DE112016000844B4

DE112016000844B4 - Drehgelenkvorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen eines asymmetrischen Reibungsdrehmoments

Info

Publication number: DE112016000844B4
Application number: DE112016000844.9T
Authority: DE
Inventors: Eugene Novin
Original assignee: Southco Inc
Current assignee: Southco Inc
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: WO2016134120A1; CN107407114A; JP7121494B2; DE112016000844T5; CN107407114B; US20180038143A1; US10287810B2; JP2018511746A; KR20170118851A; KR102477591B1

Abstract

Eine Drehgelenkvorrichtung wird bereitgestellt, die ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment aufweist. Die Drehgelenkvorrichtung umfasst einen Drehbolzen, der sich entlang einer longitudinalen Achse erstreckt, eine Hülse, welche den Drehbolzen umgibt, wobei die Hülse einen Spalt definiert, der sich longitudinal erstreckt, wobei die Hülse und der Drehbolzen zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert sind, und ein schraubenförmiges Kompressionselement, das die Hülse umgibt und eine komprimierende Kraft auf die Hülse ausübt, wobei sich ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, von einem zweiten Drehmoment unterscheidet, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu drehen. Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Drehgelenkvorrichtung mit einem asymmetrischen Reibungsdrehmoment wird ebenfalls bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehgelenkvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment zu erzeugen, wenn zwei Teile einer Anordnung in entgegengesetzten Richtungen relativ zueinander gedreht werden. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Bereitstellen eines asymmetrischen Reibungsdrehmoments an einer Drehgelenkvorrichtung sowie eine Anordnung mit gekoppelten Komponenten und einer oder mehreren Drehgelenkvorrichtungen.
Drehgelenkvorrichtungen können mindestens zwei Teile umfassen, die zur Drehung von einem Teil relativ zu dem anderen konfiguriert sind. Beispielsweise kann die Drehgelenkvorrichtung in der Form eines Gelenks sein, in der ein Drehmoment erforderlich ist, um eine Hülse und einen Drehbolzen mit Bezug zueinander zu drehen.
Ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment kann in bestimmten Anwendungen erwünscht sein, um die Gesamtanordnung beizubehalten, welche beispielsweise die Drehgelenkvorrichtung in einer geschlossenen Position umfasst und die der Bewegung in eine offene Position widersteht, die jedoch einem Benutzer ermöglichen würde, die Anordnung von einer offenen Position mit größerer Leichtigkeit zu schließen. Beispielsweise können Drehgelenkvorrichtungen in vielen Anwendungen aufgenommen werden, die eine zweischalige Ausgestaltung benutzen, wie beispielsweise ein Handy oder ein Laptop, wobei es im Allgemeinen erwünscht ist, einen Widerstand gegen das Öffnen des Deckels relativ zu der Basis bereitzustellen, der größer als der Widerstand ist, um den Deckel relativ zu der Basis zu schließen, oder umgekehrt. Weitere Beispiele von Anwendungen für derartige Drehgelenkvorrichtungen können ein Antriebmechanismus oder ein Verriegelungsmechanismus sein, in denen ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment während der Verschiebung von verschiedenen Teilen des Mechanismus zwischen zwei unterschiedlichen Positionen, wie beispielsweise der Bewegung einer Falle oder Klinke von einer verriegelten in eine entriegelte Position, erwünscht ist.
Die Konfigurationen, die benötigt werden, um das asymmetrische Reibungsdrehmoment für derartige Drehgelenkvorrichtungen zu erzeugen, können komplex sein oder mehrere Teile erfordern.
Es gibt daher einen Bedarf für verbesserte Drehgelenkvorrichtungen hinsichtlich mindestens eines der folgenden: Kosten, Herstellbarkeit, der Beseitigung des Bedarfs für eine oder mehrere Komponenten oder weiterer Elemente, wie beispielsweise Schmierung, und Leistung.
Diese Aufgabe wird durch eine Drehgelenkvorrichtung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines asymmetrischen Reibungsdrehmoments an einer Drehgelenkvorrichtung sowie eine Anordnung nach den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Die Drehgelenkvorrichtung weist ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment auf und umfasst einen Drehbolzen, der sich entlang einer longitudinalen Achse erstreckt; eine Hülse, die mindestens teilweise den Drehbolzen umgibt, wobei die Hülse einen Spalt definiert, der sich longitudinal erstreckt, wobei die Hülse und der Drehbolzen zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert sind; und ein schraubenförmiges Kompressionselement, das mindestens teilweise die Hülse umgibt und eine komprimierende Kraft auf die Hülse ausübt. Die Drehgelenkvorrichtung ist so konfiguriert, dass sich ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, von einem zweiten Drehmoment unterscheidet, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu drehen, wobei der Spalt sich über die gesamte longitudinale Länge der Hülse erstreckt. In einigen Ausführungsformen ist der Drehbolzen oder die Hülse fixiert, während das jeweils andere Bauteil zur Drehung mit Bezug auf das fixierte Element angebracht ist. Die Drehgelenkvorrichtung kann in der Form eines Gelenks sein, das zwei Komponenten zur Bewegung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse des Drehbolzen schwenkmäßig verbindet, wobei eine der beiden Komponenten die Hülse umfasst und die andere der beiden Komponenten den Drehbolzen umfasst.
Der Spalt kann in der Form eines Schlitzes bereitgestellt werden, der die bogenförmigen Abschnitte der Hülse trennt. In einigen Ausführungsformen kann der Schlitz eine schraubenförmige Form aufweisen, die einer schraubenförmigen Richtung der komprimierenden Kraft des Kompressionselements entspricht. Das Kompressionselement kann in der Form eines Vorspannelements sein, wie beispielsweise einer Schlingfeder, die eine oder mehrere um die longitudinale Achse der Hülse gewickelten Spulen aufweist. Die Hülse verhindert direkten Kontakt zwischen dem Drehbolzen und dem Kompressionselement.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Bereitstellen einer Drehgelenkvorrichtung bereit, das ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment aufweist. Das Verfahren umfasst das Umgeben eines Drehbolzen mit einer Hülse, die einen sich longitudinal erstreckenden Spalt definiert, so dass die Hülse und der Drehbolzen zur Drehung mit Bezug zueinander um eine longitudinale Achse konfiguriert sind, und Umgeben der Hülse mit einem schraubenförmigen Kompressionselement, das eine komprimierende Kraft auf die Hülse ausübt, so dass sich ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, von einem zweiten Drehmoment unterscheidet, das erforderlich ist, um die Hülse und den Drehbolzen mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu drehen, wobei der Spalt sich über die gesamte longitudinale Länge der Hülse erstreckt.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die Komponenten aufweist, die zur schwenkmäßigen Bewegung mit Bezug zueinander gekoppelt sind. Die Anordnung umfasst eine oder mehrere Drehgelenkvorrichtungen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Drehgelenkvorrichtung mehrere Hülsen, die den Drehbolzen umgeben, wobei jede der Hülsen einen Spalt definiert, der sich longitudinal erstreckt, und jede der Hülsen und der Drehbolzen zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert sind. Ein schraubenförmiges Kompressionselement umgibt jede der Hülsen und übt eine komprimierende Kraft auf jede der Hülsen aus.
Die vorliegende Erfindung wird nun erläutert, indem beispielhafte Ausführungsformen derselben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden, in denen:

1 eine schematische Ansicht ist, die Aspekte der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2a eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2b eine vordere Perspektivansicht der ersten Ausführungsform ist, in welcher der Handgriff entgegen der Uhrzeigerrichtung von einer vertikalen Position gedreht wurde;
2c eine vordere Perspektivansicht der ersten Ausführungsform ist, in welcher der Handgriff in der vertikalen Position ist;
2d eine vordere Perspektivansicht der ersten Ausführungsform ist, in welcher der Handgriff in Uhrzeigerrichtung von der vertikalen Position gedreht wurde;
3a eine Rückansicht der in 2c veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
3b eine Seitenansicht der in 2c veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
3c eine Vorderansicht der in 2c veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
3d eine Draufsicht der in 2c veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
4a eine Rückansicht der in 2b veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
4b eine Seitenansicht der in 2b veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
4c ist eine Vorderansicht der in 2b veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
4d eine Draufsicht der in 2b veranschaulichten ersten Ausführungsform;
5a eine Rückansicht der in 2d veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
5b eine Seitenansicht der in 2d veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
5c eine Vorderansicht der in 2d veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
5d eine Draufsicht der in 2d veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
6a eine Draufsicht der in 2b veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
6b eine Draufsicht der in 2c veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
6c eine Draufsicht der in 2d veranschaulichten ersten Ausführungsform ist;
7a eine rückseitige Perspektivansicht eines Gehäuses für eine Drehgelenkvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7b eine Seitenansicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform ist;
7c eine Rückansicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform ist;
7d eine Vorderansicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform ist;
7e eine Draufsicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform ist;
7f eine Unteransicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform ist;
8 eine Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9a eine vordere Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform ist, in welcher der Handgriff entgegen der Uhrzeigerrichtung von einer vertikalen Position gedreht wurde;
9b eine vordere Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform, in welcher der Handgriff in der vertikalen Position ist;
9c eine vordere Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform ist, in welcher der Handgriff in Uhrzeigerrichtung von der vertikalen Position gedreht wurde;
10a eine Rückansicht der in 9b veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
10b eine Seitenansicht der in 9b veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
10c eine Vorderansicht der in 9b veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
10d eine Draufsicht der in 9b veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
11a eine Rückansicht der in 9a veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
11b eine Seitenansicht der in 9a veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
11c eine Vorderansicht der in 9a veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
11d eine Draufsicht der in 9a veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
12a eine Rückansicht der in 9c veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
12b eine Seitenansicht der in 9c veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
12c eine Vorderansicht der in 9c veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
12d eine Draufsicht der in 9c veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
13a eine Draufsicht der in 9a veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
13b eine Draufsicht der in 9b veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
13c eine Draufsicht der in 9c veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist;
14a eine rückseitige Perspektivansicht eines Gehäuses für eine Drehgelenkvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14b eine Seitenansicht des Gehäuses der zweiten Ausführungsform ist;
14c eine Rückansicht des Gehäuses der zweiten Ausführungsform ist;
14d eine Vorderansicht des Gehäuses der zweiten Ausführungsform ist;
14e eine Draufsicht des Gehäuses der zweiten Ausführungsform ist;
14f eine Unteransicht des Gehäuses der zweiten Ausführungsform ist;
15 eine vordere Perspektivansicht eines Drehmomentgelenks in einem eingebauten Zustand gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
16 eine vordere Perspektivansicht des Drehmomentgelenks gemäß der dritten Ausführungsform in einem nicht eingebauten Zustand ist;
17a eine vordere Perspektivansicht des Drehmomentgelenks von 16 mit zwei entfernten Gelenkblättern ist;
17b eine Draufsicht des partiellen Drehmomentgelenks gemäß der in 17a veranschaulichten dritten Ausführungsform ist;
17c eine Vorderansicht des partiellen Drehmomentgelenks gemäß der in 17a veranschaulichten dritten Ausführungsform ist;
17d eine Seitenansicht des partiellen Drehmomentgelenks gemäß der in 17a veranschaulichten dritten Ausführungsform ist;
18a eine vordere Perspektivansicht des Drehmomentgelenks von 16 mit einem entfernten Gelenkblatt; und
18b eine vordere Perspektivansicht des Drehmomentgelenks von 18a mit einem in eine vertikale Position gedrehten Gelenkblatt ist.

Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und Variationen dieser Ausführungsformen beschrieben. Im Wesentlichen stellt diese Erfindung eine Drehgelenkvorrichtung bereit, die ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment aufweist. „Asymmetrisches Reibungsdrehmoment“, wie hier verwendet, umfasst Konfigurationen, in der das Drehmoment, das erforderlich ist, um ein erstes Element in einer Richtung zu drehen, größer als das Drehmoment ist, das benötigt wird, um das erste Element in der entgegengesetzten Richtung zu drehen.
Das erste Element der Drehgelenkvorrichtung ist beispielsweise einen Drehbolzen, während das zweite Element beispielsweise eine Hülse ist, wobei sich der Drehbolzen und die Hülse entlang einer longitudinalen Achse koaxial erstrecken, wobei der Drehbolzen durch eine Bohrung in die Hülse eingesetzt wird. Die Hülse umfasst einen Spalt, der sich ebenfalls longitudinal entlang der Länge der Hülse erstreckt. Ein Kompressionselement, das eine Kompressionskraft ausübt, wie beispielsweise eine Schlingfeder, wird dann an die Außenoberfläche der Hülse angelegt, so dass es einen Presssitz zwischen dem Kompressionselement und der Hülse gibt. Genauer gesagt kann beispielsweise die Kompression der Hülse durch ein Kompressionselement in der Form eines gewickelten schraubenförmigen Elements verursacht werden, das einen Presssitz über den äußeren Hülsendurchmesser aufweist, wie beispielsweise durch Expandieren eines schraubenförmig gewickelten Elements über der Hülse. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eine von dem Drehbolzen oder der Hülse fixiert, während die andere zur Drehung mit Bezug auf das fixierte Element angebracht ist.
Vorbekannte Drehgelenkvorrichtungen, wie beispielsweise Reibungsgelenke, stützen sich auf eine Kompressionskraft, die beispielsweise durch ein Schlingfeder radial um den Umfang eines sich drehenden Elements angewendet wird, wie beispielsweise einem Drehbolzen oder einer Welle, um ein Drehmoment zu erzeugen. Entweder die Schlingfeder oder die Welle, die in die Feder eingesetzt wird, kann fixiert werden, während das andere Element gedreht wird. Die klammernde Kraft der Feder stellt Reibungskräfte bereit, die einer Drehung der Elemente relativ zueinander widerstehen.
Es wurde gewöhnlich gedacht, dass, um ein asymmetrisches Drehmoment bereitzustellen, die Schlingfeder in direktem Kontakt mit der Umfangsoberfläche des Drehbolzen sein sollte. Die Anmelder haben überraschend herausgefunden, dass ein derartiger direkter Kontakt nicht notwendig ist. Gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, muss ein Kompressionselement, das eine schraubenförmige Oberfläche oder Form umfasst, wie beispielsweise eine Schlingfeder oder eine Ummantelung, die ein internes schraubenförmiges Gewinde oder Oberfläche aufweist, nicht in direktem Kontakt mit einer gleitenden Oberfläche sein. Stattdessen legt das Kompressionselement eine Kompressionskraft auf eine geschlitzte zylindrische Hülse, die zwischen dem Kompressionselement und der gleitenden Oberfläche lokalisiert ist. Die durch das Kompressionselement erzeugte komprimierende Kraft, die sich über die zylindrische Hülse expandiert, weist eine radiale Orientierung auf dem Umfang der Hülsenoberfläche auf, und während der Drehung des Drehbolzen innerhalb der Hülse wird diese radiale Kraft ein Reibungsmoment erzeugen. Die Bereitstellung einer geschlitzten Hülse und die schraubenförmige Beschaffenheit des komprimierenden Elements erzeugen einen Wickeleffekt in der geschlitzten Hülse als Reaktion auf das Reibungsmoment. Dieser Wickeleffekt führt zu einer Verformung der Hülse, wobei die Verformung eine axiale Komponente, in der ein Abschnitt der Hülse relativ zu einem anderen Abschnitt der Hülse axial bewegt wird, und eine transversale Komponente aufweist, in der ein Abschnitt der Hülse relativ zu einem anderen Abschnitt der Hülse in einer Richtung bewegt wird, die transversal zu der Achse der Hülse ist.
Das Kompressionselement legt eine Kraft in einer radialen Richtung mit Bezug auf die longitudinale Achse des Drehbolzens an. Dadurch kann es die Hülse verformen, um den Halt der Hülse an dem Drehbolzen zu verstärken und den Grad von Reibung zwischen der Hülse und dem Drehbolzen zu erhöhen. Wenn die Kraft des Kompressionselements in einer radialen Richtung bereitgestellt wird, wurde entdeckt, dass der Betrag der Verformung der Hülse von der Richtung der Drehung des Drehbolzen mit Bezug auf die Hülse abhängt, um somit ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment bereitzustellen.
Ein zylindrischer Drehbolzen wird in eine entsprechende Hülse eingesetzt, so dass sich der Drehbolzen und die Hülse paaren, und dann wird eine Schlingfeder auf der Außenumfangsoberfläche der Hülse aufgebracht, um dadurch einen Druck auf die gleitenden Oberflächen zwischen der Hülse und dem Drehbolzen zu erzeugen. Es ist für das Kompressionselement nicht notwendig, irgendeine andere Komponente der Drehgelenkvorrichtung als die Hülse in Eingriff zu nehmen. Somit besteht einer der Aspekte der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung von einfachem Aufbau bereitzustellen, wobei ein asymmetrisches Drehmoment mit drei Komponenten erreicht wird; nämlich einem Drehbolzen, einer geschlitzten Hülse und einem schraubenförmigen Kompressionselement. Das Kompressionselement behält seine Position auf der Oberfläche der Hülse bei, um eine komprimierende Kraft bereitzustellen, die auf die gleitende Oberfläche des Drehbolzen angewendet und um diese durch die Hülse während eines Gelenkvorgangs verteilt wird.
Die Hülse umfasst einen Spalt. In der Hülse ist der Spalt durch die Wanddicke der Hülse entlang der gesamten axialen Länge der Hülse gebildet. Der Spalt verringert die Umfangsspannung in der Hülse und ermöglicht eine Torsionsverformung der Hülse. Die Form des Spalts kann gerade sein, d.h. parallel zu der longitudinalen Achse der Hülse, oder der Spalt kann schraubenförmig geformt sein. Die Anzahl von Drehungen des schraubenförmig geformten Spalts kann weniger als 1, z.B. eine Vierteldrehung, oder größer als 1 sein. Wenn eine Schlingfeder als das Kompressionselement verwendet wird, ist der Spalt bevorzugt ein schraubenförmig geformter Schlitz und entspricht der schraubenförmigen Richtung der Schlingfeder. Die Steigung des schraubenförmig geformten Schlitzes ist ebenfalls bevorzugt größer als die Steigung der Spulen der Schlingfeder.
Der in der Hülse bereitgestellte Spalt oder Schlitz ist optional frei von Material oder kann vollständig oder teilweise gefüllt sein. Beispielsweise kann sich eine verdünnte Bahn des Materials von der Hülse über den Spalt oder Schlitz erstrecken. Als ein weiteres Beispiel kann ein unterschiedliches Material, wie beispielsweise ein biegsames oder verformbares Material angewendet werden, um den Spalt oder Schlitz teilweise oder vollständig zu füllen. Ebenfalls oder alternativ kann sich eine separate Komponente, wie beispielsweise eine Materialbahn oder eine zusätzliche Hülse, über den Spalt oder Schlitz erstrecken, wobei eine derartige Komponente zwischen der Hülse und dem Drehbolzen oder zwischen der Hülse und dem Kompressionselement angeordnet wird.
Die Drehung der Umfangsoberfläche relativ zu der Hülse, wenn wie oben beschrieben konfiguriert, wird einen Reibungswiderstand (d.h. Reibungsdrehmoment) proportional zu der Kraft erzeugen, die durch das Kompressionselement erzeugt wird. Die durch das Kompressionselement erzeugte Kraft ist von dem Material des Elements, dem Durchmesser der Umfangsoberfläche und dem Reibungskoeffizienten zwischen der Hülse und der Umfangsoberfläche abhängig. Außerdem wird sich abhängig von der Torsionssteifigkeit der Hülse und der Form des Spalts in der Hülse die Größe und Richtung des erhöhten Reibungsdrehmoments unterscheiden, wenn sich die Umfangsoberfläche in einer Richtung oder der entgegengesetzten Richtung innerhalb der Hülse dreht.
Das asymmetrische Reibungsdrehmoment ist das Ergebnis der komprimierenden Kraft, die an die Außenseite der Hülse angelegt wird, während der Innenumfang der Hülse in Reibungskontakt mit einer sich bewegenden Oberfläche ist und durch Versehen der Hülse mit einem Spalt und einem freien Ende. Mit „freiem Ende“ ist gemeint, dass die Hülse konfiguriert ist, um sich in einer Richtung von einem Befestigungspunkt ähnlich einem Arm oder einer freitragenden Ausgestaltung, zu erstrecken.
Das asymmetrische Reibungsdrehmoment wird für Hülsen ausgeprägter sein, die einen niedrigeren Torsionswiderstand aufweisen, und weniger ausgeprägt für Hülsen sein, die aus einem steiferen Material hergestellt sind, die einen höheren Torsionswiderstand aufweisen. Ebenfalls wird eine Hülse, die einen schraubenförmig geformten Schlitz aufweist, der mit der schraubenförmigen Richtung des Kompressionselements übereinstimmt, ein ausgeprägteres asymmetrisches Reibungsdrehmoment als eine Hülse bereitstellen, die einen geraden Spalt parallel zu der longitudinalen Achse der Hülse aufweist. Eine Hülse kann aus Kunststoff hergestellt sein, um das höchste Verhältnis von Widerstand in entgegengesetzten Richtungen zu erreichen, oder das Verhältnis der Widerstände kann durch Verwenden eines Materials für die Hülse mit einem höheren Elastizitätsmodul, wie beispielsweise einem Metall, verringert werden.
Wie oben erläutert, ist das asymmetrische Reibungsdrehmoment ein Ergebnis der Verformung der geschlitzten Hülse, die durch das schraubenförmige Kompressionselement erzeugt wird, das die zylindrische Oberfläche komprimiert, die sich innerhalb der Hülse dreht. Wenn die Drehgelenkvorrichtung beispielsweise eine Schlingfeder, eine geschlitzte Hülse und einen Drehbolzen umfasst, wird das Drehmoment, das sich aus dem Reibungswiderstand ergibt, an die Außenoberfläche der Hülse angelegt, und die Innenumfangsoberfläche, die in Reibungskontakt mit einem sich drehenden Drehbolzen ist, wird eine Torsionsverformung erzeugen, die gleichmäßig entlang der vollen Länge der Hülse in der longitudinalen Richtung verteilt ist. Wenn die Richtung der Hülsenverformung und die Drehrichtung der Drehbolzen mit der schraubenförmigen Richtung der Schlingfeder übereinstimmen, werden Reibungskräfte zwischen dem Außenumfang der Hülse und dem Innenumfang der Schlingfeder die Schlingfeder aufwickeln, um dadurch die komprimierende Kraft auf den Außenumfang der Hülse und den Reibungswiderstand gegen die Drehbolzendrehung zu erhöhen. Die Drehung des Drehbolzens in einer Richtung entgegengesetzt der schraubenförmigen Richtung der Schlingfeder wird die Torsionsverformung der Hülse in der entgegengesetzten Richtung verursachen und die Schlingfeder wird sich abwickeln, um dadurch Druck auf die Hülse zu verringern, und weniger Kraft ist erforderlich, um das Reibungsdrehmoment zu überwinden und den Drehbolzen zu drehen. Die Torsionsverformung wird durch Bereitstellen der Hülse mit einem freien Ende gefördert.
Im Wesentlichen umfassen bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung ein schraubenförmiges Kompressionselement, wie beispielsweise eine schraubenförmig gewickelte Feder; eine Hülse, die innerhalb des Kompressionselements positioniert ist; und einen Drehbolzen, der innerhalb der Hülse positioniert ist, wobei die Hülse konfiguriert wird, um sich zu verformen, durch Umfassen eines Schlitzes, um für ein asymmetrisches Drehmoment abhängig von der Richtung vorzusorgen, in der die Welle relativ zu der Hülse gedreht wird.
Bezugnehmend nun auf die Figuren, in denen sich dieselben Ziffern auf dieselben Elemente überall in der Beschreibung der Zeichnungen beziehen, werden Ausführungsformen einer Drehgelenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
1 stellt eine schematische Ansicht bereit, welche die Aspekte der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, weist eine Drehgelenkvorrichtung 1 ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment auf. Die Drehgelenkvorrichtung 1 kann eine sich drehende Oberfläche umfassen, wie beispielsweise einen Drehbolzen 2, der sich entlang einer longitudinalen Achse in und aus der Ebene von 1 erstreckt. Eine Hülse 3, umgibt den Drehbolzen 2 mindestens teilweise, wobei die Hülse 3 einen Spalt definiert, wie beispielsweise einen Spalt 5, der sich longitudinal erstreckt. Die Hülse 3 und der Drehbolzen 2 sind zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert.
Obwohl die Hülse 3 einen einzigen Spalt 5 aufweist, wird sie optional mit mehr als einem derartigen Spalt bereitgestellt. Der Spalt 5 erstreckt sich entlang der vollen Länge der Hülse 3, und eine oder mehrere zusätzliche Spalten oder Schlitze können bereitgestellt werden, um sich mindestens teilweise entlang der Länge der Hülse 3 zu erstrecken. Derartige zusätzliche Spalten können bereitgestellt werden, um den Grad der Verformung der Hülse nach Bedarf einzustellen.
Ein Kompressionselement, wie beispielsweise ein Element 4, umgibt mindestens teilweise die Hülse 3 und übt eine komprimierende Kraft auf die Hülse 3 aus. Ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse 3 und den Drehbolzen 2 mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, wie beispielsweise einer Richtung L, unterscheidet sich von einem zweiten Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse 3 und den Drehbolzen 2 mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung zu drehen, wie beispielsweise einer zu der ersten Richtung L entgegengesetzten Richtung R.
Wie zuvor erwähnt, wurde ursprünglich geglaubt, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Drehbolzen 2 und dem Kompressionselement 4 notwendig sein würde, um ein asymmetrisches Drehmoment bereitzustellen. Es wurde jedoch überraschend entdeckt, dass ein derartiges asymmetrisches Drehmoment erreicht werden konnte, wenn die Hülse 3 zwischen dem Kompressionselement 4 und dem Drehbolzen 2 angeordnet ist, so dass es keinen direkten Kontakt zwischen dem Kompressionselement 4 und dem Drehbolzen 2 gibt.
Eine erste Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung gemäß Aspekten dieser Erfindung, die in 2a durch 7f veranschaulicht ist, ist eine Anordnung, die einen Adapter 10, ein Gehäuse 20 und eine Schlingfeder 30 umfasst. Eine Explosionsansicht der Anordnung wird in 2a bereitgestellt, wobei der Adapter 10 einen Handgriff 11 aufweist, von dem sich ein Drehbolzen 14 von einem niedrigeren Endabschnitt einer vorderen Fläche 12 des Handgriffs 11 erstreckt. Der Handgriff 11 umfasst optional ein oder mehrere Befestigungsvorrichtungslöcher 16a, 16b, so dass der Handgriff 11 an einer ersten Komponente (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Panel oder dem Bildschirm eines Laptop-Computers, befestigt werden kann. Das Gehäuse 20 umfasst eine Halterung 21 und eine Hülse 22 an einem oberen Abschnitt der Halterung 21. Mindestens ein Abschnitt der Hülse 22 erstreckt sich von einer vorderen Fläche 24 der Halterung 21 und das entgegengesetzte Ende der Hülse 22 ist ein freies Ende. Ähnlich dem Adapter 10 kann das Gehäuse 20 optional eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungslöcher 26a, 26b umfassen, so dass die Halterung 21 an einer zweiten Komponente (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem zweiten Panel oder dem Tastaturabschnitt eines Laptop-Computers gesichert werden kann. Die Hülse 22 umfasst einen Spalt 28, der sich durch die Dicke der Hülse 22 und entlang der gesamten longitudinalen Länge der Hülse 22 erstreckt.
Bezugnehmend auf 2a bis 5d wird die erste Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Der Durchmesser des Drehbolzen 14 sollte größer als oder gleich dem Durchmesser einer Bohrung sein, die sich durch die longitudinale Achse der Hülse 22 erstreckt, so dass es einen Reibungskontakt zwischen dem Außenumfang des Drehbolzen 14 und der Innenumfangsoberfläche der Hülse 22 gibt. Die Schlingfeder 30, die bevorzugt in der Form einer Spulenfeder ist, wird auf die Außenumfangsoberfläche der Hülse 22 aufgebracht. Der Innendurchmesser der Spulen der Schlingfeder 30 sind bevorzugt gleich oder kleiner als der Außendurchmesser der Hülse 22, so dass eine komprimierende Kraft an die Außenumfangsoberfläche der Hülse 22 durch die Schlingfeder 30 angelegt wird.
Die Schlingfeder 30 wird optional mit jedem Element ausgetauscht, das konfiguriert ist, eine Kompression bereitzustellen, und das idealerweise einen Oberflächenabschnitt umfasst, der sich in einem spitzen Winkel mit Bezug auf die Achse des Drehbolzen erstreckt, wie beispielsweise eine Oberfläche, die sich schraubenförmig mit Bezug auf die Drehachse der Welle erstreckt. Ein derartiges Kompressionselement erstreckt sich ebenfalls mindestens teilweise um die Hülse, wobei es jedoch bevorzugt, insbesondere wenn in der Form eines sich schraubenförmig erstreckenden Elements, einen oder mehrere vollständige Drehungen um die Hülse aufweist, um eine verbesserte oder im Wesentlichen konstante radiale Kompression bereitzustellen.
Die gleiche Anordnung wird in 2b, 2c und 2d veranschaulicht, die den Handgriff 11 in drei unterschiedlichen Positionen zeigt. In 2c ist der Handgriff 11 in einer vertikalen Position. Das Reibungsdrehmoment, das eine Drehung des Handgriffs 11 in der entgegengesetzten Uhrzeigerrichtung verhindert, d.h. von der vertikalen Position von 2c zu der in 2b veranschaulichten Position, ist größer als das Reibungsdrehmoment, das eine Drehung des Handgriffs 11 in der Uhrzeigerrichtung verhindert, d.h. von der vertikalen Position zu der in 2d veranschaulichten Position.
Die Ursache des asymmetrischen Reibungsdrehmoments wird in 6a, 6b und 6c veranschaulicht. Bezugnehmend auf 6b wird die Drehgelenkvorrichtung durch Anbringen der Schlingfeder 30 auf der Außenumfangsoberfläche der Hülse 20 zusammengebaut, wenn der Handgriff 11 in der vertikalen Position ist. Wie in 6a, 6b und 6c gesehen, verursacht die Drehung des Handgriffs 11 von der Position in 6b zu der Position in 6a eine Torsionsverformung der Hülse 22. Die beiden bogenförmigen Abschnitte der Hülse 22 auf beiden Seiten des Spalts 28 verschieben sich in entgegengesetzten Richtungen, während der Handgriff 11 gedreht wird. Die Gesamtverschiebung wird als Abmessung A gekennzeichnet.
Wie oben erläutert, folgt die Torsionsverschiebung der Orientierung der Spulen der Schlingfeder 30, was bewirkt, dass sich die Schlingfeder 30 aufwickelt. Die Festziehhandlung erhöht die komprimierende Kraft, die an die Oberfläche des Drehbolzen 14 durch die Hülse 22 angelegt wird, um dadurch das Reibungsdrehmoment, d.h. den Widerstand gegen Drehung, zu erhöhen. Wenn der Handgriff 11 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wie in 6c gesehen, bewirkt die Torsionsverschiebung der Hülse, dass sich die beiden gegenüberliegenden bogenförmigen Abschnitte der Hülse 22 auf beiden Seiten des Spalts 28, um sich longitudinal zu verschieben, wie durch die Abmessung A' dargestellt, in der entgegengesetzten Richtung zu der in 6a beobachteten Verschiebung verschieben. Die Torsionsverschiebung folgt wiederum der Orientierung der Spulen der Schlingfeder 30, wobei dieses Mal die Feder 30 veranlasst wird, sich abzuwickeln, um dadurch die komprimierende Kraft auf die Außenoberfläche der Hülse 22 und des Drehbolzen 14 zu verringern.
Wie für den Fachmann offensichtlich ist, kann der Betrag der Torsionsverschiebung der Hülse 22 in einer der beiden Richtung, wenn der Handgriff 11 gedreht wird, durch einen oder mehrere Faktoren gesteuert werden. Ein Variieren des Reibungskoeffizienten zwischen der Außenumfangsoberfläche des Drehbolzen 14 und der Innenumfangsoberfläche der Hülse 22 und/oder der Außenumfangsoberfläche der Hülse 22 und der Innenumfangsoberfläche der Schlingfeder 30, beispielsweise ein Aufrauen der Kontaktoberflächen, ein Ändern der relativen Durchmesser der sich paarenden Komponenten, ein Variieren der Breite des Spalts 28 oder ein Variieren der longitudinalen Länge der Kontaktoberflächen würde ebenfalls eine Modifikation des Reibungsdrehmoments ermöglichen.
Die Kontaktoberfläche zwischen der Schlingfeder 30 und der Hülse 22 kann ebenfalls modifiziert werden, um eine konstantere Torsionsverschiebung zu erzeugen. Die Schlingfeder 30 der ersten Ausführungsform wird veranschaulicht, als aus einem aufgewickelten Draht mit einem kreisförmigen Querschnitt hergestellt zu sein. Die Kompressionskraft auf der Oberfläche der Hülse würde daher auf einer Linie fokussiert oder konzentriert sein, welche die einzelne Punkte auf dem Umfang des Querschnitts umfasst, die eine Länge gleich der Länge des abgewickelten Drahts aufweist. Mit der Zeit wird diese fokussierte komprimierende Kraft zu einer Verformung der Außenoberfläche der Hülse führen, insbesondere wenn die Hülse aus einem relativ weicheren Material, wie beispielsweise einem Kunststoff oder polymeren Material, hergestellt ist. Somit kann, während die Schlingfeder aufgewickelt und abgewickelt wird, jede Spule dazu neigen sich selber tiefer und tiefer in die Oberfläche der Hülse einzubetten.
Wenn stattdessen die Schlingfeder aus einem Draht hergestellt wurde, der eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform aufweist (beispielsweise kann eine schraubenförmig gewickelte Feder aus einem quadratischen Draht hergestellt werden), wird die Verformung der Feder verbessert und eine Außenoberfläche der Hülse erzeugt. Eine Runddrahtfeder weist eine sehr kleine Kontaktfläche mit der Hülse auf, womit ein sehr hoher lokaler Druck erzeugt wird. Ein Vierkantdraht wird beispielsweise eine viel größere Kontaktfläche und viel weniger Oberflächendruck und daher viel weniger lokale Verformung aufweisen. Als Ergebnis wird er zu einem konsistenteren Reibungsdrehmoment führen und die Kontaktpunkte würden sich über die Breite des Querschnitts des Drahts anstatt auf einen einzigen Punkt verteilen, was zu weniger Verformung auf der Oberfläche der Hülse führt und ein konstanteres Reibungsdrehmoment während der Lebensdauer der Drehgelenkvorrichtung erzeugt.
Schließlich können, wie oben erwähnt, die Materialien, die verwendet werden, um die Hülse 22 und die Schlingfeder 30 herzustellen, modifiziert werden, so dass das Elastizitätsmodul des Materials verwendet werden kann, um die sich ergebende Torsionsverschiebung der Hülse 22 und/oder der Schlingfeder 30 zu steuern. Die Verwendung eines Materials, das ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist, wie beispielsweise Kunststoff, um die Hülse anzufertigen, stellt ebenfalls den Vorteil bereit, dass im Gegensatz zu Metall kostengünstige Materialien verwendet werden können, um die Hülse herzustellen. Die Beseitigung von Metall-auf-Metall-Kontaktoberflächen macht ebenfalls den Bedarf für Fett oder Öle zur Schmierung unnötig, so dass eine derartige Schmierung optional beseitigt wird. Die Torsionsverformung kann ebenfalls durch Modifizieren der radialen Dicke der Hülse 22 und der Schlingfeder 30 beeinflusst werden, wobei eine dünnere radiale Dicke eine größere Torsionsverschiebung fördern kann, während eine größere Dicke zu einer steiferen Hülse 22 oder Schlingfeder 30 und weniger Torsionsverschiebung führen kann. Die Steifigkeit der Hülse 22 kann ebenfalls durch Versehen der Hülse 22 mit einem oder mehreren Schlitzen verringert werden, die sich teilweise von einem Ende der Hülse entlang ihrer longitudinalen Länge erstrecken.
Ein weiterer Faktor, der die Torsionsverschiebung der Hülse beeinflussen kann, ist die Orientierung und Form des Spalts. Bezugnehmend auf 7a bis 7f kann das Gehäuse 20 für die Drehgelenkvorrichtung, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, einen geraden Spalt 28 umfassen, der parallel zu der longitudinalen Achse der Hülse 22 ist. In einer zweiten Ausführungsform der in 8 bis 14f veranschaulichten vorliegenden Erfindung ist der Spalt 128 etwa um eine Vierteldrehung um die Außenumfangsoberfläche der Hülse 122 geformt. Sämtliche der weiteren Merkmale der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie die Merkmale der ersten Ausführungsform. Ein Adapter 110, der einen Handgriff 111 und einen Drehbolzen 114 umfasst, die sich von einer vorderen Fläche 112 des Handgriffs 111 erstreckt, ist paarend mit der inneren Bohrung einer Hülse 122 eines Gehäuses 120 gekoppelt. Das Gehäuse 120 umfasst eine Halterung 121, die eine vordere Fläche 124 aufweist, von der sich die Hülse 122 erstreckt. Der Handgriff 111 und die Halterung 121 können optional wiederum eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungslöcher 116a/b, 126a/b umfassen. Schließlich wird eine Schlingfeder 130 auf der Außenumfangsoberfläche der Hülse 122 aufgebracht. Der einzige Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der Drehgelenkvorrichtung ist die Form/Orientierung des Spalts 128 in der Hülse 122, wie am besten in 14a bis 14f gesehen werden kann.
Bezugnehmend auf 13a, 13b und 13c verursacht die Drehung des Handgriffs 111 von der Position in 13b zu der Position in 13a eine Torsionsverschiebung der Hülse 122 und eine Wicklung der Schlingfeder 130, welche das Reibungsdrehmoment während der Drehung des Handgriffs 111 erhöht. Die beiden bogenförmigen Abschnitte der Hülse 122 auf beiden Seiten des Spalts 128 verschieben sich erneut in entgegengesetzten Richtungen, während der Handgriff 111 gedreht wird. Die Gesamtverschiebung wird als Abmessung B gekennzeichnet. Die Drehung des Handgriffs 111 in der entgegengesetzten Richtung, d.h. von der Position in 13b zu der Position in 13c, wird eine Torsionsverschiebung in der entgegengesetzten Richtung verursachen und die Schlingfeder 130 abwickeln, wobei das Reibungsdrehmoment verringert wird, während der Handgriff 111 gedreht wird. Die longitudinale Verschiebung der beiden bogenförmigen Abschnitte der Hülse 122 in der entgegengesetzten Richtung wird als B' gekennzeichnet. Unter Verwendung einer sich radial erstreckenden Achse, die senkrecht zu der longitudinalen Achse der Schlingfeder 130 als eine Referenz ist, ist die Steigung des Spalts 128 größer als die Steigung der Spulen der Schlingfeder 130.
Ein Orientieren des Spalts 128 auf diese Art und Weise verstärkt die Asymmetrie des Drehmoments durch Verringern des Torsionswiderstands der Hülse 122 in der schraubenförmigen Richtung der Schlingfeder 130. Mehr Verformung der Hülse 122 kann unter der gleichen Spannung im Vergleich mit einer Hülse erreicht werden, die einen geraden Schlitz wie die Hülse 22 der ersten Ausführungsform aufweist. Ein Erhöhen der Anzahl von Umläufen des schraubenförmig geformten Spalts 128 wird die potentielle Torsionsverformung proportional erhöhen und ferner das Verhältnis des Reibungsdrehmoments zwischen der einen Drehrichtung zu der anderen erhöhen. Ein Fachmann wird erkennen, dass eine aus Kunststoff geformte Hülse beispielsweise mit einem schraubenförmig geformten Spalt, der mehr als die Vierteldrehung aufweist, die in der zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist, durch Verwenden speziell ausgestalteter Fertigungsmittel und/oder Formgebungsprozesse geformt werden kann.
Bezugnehmend nun auf 15 bis 18b wird ein Drehmomentgelenk bereitgestellt, das eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt. Wie in 15 veranschaulicht, kann das Drehmomentgelenk 200 verwendet werden, um zwei Panels 202, 204 zu verbinden, so dass die beiden Panels 202, 204 relative zueinander drehbar sind. Das Drehmomentgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus mindestens zwei Blättern zusammengesetzt sein. Das Drehmomentgelenk 200 gemäß der dritten Ausführungsform weist bevorzugt vier Blätter, 206a/206b und 208a/208b, auf.
Die Drehbolzen haltenden Blätter 206a, 206b sind an dem ersten Panel 202 unter Verwendung von Gewindebolzen 210a, 210b befestigt, während die Schlingfeder haltenden Blätter 208a, 208b an dem zweiten Panel 204 unter Verwendung von ähnlichen Gewindebolzen 212a, 212b befestigt sind. Jede beliebige Anzahl von Befestigungsmitteln, die einem Fachmann bekannt sind, kann benutzt werden, um die Blätter des Drehmomentgelenks an einem jeweiligen Panel zu befestigen.
Wie es von einem Fachmann erkannt werden kann, kann das Drehmomentgelenk 200 180° gedreht werden, so dass die Drehbolzen haltenden Blätter 206a, 206b an dem zweiten Panel 204 befestigt sind, während die Schlingfeder haltenden Blätter 208a, 208b an dem ersten Panel 202 befestigt sind. Abhängig von der Anwendung kann es Umstände geben, in denen entweder das erste Panel 202 oder das zweite Panel 204 fixiert werden kann, während das andere Panel gedreht wird.
Bezugnehmend auf 16 und 17a-17d ist das Drehmomentgelenk 200 bevorzugt aus vier Blättern. Wenn ein Bolzen oder eine ähnliche Befestigungsvorrichtung verwendet wird, um die Blätter an einem Panel zu befestigen, können die Panels ein Durchgangsloch 211a, 211b, 213a, 213b umfassen, um die Befestigungsvorrichtung aufzunehmen. Jedes Schlingfeder haltende Blatt 208a, 208b wird mit einer Hülse 218a, 218b bereitgestellt, die einen longitudinale Spalt 220a, 220b aufweist. Ein Ende jeder Hülse 218a, 218b ist an einem haltenden Blatt befestigt, während das entgegengesetzte Ende ein nicht befestigtes freies Ende ist. Vor dem Einsetzen eines Drehbolzens 214 durch die innere Bohrung der beiden Hülsen 218a, 218b wird eine Schlingfeder 222a, 222b auf eine Hülse, 218a, 218b angewendet.
Die beiden Schlingfedern 222a, 222b weisen Spulen auf, die in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind. Somit sind die linken und rechten Schlingfedern haltenden Blätter 208a, 208b mit der Ausnahme identisch, dass sie Spiegelbilder voneinander sind. Nachdem der Drehbolzen 214 durch die Bohrung von beiden Hülsen 218a, 218b, eingesetzt ist, werden die Drehbolzen haltenden Blätter 206a, 206b angewendet. Es wird bevorzugt, dass die Drehbolzen haltenden Blätter 206a, 206b als zwei gegenüberliegende Hälften bereitgestellt werden, die Spiegelbilder sind, ähnlich den Schlingfeder haltenden Blättern 208a, 208b, und dass die entgegengesetzten Endabschnitte des Drehbolzens gerändelte Abschnitte 216a, 216b sind, die bereitgestellt werden, so dass jedes den Drehbolzen haltende Blatt 206a, 206b auf einen gerändelten Abschnitt 216a, 216b eingepresst werden kann. Die gerändelten Abschnitte 216a, 216b ermöglichen dem Drehbolzen 214, mit den Drehbolzen haltenden Blättern 206a, 206b gedreht zu werden. Alternativ kann es möglich sein, ein einzelnes Drehbolzen haltendes Blatt bereitzustellen, das über die Enden des Drehbolzens überspritzt ist; wobei Einpressen jedoch bevorzugt wird.
Wie in 17b und 17c veranschaulicht, sind die Spulen der linken Schlingfeder 222a in der entgegengesetzten Richtung wie die Spulen der rechten Schlingfeder 222b gewickelt. Dies liegt daran, weil sich die linken und rechten Hülsen 218a und 218b in Richtung zueinander in einer gegenüberliegenden Beziehung erstrecken. Bei Betrachtung des Drehmomentgelenks von der Seite entlang der longitudinalen Achse des rechten gerändelten Abschnitts 216b wird sich der Drehbolzen 214 in Uhrzeigerrichtung relativ zu der rechten Hülse 218b drehen. Bei Betrachtung des Drehmomentgelenks von der linken Seite entlang der gleichen longitudinalen Achse von dem linken gerändelten Abschnitt 216a wird sich der gleiche Drehbolzen 214 entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung relativ zu der linken Hülse 218a drehen.
Die Schlingfedern 222a, 222b werden daher bevorzugt in entgegengesetzten Richtungen gewickelt, so dass die Torsionsverformung, welche die Schlingfedern veranlasst, sich aufzuwickeln, und die Zunahme der sich ergebenden Drehmomentreibung während der Drehung des Drehbolzens 214 werden die gleichen auf beiden Seiten des Drehmomentgelenks werden. Wenn die Schlingfedern 222a, 222b Spulen hätten, die in der gleichen Richtung gewickelt sind, würde eine Zunahme in der Drehmomentreibung auf einer Hülse und eine Abnahme in der Drehmomentreibung auf der gegenüberliegenden Hülse auftreten, wenn die den Drehbolzen haltenden Blätter 206a, 206b in einer der beiden Richtungen zusammengedreht werden, was somit zu einer symmetrischen Drehmomentreibung führt.
Wie zuvor erläutert, kann die Größe und das Verhältnis der Drehmomentreibung, die erzeugt wird, wenn sich das Drehmomentgelenk in entgegengesetzten Richtungen dreht, in einer Vielfalt von Weisen beispielsweise durch den Bereich der Drehung der Blätter des Gelenks relativ zueinander, dem Ort, der Orientierung und den Abmessungen des Spalts in der Hülse und dem Reibungskoeffizient zwischen der Fläche der Kontaktoberflächen (d.h. der Kontaktoberflächen zwischen dem Drehbolzen, der Hülse und der Schlingfeder) und dem Elastizitätsmodul und Dicke des Hülse/Schlingfeder-Materials modifiziert werden.

Claims

Drehgelenkvorrichtung (1), die ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment aufweist, wobei die Drehgelenkvorrichtung (1) umfasst: einen Drehbolzen (2, 14, 114), der sich entlang einer longitudinalen Achse erstreckt; eine Hülse (3, 22, 122), die mindestens teilweise den Drehbolzen (2, 14, 114) umgibt, wobei die Hülse (3, 22, 122) einen Spalt (5, 28, 128) definiert, der sich longitudinal erstreckt, wobei die Hülse (3, 22, 122) und der Drehbolzen (2, 14, 114) zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert sind; und ein schraubenförmiges Kompressionselement (4, 30, 130), das mindestens teilweise die Hülse (3, 22, 122) umgibt und eine komprimierende Kraft auf die Hülse (3, 22, 122) ausübt; wobei sich ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse (3, 22, 122) und den Drehbolzen (2, 14, 114) mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, von einem zweiten Drehmoment unterscheidet, das erforderlich ist, um die Hülse (3, 22, 122) und den Drehbolzen (2, 14, 114) mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu drehen, wobei der Spalt (5, 28, 128) sich über die gesamte longitudinale Länge der Hülse (3, 22, 122) erstreckt.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei sich der durch die Hülse (3, 22, 122) definierte Spalt (5, 28, 128) in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der longitudinalen Achse erstreckt.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der durch die Hülse (3, 22, 122) definierte Spalt (5, 28, 128) einen Schlitz bereitstellt, der gegenüberliegende bogenförmige Abschnitte der Hülse (3, 22, 122) trennt.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Schlitz (128), der gegenüberliegende bogenförmige Abschnitte der Hülse (3, 22, 122) trennt, eine schraubenförmige Form relativ zu der longitudinalen Achse der Hülse (3, 22, 122) aufweist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei das Kompressionselement (4, 30, 130) eine Schlingfeder ist, die eine Mehrzahl von Spulen umfasst, und die schraubenförmige Form des in der Hülse (3, 22, 122) definierten Schlitzes (128) im Wesentlichen einer schraubenförmigen Richtung der Spulen der Schlingfeder entspricht.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei die Hülse (3, 22, 122) konfiguriert ist, um ein unbefestigtes freies Ende aufzuweisen.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Hülse (3, 22, 122) einen Kontakt zwischen dem Drehbolzen (2, 14, 114) und dem Kompressionselement (4, 30, 130) verhindert.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Kompressionselement (4, 30, 130) eine Spule ist, die um die longitudinale Achse der Hülse (3, 22, 122) gewickelt ist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Hülse (3, 22, 122) gegen Drehung fixiert ist und der Drehbolzen (2, 14, 114) zur Drehung mit Bezug auf die Hülse (3, 22, 122) angebracht ist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Drehbolzen (2, 14, 114) gegen Drehung fixiert ist und die Hülse (3, 22, 122) zur Drehung mit Bezug auf den Drehbolzen (2, 14, 114) angebracht ist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Drehgelenkvorrichtung (1) ein Gelenk bildet, das zwei Komponenten zur Bewegung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse des Drehbolzens (2, 14, 114) schwenkbar verbindet.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, wobei eine der beiden Komponenten die Hülse (3, 22, 122) umfasst und die andere der beiden Komponenten den Drehbolzen (2, 14, 114) umfasst.
Verfahren zum Bereitstellen eines asymmetrischen Reibungsdrehmoments an einer Drehgelenkvorrichtung (1), wobei das Verfahren umfasst: Umgeben eines Drehbolzens (2, 14, 114) mit einer Hülse (3, 22, 122), die einen Spalt (5, 28, 128) definiert, der sich longitudinal erstreckt, so dass die Hülse (3, 22, 122) und der Drehbolzen (2, 14, 114) zur Drehung mit Bezug zueinander um eine longitudinale Achse konfiguriert sind; und Umgeben der Hülse (3, 22, 122) mit einem schraubenförmigen Kompressionselement (4, 30, 130), das eine komprimierende Kraft auf die Hülse (3, 22, 122) ausübt, so dass eine schraubenförmige Kraftkomponente an die Hülse (3, 22, 122) bei Drehung des Drehbolzens (2, 14, 114) angelegt wird, und sich ein erstes Drehmoment, das erforderlich ist, um die Hülse (3, 22, 122) und den Drehbolzen (2, 14, 114) mit Bezug zueinander in einer ersten Richtung zu drehen, von einem zweiten Drehmoment unterscheidet, das erforderlich ist, um die Hülse (3, 22, 122) und den Drehbolzen (2, 14, 114) mit Bezug zueinander in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu drehen, wobei der Spalt (5, 28, 128) sich über die gesamte longitudinale Länge der Hülse (3, 22, 122) erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Umgebens des Drehbolzens (2, 14, 114) ein Orientieren des Spalts (5, 28, 128) umfasst, der durch die Hülse (3, 22, 122) definiert ist, um sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der longitudinalen Achse zu erstrecken.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Umgebens des Drehbolzens (2, 14, 114) ein Orientieren des Spalts (5, 28, 128) umfasst, so dass eine schraubenförmige Form des Spalts (5, 28, 128) relativ zu der longitudinalen Achse der Hülse (3, 22, 122) positioniert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt des Umgebens der Hülse (3, 22, 122) mit einem Kompressionselement (4, 30, 130) ein Umgeben der Hülse (3, 22, 122) mit einer Schlingfeder umfasst, die eine Mehrzahl von Spulen umfasst, so dass die schraubenförmige Form des Spalts (5, 28, 128), der durch die Hülse (3, 22, 122) definiert ist, im Wesentlichen einer schraubenförmigen Richtung der Spulen der Schlingfeder entspricht.
Anordnung, die Komponenten aufweist, die zur schwenkmäßigen Bewegung mit Bezug zueinander gekoppelt sind, wobei die Anordnung eine oder mehrere Drehgelenkvorrichtungen (1) gemäß Anspruch 1 umfasst.
Anordnung gemäß Anspruch 17, umfassend mehrere Drehgelenkvorrichtungen (1), wobei die longitudinale Achse des Drehbolzens (2, 14, 114) von einer der Drehgelenkvorrichtungen (1) die gleiche wie die longitudinale Achse des Drehbolzens (2, 14, 114) von einer anderen der Drehgelenkvorrichtungen (1) ist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Drehgelenkvorrichtung (1) umfasst: mehrere Hülsen (3, 22, 122), welche den Drehbolzen (2, 14, 114) umgeben, wobei jede der Hülsen (3, 22, 122) einen Spalt (5, 28, 128) definiert, der sich longitudinal erstreckt, und jede der Hülsen (3, 22, 122) und der Drehbolzen (2, 14, 114) zur Drehung mit Bezug zueinander um die longitudinale Achse konfiguriert sind; wobei das schraubenförmige Kompressionselement (4, 30, 130) jede der Hülsen (3, 22, 122) umgibt und eine komprimierende Kraft auf jede der Hülsen (3, 22, 122) ausübt.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 19, wobei jede der Hülsen (3, 22, 122) ein freies Ende aufweist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 20, wobei das freie Ende einer ersten der Hülsen (3, 22, 122) in eine Richtung entlang der longitudinalen Achse des Drehbolzens (2, 14, 114) weist und das freie Ende einer zweiten der Hülsen (3, 22, 122) in einer entgegengesetzten Richtung entlang der longitudinalen Achse des Drehbolzens (2, 14, 114) weist.
Drehgelenkvorrichtung (1) gemäß Anspruch 21, wobei das Kompressionselement (4, 30, 130), das die erste der Hülsen (3, 22, 122) umgibt, in einer Richtung entgegengesetzt des Kompressionselements (4, 30, 130) orientiert ist, das die zweite der Hülsen (3, 22, 122) umgibt.