Verwendung besonders langer Federdrähte eine Reibung der Federdrähte mit dem Bolzen sicher unterbunden wird. Zudem wird besonders bei einer Vielzahl von vorzugsweise langen Federdrähten die Montage der erfindungsgemäßen Stabfeder deutlich vereinfacht.
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Sowohl die Hülse als auch der Bolzen weisen in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Mittel auf, an denen das auf die Stabfeder einwirkende Drehmoment angreifen kann. Dies sind in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung an der geschlossenen Stirnseite der Hülse sowie dem Deckelelement des Bolzens angeordnete Aufnahmen, beispielsweise besonders geformte Materialerhöhungen oder -vertiefungen. Diese Aufnahmen können jeweils auf die Art des angreifenden Mittels, beispielsweise eines Werkzeugs, angepasst werden. So können die Aufnahmen die Form einer Sechskantmutter aufweisen oder aber auch eine Vertiefung zum Ansetzen eines inbusartigen Werkzeugs sein. In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Aufnahmen jeweils mit einem vorzugsweise über die gesamte Breite der Aufnahme verlaufenden Schlitz ausgestaltet.
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Hierdurch wird eine besonders einfach herzustellende Aufnahme geschaffen, über die die Drehmomente sicher auf die Stabfeder übertragen werden können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der 1–5 näher erläutert, wobei diese Figuren lediglich exemplarische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stabfeder oder einzelner Bauelemente der erfindungsgemäßen Stabfeder darstellen, welche nicht geeignet sind, den Grundgedanken der Erfindung einzuschränken.
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1 zeigt eine Darstellung der verschiedenen Bauelemente einer erfindungsgemäßen Stabfeder im nicht zusammengesetzten und teilweise zusammengesetzten Zustand,
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2 zeigt eine Darstellung eines Bereichs der Hülse einer erfindungsgemäßen Stabfeder,
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3 zeigt eine Ansicht eines Bolzens einer erfindungsgemäßen Stabfeder,
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4 zeigt eine Darstellung einer teilweise auseinandergebauten Stabfeder gemäß der Erfindung im tordierten und im nicht tordierten Zustand.
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5 zeigt eine Darstellung einer weiteren teilweise auseinandergebauten Stabfeder gemäß der Erfindung im tordierten Zustand sowie eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung.
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In 1 sind die verschiedenen Bauelemente einer erfindungsgemäßen Stabfeder im nicht zusammengesetzten und teilweise zusammengesetzten Zustand dargestellt. Die Hülse 1 hat einen zylindrischen Korpus und besitzt eine Rotations-Längsachse 3. Sie weist eine geschlossene erste Stirnseite 5 und eine offene Stirnseite 6 auf. An der geschlossenen ersten Stirnseite 5 ist eine geschlitzte Aufnahme 16 angeordnet, durch die ein Drehmoment auf die Hülse 1 übertragen werden kann. In 1 ist darüber hinaus ein Paket von neun parallel zueinander angeordneten Federdrähten 4 dargestellt, die im eingebauten Zustand auf einer Kreisbahn umfänglich und vorzugsweise mit gleichem Abstand zueinander um den Bolzen 2 angeordnet sind. Der Bolzen 2 weist ein Deckelelement 8 mit einer geschlitzten Aufnahme 17 auf. Das Deckelelement 8 dient zum reversiblen Verschließen der offenen Stirnseite 6 der Hülse 1. Zur Erzielung der Dichtigkeit der Stabfeder für die in der Hülse 1 gespeicherte Flüssigkeit (nicht gezeigt) ist zusätzlich ein O-Ring als Dichtung 13 zwischen Deckelelement 8 und Hülse 1 angeordnet.
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In 2 wird die Innenansicht einer Hülse 1 dargestellt. Die Hülse 1 weist eine zentrale Aufnahme 19 für den Bolzen (nicht gezeigt) auf, durch die die drehbare Lagerung des Bolzens 2 in der Hülse 1 unterstützt wird. Um diese zentrale Aufnahme 19 verläuft kreisförmig und entlang der Wandung der Hülse 1 das Aufnahmeelement 9, welches Vertiefungen 11 zur Aufnahme der Federdrähte (nicht gezeigt) aufweist, wobei die Vertiefungen 11 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Federdrähte (nicht gezeigt) besitzen.
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In 3 ist ein Bolzen 2 gezeigt, der an seinem ersten Ende eine kreisförmige Abschrägung 18 zum Eingriff in die zentrale Aufnahme in der Hülse aufweist. Durch die Abschrägung 18 wird eine Selbstzentrierung des Bolzens 2 innerhalb der Hülse beim Zusammensetzen von Bolzen 2 und Hülse erzielt. An dem gegenüberliegenden Ende des Bolzens 2 ist ein Deckelelement 8 angeordnet, welches im Wesentlichen den Durchmesser der offenen Stirnseite der Hülse aufweist. Das Deckelelement 8 weist zudem ein ringförmiges Aufnahmeelement 10 auf, in dem eine auf die Anzahl der in der Stabfeder verwendeten Federdrähte abgestimmte Menge an Vertiefungen 12 mit gleichem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Form und die Ausmaße der Vertiefungen 12 ebenfalls mit den verwendeten Federdrähten korrespondieren.
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In 4 wird eine teilweise auseinandergebaute Stabfeder gemäß der Erfindung im tordierten (a) und im nicht tordierten (b) Zustand dargestellt. Die Anordnung aus um den Bolzen 2 herum in dem Deckelelement 8 positionierten Federdrähten 4 ist zur Veranschaulichung der Verdrehung der Stabfeder aus der Hülse 1 herausgezogen dargestellt. Es wird auch bei der gewählten Darstellung deutlich, dass die Federdrähte 4 im zusammengesetzten Zustand der Stabfeder mit ihrem ersten Ende 21 in der Hülse 1 und mit ihrem zweiten Ende 20 an dem Bolzen 2 fixiert sind. Greift nun an dem Bolzen 2 und der Hülse 1 ein Drehmoment um die Längsachse 3 der Stabfeder an, folgen die Federdrähte 4 mit ihren jeweiligen Enden (21, 20) den sich gegeneinander verdrehenden Aufnahmeelementen (nicht gezeigt) in Hülse 1 und Bolzen 2. Im verspannten Zustand der Stabfeder liegen die Federdrähte 4 im Wesentlichen parallel zueinander und spiralförmig um die Längsachse 3 angeordnet vor. Die durch das aufgebrachte Drehmoment erfolgte Torsion der Stabfeder kann in diesem Zustand gespeichert werden, ebenso kann die derart in der Stabfeder gespeicherte Energie wieder abgegeben werden, wobei die der Torsionsbewegung entgegengesetzte Rotationsbewegung der Stabfeder um die Längsachse 3 durch die in der Hülse 1 gespeicherte Flüssigkeit (nicht gezeigt) gedämpft wird.
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In 5 ist teilweise auseinandergebaute Stabfeder gemäß der Erfindung im tordierten Zustand sowie eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung gezeigt. Die Stabfeder weist eine Vielzahl von Federdrähten 4 auf, welche um den Bolzen 2 herum angeordnet sind. Auf halber Strecke zwischen dem Deckelelement 8 und dem Ende des Bolzens 2 ist um den Bolzen 2 herum ein runder Zentrierring 18 angeordnet. Dieser Zentrierring weist an seinem Innenumfang eine Anzahl von Aufnahmen auf, die zur Führung der Federdrähte 4 um den Bolzen 2 herum dienen. Durch diesen Zentrierring 18 wird eine Reibung der Federdrähte 4 an dem Bolzen 2 auch im tordierten Zustand der Stabfeder sicher unterbunden.
