DE19545226C1 - Sperrspannwerk für einen federbetätigten Abtrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sperrspannwerk für einen feder­ betätigten Abtrieb, mit dem z. B. mittels eines Kolbens in einem Zylinder ein hoher Druck in einem Fluid erzeugt wird.

Die Erfindung bezweckt, ein derartiges Sperrspannwerk an die Erfordernisse eines miniaturisierten Hochdruck-Erzeugers anzupassen.

Bei den bekannten Sperrspannwerken (W. Krause: Konstrukt­ ionselemente der Feinmechanik, Verlag Carl Hanser, München 1993, Seiten 521 bis 523) wird vorher gespeicherte Energie zum erforderlichen Zeitpunkt freigesetzt und in Bewegung umge­ setzt. Als Speicher für die mechanische Energie dient im all­ gemeinen eine Feder, die mit einem geführten oder gelagerten Bauteil, dem Sprungstück, gekoppelt ist. Ein Sperrglied hin­ dert das Sprungstück an der Bewegung und gibt es in vorbe­ stimmter Weise frei.

In der medizinischen Aerosol-Therapie werden Aerosole durch Zerstäuben oder Vernebeln flüssiger Medikamente zur Behandlung von Erkrankungen der Atemwege beim Menschen oder zur Behand­ lung von asthmatischen Zuständen eingesetzt. Dazu ist ein ho­ her Druck des Fluids erforderlich, um die für das Aerosol not­ wendige kleine Tröpfchengröße zu erzeugen. Der Hochdruck wird im allgemeinen durch einen in einem Zylinder beweglichen Kol­ ben erzeugt (DE-OS 195 36 902). Für einen derartigen minia­ turisierten handbetriebenen zylindrischen Zerstäuber ist es zweckmäßig oder erforderlich, eine relativ große mechanische Kraft zum Antrieb des Kolbens innerhalb des Zerstäubers selbst zu erzeugen.

Damit stellt sich die Aufgabe, ein Sperrspannwerk zu ent­ wickeln, das auch bei großen Federkräften sicher und einfach zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sperr­ spannwerk für einen federbetätigten Abtrieb, das eine Feder als Speicher für die mechanische Energie enthält, die auf einen Abtriebsflansch als Sprungstück wirkt, dessen Bewegung durch die Position eines Sperrgliedes bestimmt wird, einen Antrieb zum Spannen der Feder, einen oberen und einen unteren Anschlag für den Abtriebs­ flansch und eine Vorrichtung zum Auslösen des Sperrgliedes, gekennzeichnet durch ein kraftübersetzendes Getriebe zwi­ schen dem Antrieb zum Spannen der Feder und der Feder, und ein ringförmig angeordnetes Sperrglied mit einrückenden Sperrflächen.

Als Energiespeicher dient bevorzugt eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder, die als Zugfeder oder als Druckfeder wirkt und bevorzugt zylindrisch ist.

Die Feder kann mittels eines Direktantriebes gespannt wer­ den. Dazu wird der Abtriebsflansch durch eine axial wirkende äußere Kraft verschoben. Bei großer Federkraft ist ein kraft­ übersetzendes Getriebe, z. B. ein Schraubschubgetriebe, vorteil­ haft, mittels dem die Feder durch ein äußeres Drehmoment ge­ spannt wird. Bei einem Schraubschubgetriebe enthalten das obere Gehäuseteil und der Abtriebsflansch ein ein- oder mehr­ gängiges Keilgetriebe. Ein solches Getriebe ist zwischen dem An­ trieb zum Spannen der Feder und der Feder angeordnet.

Das Sperrglied kann ein in sich radial elastisch verform­ barer Ring sein, oder ein starrer Ring mit Verschiebenocken, oder ein starrer Ring mit angeformten Blattfedern, oder ein Ring, der durch eine oder mehrere Metallfedern unter Feder­ vorspannung gesetzt wird. Der Ring kann geschlossen oder offen sein oder aus mehreren - bevorzugt zwei - Teilen bestehen. Das Sperrglied besteht aus Kunststoff oder aus Metall. Es ist in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse verschiebbar angeord­ net, oder es ist in dieser Ebene verformbar.

Nach dem Spannen der Feder schieben sich die Sperrflächen des Sperrgliedes in den Weg der Feder oder des Abtriebs­ flansches und verhindern das Entspannen der Feder.

Das Sperrglied wird mittels einer Auslösetaste betätigt. Die Auslösetaste ist mit dem Sperrglied verbunden oder gekop­ pelt. Zum Auslösen des Sperrspannwerks wird eine derartige Auslösetaste und damit das Sperrglied parallel zur Ringebene verschoben, und zwar bevorzugt hin zur Zylinderachse, oder das Sperrglied wird in der Ringebene radial verformt.

Der Weg des Abtriebsteils ist durch definierte Anschläge präzise begrenzt.

Das erfindungsgemäße Sperrspannwerk hat folgende Vorteile:

• - Es ist auch von ungeübten Personen sicher und einfach zu handhaben.
• - Es läßt sich mit einer Hand durch Drücken der Auslöse­ taste auslösen.
• - Bei Verwendung eines kraftübersetzenden Getriebes, z. B. eines Schraubschubgetriebes, läßt sich eine große Feder­ kraft mittels eines geringen Drehmoments erzeugen.
• - Die Bewegung des Sperrgliedes kann auf einfache Weise mit der Drehbewegung zum Spannen der Feder zwangsweise gekop­ pelt werden.
• - Es läßt sich wirtschaftlich herstellen und einfach mon­ tieren.
• - Es besteht aus verschleißarmen Funktionselementen und arbeitet zuverlässig.
• - Es ist kompakt und läßt sich an einen miniaturisierten Hochdruckzerstäuber leicht anpassen. Wegen der definier­ ten Anschläge für das Abtriebsteil ist die Dosierung sehr genau.

Das erfindungsgemäße Sperrspannwerk wird an Hand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1a zeigt einen Längsschnitt durch ein Sperrspannwerk. Das obere zylindrische Gehäuseteil (1) greift über das Feder­ gehäuse (2), mit dem es über Schnappnasen (3) verbunden ist. Die Schnappnasen (3) sind auf der Außenseite des Federgehäuses (2) angebracht und erstrecken sich über zwei einander gegen­ überliegende Kreissegmente von je etwa 30 Grad. Sie greifen in eine umlaufende Rille auf der Innenseite des oberen Gehäuse­ teils ein. Die beiden Gehäuseteile sind also gegeneinander drehbar. Im Federgehäuse (2) befindet sich die Druckfeder (4), die im allgemeinen bereits beim Zusammenstecken der beiden Ge­ häuseteile vorgespannt wird. Die Druckfeder (4) stützt sich auf einem umlaufenden Vorsprung am unteren Ende des Feder­ gehäuses ab sowie auf dem Abtriebsflansch (5), der zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem Federgehäuse achsenparallel verschiebbar angeordnet ist und seinerseits gegen das obere Gehäuseteil (1) drückt. Der topfförmige Abtriebsflansch ragt in das obere Gehäuseteil hinein. Das ringförmige Sperrglied (6) umschließt den Abtriebsflansch. Die am Sperrglied ange­ brachte Auslösetaste (7) ragt aus dem oberen Gehäuseteil seit­ lich hervor.

Bei einem Schraubschubgetriebe enthält der Kragen des topf­ förmigen Abtriebsflansches im allgemeinen zwei sägezahnförmige Aussparungen, auf denen zwei Sägezähne im oberen Gehäuseteil abgleiten. Die Sägezähne und Aussparungen sind in Fig. 1a stark vereinfacht dargestellt. Beim Drehen des oberen Gehäuse­ teils gegen das Federgehäuse wird der Abtriebsflansch gegen die Kraft der Druckfeder weiter in das Federgehäuse hinein­ gedrückt. Sobald der obere Rand des Abtriebsflansches durch das Sperrglied hindurch weit genug nach unten gedrückt worden ist, schiebt sich das ringförmige Sperrglied senkrecht zur Ge­ häuseachse zwischen den oberen Rand des Abtriebsflansches und einen ringförmigen Vorsprung im oberen Gehäuseteil und hält den Abtriebsflansch und die durch die Verschiebung des Abtriebs­ flansches (zusätzlich) gespannte Druckfeder in der erreichten Position fest.

Die mittlere Federkraft beträgt 10 bis 150 N. Zwischen der oberen und der unteren Ruhelage des Abtriebsteils ändert sich die Federkraft etwa um ± 10% der mittleren Federkraft.

Durch Drücken der Auslösetaste (7) wird das ringförmige Sperrglied senkrecht zur Gehäuseachse zurückgeschoben, wodurch der Weg des Abtriebsflansches freigegeben wird. Die Druckfeder schiebt den Abtriebsflansch über eine vorgegebene Strecke nach oben und betätigt damit ein nicht dargestelltes mit dem Abtriebs­ flansch verbundenes Bauteil, z. B. einen Kolben in einem Zylinder.

In Fig. 1a ist das Sperrspannwerk mit dem Abtriebsflansch in seiner oberen Ruhelage und ausgerücktem Sperrglied dar­ gestellt. Fig. 1b zeigt das Sperrspannwerk mit dem Abtriebs­ flansch in seiner unteren Ruhelage und eingerücktem Sperr­ glied. Der Anschlag (8) ist die Wegbegrenzung für das Abtriebs­ teil in dessen unterer Ruhelage, der Anschlag (9) ist die Weg­ begrenzung in dessen oberer Ruhelage. Durch Drehen der beiden Gehäuseteile gegeneinander geht der Zustand nach Fig. 1a in den Zustand nach Fig. 1b über. Durch Drücken der Auslösetaste geht der Zustand nach Fig. 1b in den Zustand nach Fig. 1a über.

Die Fig. 2a und 2b zeigen einen Querschnitt durch das Sperrspannwerk in Höhe der Mitte des ringförmigen Sperr­ gliedes, und zwar Fig. 2a entsprechend dem Zustand des Sperr­ spannwerkes nach Fig. 1a in ausgerückter Stellung des Sperr­ gliedes und Fig. 2b entsprechend dem Zustand des Sperrspann­ werkes nach Fig. 1b in eingerückter Stellung des Sperr­ gliedes.

Die Fig. 3a bis 6b zeigen mehrere erfindungsgemäße Aus­ führungsformen des ringförmigen Sperrgliedes, und zwar teils im Querschnitt etwa in Höhe der Mitte des ringförmigen Sperr­ gliedes, teils in der Aufsicht von oben bei geschnittenem Boden des oberen Gehäuseteils. Die Fig. 3a, 4a, 5a und 6a zeigen das Sperrglied in ausgerückter Stellung, die Fig. 3b, 4b, 5b und 6b zeigen das Sperrglied in eingerückter Stel­ lung.

In den Fig. 3a und 3b ist auf dem äußeren Mantel des Sperrgliedes (10) eine abgeschrägte Nocke (11) angebracht. Eine weitere abgeschrägte Nocke (12) ist auf dem oberen Rand des Federgehäuses (2) angebracht. Gegen Ende der Drehbewegung des oberen Gehäuseteils gegen das Federgehäuse stoßen beide Nocken mit ihrer abgeschrägten Seite aneinander, und die Nocke am Federgehäuse schiebt das Sperrglied (10) in die eingerückte Stellung. Beim Betätigen der Auslösetaste wird das Sperrglied in die ausgerückte Stellung zurückgeschoben, und der Weg für die Verschiebung des Abtriebsflansches wird freigegeben.

In Fig. 4a ist das Sperrglied (13) mit zwei integrierten Federn (14) versehen, die das Sperrglied in der oberen Ruhe­ lage des Sperrspannwerkes gegen den äußeren Mantel des Abtriebs­ flansches (5) drücken. Sobald die Oberkante des Abtriebs­ flansches durch das Sperrglied hindurchgedrückt worden ist, verschiebt sich das Sperrglied durch die Kraft der integrier­ ten Federn in die eingerückte Stellung gemäß Fig. 4b. Beim Betätigen der Auslösetaste wird das Sperrglied gegen die Kraft der integrierten Federn in die ausgerückte Stellung zurück­ geschoben, und der Weg für die Verschiebung des Abtriebs­ flansches wird freigegeben.

In Fig. 5a ist ein Sperrglied (15) dargestellt, dessen vorgespannte Bögen (16) zunächst gegen den äußeren Mantel des Abtriebsflansches (5) drücken. Sobald die Oberkante des Abtriebs­ flansches durch das Sperrglied hindurchgedrückt worden ist, springen die vorgespannten Bögen (16) über die Oberkante des Abtriebsflansches in die eingerückte Stellung. Beim Betätigen der Auslösetaste werden die Bögen (16) auf Grund ihrer Knick­ belastung nach außen gedrückt und geben den Weg für die Ver­ schiebung des Abtriebsflansches frei.

In Fig. 6a ist ein zweiteiliges Sperrglied (17) mit integrier­ ten Federn dargestellt. Jedes Federteil (18) ist auf einer Achse (19) drehbar gelagert. Auf der Innenseite jedes Feder­ teils ist ein Vorsprung (20) angebracht. Sobald die Oberkante des Abtriebsflansches durch das Sperrglied hindurchgedrückt worden ist, springen die Vorsprünge (20) über die Oberkante des Abtriebsflansches in die eingerückte Stellung. Beim Betäti­ gen der Auslösetaste werden die Federteile (18) mit den Vorsprüngen (20) nach außen gedrückt und geben den Weg für die Verschiebung des Abtriebsflansches frei.

Claims (7)

1. Sperrspannwerk für einen federbetätigten Abtrieb, be­ stehend aus einer Feder, die auf einen Abtriebsflansch (5) als Sprungstück wirkt, einen Antrieb zum Spannen der Feder, ein Sperrglied, einen oberen (9) und einen unte­ ren (8) Anschlag für den Abtriebsflansch und einer Vor­ richtung zum Auslösen des Sperrgliedes, gekennzeichnet durch

• - ein kraftübersetzendes Getriebe zwischen dem Antrieb zum Spannen der Feder und der Feder, und
• - ein ringförmig angeordnetes Sperrglied (6) mit ein­ rückenden Sperrflächen.

2. Sperrspannwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Schraubenfeder (4), oder
• - eine Tellerfeder, die
• - als Zugfeder oder als Druckfeder wirkt und bevorzugt zylindrisch ist.

3. Sperrspannwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, gekenn­ zeichnet durch

• - ein Schraubschubgetriebe als kraftübersetzendes Getrie­ be zwischen dem Antrieb zum Spannen der Feder und der Feder.

4. Sperrspannwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch

• - einen offenen oder geschlossenen Ring (6) als Sperr­ glied, der in der Ebene senkrecht zur Achse des zylin­ drischen Sperrspannwerkes verschiebbar angeordnet ist.

5. Sperrspannwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch

• - ein Sperrglied in Form eines radial elastisch verform­ baren Ringes (16), oder
• - in Form eines starren Ringes (13) mit angeformten Blatt­ federn (14), oder
• - in Form eines starren Ringes (10) mit Nocke (11), oder
• - in Form eines starren Ringes und einer Metallfeder.

6. Sperrspannwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch

• - ein Sperrglied (6) aus Kunststoff oder Metall.

7. Sperrspannwerk nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch

• - eine mit dem Sperrglied (6) verbundene oder gekoppelte Auslösetaste (7).