DE19546051B4

DE19546051B4 - Federgelenk mit Dämpfungselement

Info

Publication number: DE19546051B4
Application number: DE19546051A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-04
Filing date: 1995-12-09
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-12-10
Also published as: DE19546051A1

Abstract

Federgelenk zur Verbindung zweier rotatorisch oder in Längsrichtung zueinander verstellbarer Bauelemente, mit zumindest einem elastischen Element, das an einem der Bauteile abgestützt ist, deren freies Ende an einen Mitnehmer des anderen Bauteils in Anlage bringbar ist und wobei dieses Ende während der Relativbewegung der Bauteile entlang zumindest einer Kulisse geführt ist, und mit einem Freilauf, entlang dem das freie Ende nach einer Verstellung der Bauteile nicht vom Mitnehmer mitnehmbar ist, so dass das elastische Element in einer gespannten Speicherposition verbleibt und bei der Rückbewegung des Mitnehmers entladbar ist, gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement zur Dämpfung der Bewegung des Mitnehmers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federgelenk, das eine äußere Mantelhülse und einen in der Mantelhülse geführten Mitnehmer aufweist, der im Bereich seiner Enden aus der Mantelhülse herausragt und der relativ zur Mantelhülse von mindestens einem elastischen Element verspannbar ist sowie bei dem ein Endstück des elastischen Elements derart im Bereich einer Aufnahme ablegbar ist, daß eine Kraftwirkung zwischen dem elastischen Element sowie der Mantelhülse und dem Mitnehmer lediglich für einen Teilbereich eines Drehweges des Mitnehmers relativ zur Mantelhülse realisiert ist.
Derartige Federgelenke werden beispielsweise im deutschen Gebrauchsmuster G 93 00 903.8 sowie in der internationalen Patentanmeldung PCT/WO 94 17271 beschrieben.
Die DE-OS 1 476 712 zeigt ein Federgelenk mit einstellbarer Federvorspannung.
Diese Federgelenke ermöglichen bereits einen Einsatz bei einer Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten, es können jedoch noch nicht alle Anforderungen an eine Beeinflussung der Bewegungscharakteristik an unterschiedliche konkrete Anwendungsanforderungen bei gleichzeitiger Gewährleistung einer möglichst einheitlichen Bauform erfüllt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Federgelenk der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, bei dem eine weitere Beeinflussung der Bewegungscharakteristik realisiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mitnehmer von einem Dämpfungselement beaufschlagt ist.
Bei einer Abschwächung von Rotationsbewegungen erfolgt eine einfache Realisierung dadurch, daß ein Dämpfungselement zur Dämpfung von Rotationsbewegungen vorgesehen ist, das innerhalb einer Dämpfungskammer eine Festwand sowie eine rotationsfähige Klappe aufweist und daß mindestens im Bereich der Festwand oder der Klappe mindestens eine Durchgangsausnehmung angeordnet ist.
Bei einer Dämpfung von Längsbewegungen ist es möglich, daß das Dämpfungselement aus einer in einem Zylinder geführten Kolbenplatte ausgebildet ist und daß die Kolbenplatte mit mindestens einer Durchgangsausnehmung ersehen ist.
Zur Bereitstellung unterschiedlicher Dämpfungseigenschaften in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Durchgangsausnehmung in Rückschlagventil angeordnet ist.
Eine Unterstützung einer Endpositionsfestlegung kann dadurch erfolgen, daß zur Festlegung einer Endposition im Bereich der Mitnehmerhülse eine Arretierkerbe angeordnet ist.
Eine verbesserte Adaptionsfähigkeit kann dadurch erfolgen, daß mindestens ein Parameter zur Vorgabe der Federkraftentfaltung einstellbar ist.
Durch die Ermöglichung dieser Parametervorgabe ist es weiten Grenzen möglich, Veränderungen der Programmierbarke des Federgelenkes vorzunehmen. Es ist hierdurch möglich, ein Standardelement in hohen Stückzahlen und somit preiswert zu produzieren. Dieses Standardelement kann dann jeweils an die vorgesehene Anwendung angepaßt werden.
Zur Vorgabe einer Größe einer anfänglichen Kraftentfaltung wird vorgeschlagen, daß eine Vorspannung des elastischen Elements einstellbar ist.
Eine gerätetechnische Realisierung kann dadurch erfolgen, daß zur Einstellung der Vorspannung des elastischen Elements ein Vorspannelement vorgesehen ist, das mit seinem Gewinde in ein Gewinde der Mitnehmerhülse eingreift.
Zur Beeinflussung einer Länge des Arbeitsweges wird vorgeschlagen, daß die örtliche Lokalisierung der als Vertiefung ausgebildeten Aufnahme veränderbar ist.
Eine einfache gerätetechnische Realisierung wird dadurch bereitgestellt, daß der Ort der Vertiefung durch ein relativ zur Mantelhülse verdrehbares Programmelement vorgebbar ist.
Eine weitere Variante zur Festlegung des Arbeitsweges besteht darin, daß mindestens eine Flanke der Vertiefung verstellbar ist.
Eine kompakte Ausführungsform wird dadurch unterstützt, daß das Programmelement mit einem Gewinde in ein Gewinde der Mitnehmerhülse eingreift.
Eine weitere Erhöhung der Freiheitsgrade wird dadurch ermöglicht, daß eine benachbart zur Mantelhülse angeordnete Mitnehmerhülse in ein fest mit dem Mitnehmer verbundenes Kopfteil und ein der Mantelhülse zugewandt angeordnetes Freilaufteil unterteilt ist.
Zur Ermöglichung eines Arbeitsweges ohne Kraftbeaufschlagung wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Freilaufteils eine Freilaufausnehmung ausgebildet ist.
Eine Einleitung der Vorspannungskraft in den Mitnehmer kann dadurch erfolgen, daß im Bereich eines Anschlagträgers ein Federanschlag zur Vorspannung des elastischen Elements angeordnet ist und daß der Anschlagträger relativ zur Mantelhülse verstellbar ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1: eine teilweise geschnittene Prinzipskizze zur Ausbildung des einstellbaren Federgelenkes,
2: eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise,
3: eine Seitenansicht eines Federgelenkes mit äußerem Verstellring,
4: eine teilweise Darstellung des Federgelenkes im Bereich von nachgiebigen Ausweichelementen,
5: eine Ansicht einer geteilten Mantelhülse mit eingezeichnetem Freilauf sowie mit Arretierungskerbe,
6: eine teilweise Darstellung eines Querschnittes zur Veranschaulichung einer Einstellung der Federvorspannung,
7: eine Prinzipskizze zur Realisierung einer Dämpfung bei rotierendem Dämpfungselement,
8: eine Prinzipskizze zur Realisierung einer Dämpfung bei einem kolbenartigen Dämpfungselement,
9: eine weitere Skizze zur Veranschaulichung von Einstellmöglichkeiten,
10: eine vereinfachte Darstellung eines Querschnittes zur Veranschaulichung der Verwendung einer Rollenbuchse im Bereich eines Federendes zur Reibungsverminderung,
11: eine Skizze zur Veranschaulichung einer Rastposition,
12: eine Skizze zur Veranschaulichung einer Dämpfungsrealisierung mit Hilfe aufeinander geführter elastischer Elemente,
13: eine Skizze zur Veranschaulichung der Führung einer federnd gelagerten Rolle entlang eines Führungsprofils zur Realisierung einer Dämpfung,
14: eine Prinzipdarstellung eines Federgelenkes mit zweistufigem Freilauf sowie zweistufiger Ablage,
15: eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung einer Nachführung der Federvorspannung,
16: ein Prinzipschaubild zur Veranschaulichung einer aufeinanderfolgenden Federkraftentfaltung in entgegengesetzten Wirkrichtungen,
17: ein Prinzipschaubild zur Veranschaulichung eines kurvengesteuerten Federspannungsweges,
18: ein Prinzipschaubild zur Veranschaulichung eines weiteren Dämpfers,
19: eine Skizze zur Veranschaulichung einer mehrstufigen Ausbildung bei Verwendung von longitudinalen Druckfedern,
20: eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Federgelenkes mit Nachführung der Vorspannung,
21: eine teilweise Darstellung eines Querschnittes durch eine Kulissenführung,
22: eine teilweise Darstellung einer Draufsicht auf eine Kulissenführung,
23: eine Skizze zur Veranschaulichung des Einsatzes eines Kopplungselementes, das ein Ende der Feder haltert,
24: eine Skizze zur Veranschaulichung der Verwendung eines weiteren Kopplungselementes,
25: eine Skizze zur Veranschaulichung der Verwendung von bandartigen elastischen Materialien als Feder,
26: eine Skizze zur Veranschaulichung einer zum Drehgelenk räumlich versetzten Anordnung des Federspeichers,
27: eine weitere Variante zur Verwendung eines Kopplungselementes, das ein Ende der Feder aufnimmt,
28: einen weiteren Querschnitt durch ein Federgelenk und
29: eine vereinfachte Seitenansicht zur Veranschaulichung der Anordnung von Festlegungselementen.
1 veranschaulicht ein Federgelenk (1), bei dem eine äußere Mantelhülse (2) vorgesehen ist, durch die ein Mitnehmer (3) hindurchgeführt ist. Die Mantelhülse (2) ist in eine Mitnehmerhülse (4) und eine Bezugshülse (5) unterteilt. Die Mitnehmerhülse (4) ist unbeweglich mit dem Mitnehmer (3) verbunden, beispielsweise durch einen Verbindungsbolzen (6). Der Mitnehmer (3) ist relativ zur Bezugshülse (5) drehbeweglich. Die Bezugshülse (5) kann beispielsweise fest mit einem Chassis eines Fahrzeuges oder einem Rahmen eines Fensters oder einer Tür verbunden sein. Ebenfalls sind feste Anordnungen im Bereich von Gerätegehäusen möglich. Der Mitnehmer (3) wird bei Anwendungen im Bereich der Fahrzeugtechnik beispielsweise mit einer Ladeklappe oder einer Tür verbunden. Bei Anwendungen im Bereich der Gebäudetechnik ist eine Verbindung mit Fenstern oder Türen vorgesehen, ebenfalls ist eine Verbindung mit Gerätetüren oder Klappen möglich. Alternativ ist es ebenfalls denkbar, den Mitnehmer (3) starr mit einem Grundelement zu verbinden und das bewegliche Teil an die Bezugshülse (5) anzukoppeln.
Innerhalb der Bezugshülse (5) ist eine Druckfeder (7) angeordnet. Die Druckfeder (7) ist dabei um den Mitnehmer (3) herumgeführt. Eines der Enden der Druckfeder (7) ist von einer Ausnehmung (8) in einem Vorspannelement (9) aufgenommen. Das Vorspannelement (9) kann beispielsweise als ein mit einem Außengewinde versehener Bolzen ausgebildet sein, der in einem Innengewinde der Bezugshülse (5) geführt ist. Der Bolzen weist zusätzlich eine Durchgangsausnehmung für den Mitnehmer (3) auf. Am Vorspannelement (9) kann außenseitig beispielsweise ein Sechskant zur Ermöglichung eines Verdrehens mit einem Schraubenschlüssel angeordnet sein.
Zur Arretierung des Vorspannelementes (9) relativ zur Bezugshülse (5) ist eine Arretierschraube (10) vorgesehen, die drehbeweglich innerhalb der Bezugshülse (5) geführt ist und die Bezugshülse (5) relativ zum Vorspannelement (9) verspannt. Die Arretierschraube (10) ist dabei mit ihrer Längsachse quer zu einer Gelenklängsachse (11) angeordnet.
Auf der Bezugshülse (5) ist ein Programmelement (12) geführt, das beispielsweise buchsenförmig ausgebildet sein kann. Das Programmelement (12) ist relativ zur Bezugshülse (5) drehbar und kann von einer Arretierschraube (13) relativ zur Bezugshülse (5) verspannt werden. Relativ zur Bezugshülse (5) ist ebenfalls ein Anschlagträger (14) verstellbar, der einen Federanschlag (15) haltert und von einer Arretierschraube (16) relativ zur Bezugshülse (5) fixierbar ist.
Das Programmelement (12) weist eine Vertiefung (17) zur Aufnahme eines dem Vorspannelement (9) abgewandten Endes der Druckfeder (7) auf.
Die Mitnehmerhülse (4) weist eine der Bezugshülse (5) zugewandt angeordnete Freilaufausnehmung (19) auf. Die Mitnehmerhülse (4) besteht aus einem Kopfteil (20) und einem Freilaufteil (21). Das Freilaufteil (21) trägt die Freilaufausnehmung (19). Das Freilaufteil (21) ist relativ zum Kopfteil (20) verstellbar. Hierdurch kann die Positionierung der Freilaufausnehmung (19) vorgegeben werden. Zur Fixierung des Freilaufteiles (21) relativ zum Kopfteil (20) in einer vorgegebene Positionierung ist eine Arretierschraube (22) vorgesehen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Gelenklängsachse (11) erstreckt.
Der Mitnehmer (3) kann im Bereich der Mitnehmerhülse (4) von einer Buchse (23) geführt sein. Eine Verspannung des Mitnehmers (3) erfolgt mit Hilfe eines Spannungselementes (24), beispielsweise einer auf einem Außengewinde des bolzenförmigen Mitnehmers (3) geführten Mutter. Abgewandt zum Spannungselement (24) ist ein Abnahmeelement (25) mit dem Mitnehmer (3) verbunden, um einen Anschluß des zu bewegenden Elementes zu ermöglichen.
2 zeigt einen vereinfachten Querschnitt gemäß der Darstellung in 1. Insbesondere sind gegenüber der auseinandergezogenen Darstellung der Mantelhülse (2) und der Mitnehmerhülse (4) in 2 diese Bauteile gegeneinander geführt. Es ist ebenfalls erkennbar, daß der Federanschlag (15) derart außenseitig relativ zur Mantelhülse (2) angeordnet ist, daß ein Verdrehen der Mitnehmerhülse (4) relativ zur Mantelhülse (2) möglich ist.
Das Federende (18) ist bei der dargestellten Positionierung innerhalb der Freilaufausnehmung (19) geführt und die Mitnehmerhülse (4) ist gemäß einer vereinfachten Ausführungsform einteilig und nicht in ein Kopfteil (20) und ein Freilauf teil (21) unterteilt ausgebildet. Darüber hinaus sind zwei Spannungselemente (24) vorgesehen, um durch ein Verspannen der Verspannungselemente (24) relativ zueinander eine Fixierung vornehmen zu können.
3 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1. Insbesondere ist erkennbar, daß der Anschlagträger (14) mit Ausnehmungen (26) versehen ist, durch die die Arretierschraube (13) hindurchführbar ist. Nach einem Lösen der Arretierschraube (13) kann hierdurch der Anschlagträger (14) verdreht werden und nach einem Hindurchführen der Arretierschraube (13) durch eine andere der Ausnehmungen (26) kann eine erneute Fixierung vorgenommen werden. Es ist somit möglich, lediglich eine Bohrung innerhalb des Programmierelementes (12) zur Aufnahme der Arretierschraube (13) vorzusehen. Grundsätzlich ist es aber ebenfalls denkbar, auf eine derartige Bohrung zu verzichten und lediglich eine Verspannung des Anschlagträgers (14) relativ zum Programmierelement (12) durch die Arretierschraube (13) vorzunehmen. Bei einer derartigen Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Ausnehmungen (26) entbehrlich.
4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Mitnehmerhülse (4), bei der zwischen den Spannungselementen (24) sowie einem der Spannungselemente (24) und dem Kopfteil (20) jeweils elastische Elemente (27) angeordnet sind. Die elastischen Elemente (27) stellen eine Nachgiebigkeit der Führung der Mitnehmerhülse (4) in Richtung der Gelenklängsachse (11) bereit.
Alternativ zu der in 3 dargestellten außenseitigen Anordnung des Anschlagträgers (14) ist es ebenfalls möglich, einen Innenring bereitzustellen, um hierdurch eine glatte äußere zylinderische Kontur des Federgelenkes (1) bereitzustellen. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, durch eine Veränderung der Positionierung des Federanschlages (15) den bereitgestellten Arbeitsweg vorzugeben. Eine weitere Anpassung erfolgt durch das zur Mantelhülse (3) verdrehbare Programmierelement (12).
Die elastischen Elemente (27) gemäß 4 können beispielsweise als Federscheiben oder als Gummiringe ausgebildet sein. 5 zeigt eine Ansicht des Freilaufteils (21) beziehungsweise der Mitnehmerhülse (4), bei der im Bereich der der Mantelhülse zuwendbaren Begrenzung zusätzlich zur Freilaufausnehmung (19) eine Arretierkerbe (28) angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Arretierkerbe (28) kann die Mitnehmerhülse (4) im Bereich des Federendes (18) einrasten, wenn dieses von der Vertiefung (17) im Bereich des Programmierelementes (12) aufgenommen ist. Alternativ zu einer derartigen Rastmöglichkeit ist es ebenfalls denkbar, beispielsweise gegeneinander geführte Scheiben mit Verzahnungen zu verwenden. Ein Aneinandervorbeidrehen der Scheiben wird durch die Beweglichkeit der Mantelhülse (2) in Richtung der Gelenklängsachse (11) aufgrund der elastischen Elemente (27) ermöglicht.
6 zeigt in einem Querschnitt noch einmal das Eingreifen des Vorspannelementes (9) mit einem Außengewinde in ein Innengewinde der Mantelhülse (2).
7 zeigt eine Möglichkeit zur Realisierung einer Dämpfung bei einer Drehbewegung des Federgelenkes (1) In einer Dämpfungskammer (29) ist eine Festwand (30) und eine bewegliche Klappe (31) angeordnet. In der Festwand (30) oder der Klappe (31) ist mindestens eine Durchgangsausnehmung (32) vorgesehen. Die Dämpfungskammer (39) ist mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Hydrauliköl, gefüllt. Bei einer Drehbewegung der Klappe (31) erfolgt eine Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit und diese strömt durch die Durchgangsausnehmung (32) hindurch. Die Größe der Dämpfung wird durch die Dimensionierung der Durchgangsausnehmung (32) und durch die Zähigkeit der Flüssigkeit vorgegeben. Die Durchgangsausnehmung (32) kann auch als Abstand zwischen der Klappe (31) und einer Wand der Dämpfungskammer (29) ausgebildet sein.
Eine Variante zur Realisierung einer Dämpfung bei einer Längsbewegung ist in 8 dargestellt. Hier ist in einem Zylinder (32) eine Kolbenplatte (34) geführt, in deren Bereich die Durchgangsausnehmung (32) angeordnet ist. Zur Ermöglichung einer richtungsabhängigen Dämpfung sind im Bereich der Durchgangsausnehmung (32) Rückschlagventile (35) angeordnet. Bei der in 8 dargestellten Ausführungsform öffnen die federnd gelagerten Rückschlagventile bei einer Bewegung in einer Freilaufrichtung (36) und die in der Dämpfungskammer (39) bevorratete Hydraulikflüssigkeit kann relativ unbehindert durch die Durchgangsausnehmungen (32) hindurchfließen. Bei einer Bewegung entgegen der Freilaufrichtung (36) schließen die Rückschlagventile (35) und die Flüssigkeit kann lediglich durch bereitgestellte Restquerschnitte passieren.
Die Restquerschnitte können beispielsweise im Bereich separater Durchgangsausnehmungen (32) bereitgestellt sein, oder durch entsprechende Restquerschnitte im Bereich der Rückschlagventile (35) oder durch Randabstände realisiert werden. Durch die Verwendung derartiger Rückschlagventile (35) ist es beispielsweise möglich, bei einer Öffnungsbewegung einer Tür lediglich eine minimale Dämpfung bereitzustellen und die Dämpfung nur bei einer Schließbewegung wirksam werden zu lassen. Ebenfalls ist es beispielsweise durch eine geeignete Anordnung der Dämpfungskammer (39) möglich, die Dämpfungskräfte nur in einem vorgegebenen Bereich der Schließbewegung zu entfalten. Dies kann beispielsweise kurz vor einem vollständigen Schließen des zu dämpfenden Elementes sein, um ein Anschlagen, beispielsweise einer Tür in einem Rahmen, abzuschwächen.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist die Kolbenplatte (34) mit einer Kolbenstange (38) verbunden, die im Bereich einer Dichtung (39) aus der Dämpfungskammer (29) herausgeführt ist. Eine weitere Variante zur Bereitstellung eines Restquerschnittes besteht bei der Ausführungsform gemäß 8 darin, als Verbindungselement zwischen einem Ventilkegel (40) des Rückschlagventils (35) und der Feder (37) ein Rohr (41) zu verwenden, durch das die Flüssigkeit hindurchströmen kann.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Federgelenkes (1). Das Vorspannelement (9) ist hier als Außenring ausgebildet und der Mitnehmer (3) ist im Bereich seiner Einführung in die Mantelhülse (2) von einer Führungsbuchse (42) gelagert. Ebenfalls ist im Bereich des Kopfteiles (20) eine Führungsbuchse (43) angeordnet.
Die Freilaufausnehmung (29) ist sowohl in einer zur Positionierung des Freilaufteils (21) korrespondierenden Orientierung als auch in einer Alternativorientierung dargestellt, die sich bei einem Verdrehen des Freilaufteils (21) ergeben würde. Im Bereich des Programmelementes (12) ist im Bereich einer der Flanken der Vertiefung ein Steuerungselement (44) für einen Federkopf oder ein Kraftelement angeordnet.
Die Kraftabnahme kann wahlweise am Mitnehmer (3) oder an der Mitnehmerhülse (4) erfolgen, die im Bereich des Kopfteiles (20) durch den Verbindungsbolzen (6) mit dem Mitnehmer (3) starr verbunden ist.
Gemäß der Ausführungsform in 10 ist vorgesehen, auf das Federende (18) eine Rollbuchse (45) aufzusetzen. Hierdurch kann der Widerstand bei einer Bewegung des Federendes (18) im Bereich von Flanken der Freilaufausnehmung (19) oder der Vertiefung (17) vermindert werden. Ebenfalls ist die Arretierkerbe (28) eingezeichnet. 11 zeigt ebenfalls noch einmal in einer anderen Darstellung die Anordnung der Arretierkerbe (28).
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer Dämpfung zeigt 12. Eine feststehende Scheibe (46) und eine rotationsfähige Scheibe (47) sind parallel zueinander angeordnet. Die Scheibe (46) ist mit einem Dämpfungselement (48) und die Scheibe (47) mit einem Dämpfungselement (49) versehen. Die drehbare Scheibe (47) ist von einer Welle (50) geführt, die durch ein Festlager (51) hindurchragt. Relativ zum Festlager (51) ist die Scheibe (47) von einer Druckfeder (52) beaufschlagt, die die Scheibe (47) gegen die Scheibe (46) drückt. Durch die geometrische Anordnung der Dämpfungselemente (48, 49) ist es möglich, einen Bewegungsbereich vorzusehen, bei dem keine Dämpfung stattfindet. Gelangen die Dämpfungselemente (48, 49) in einen Berührungsbereich, so erfolgt eine Dämpfung. Die erforderliche Nachgiebigkeit wird durch die Druckfeder (52) bereitgestellt.
Alternativ zu der Verwendung von Dämpfungselementen (48, 49) ist es auch möglich, federnd gelagerte Rollen zu verwenden, die entlang von Profilen bewegt werden.
Als Beispiel ist in 13 ein Profil (53) eingezeichnet, entlang das eine Rolle (54) bewegbar ist. Die Rolle ist von einer Druckfeder (52) beaufschlagt.
Das beschriebene Federgelenk (1) kann modulartig in beliebiger Anzahl hintereinander angeordnet werden. Hierdurch können entweder größere Kraftentfaltungen durch Addition der Federkräfte oder kompliziertere Federgesamtcharakteristiken durch Überlagerung einer Mehrzahl an Freiläufen und Programmwegen erzielt werden.
Ein Funktionsablauf bei dem in 1 dargestellten Federgelenk (1) kann beispielsweise derart erfolgen, daß bei einer Verdrehung des Abnahmeelementes (25) die Drehbewegung auf das Freilaufteil (21) übertragen wird und zunächst die Freilaufausnehmung (19) entlang des Federendes (18) geführt wird. Nach einem Erreichen der Begrenzungsflanke der Freilaufausnehmung (19) beaufschlagt das Federende (18) das Freilaufteil (21) und hierdurch wird die Kraft der Druckfeder (7) wirksam. Die Kraft wird solange auf den Mitnehmer (1) übertragen, bis das Federende (18) die Vertiefung (17) erreicht. Nach der Ablage des Federendes (18) in der Vertiefung (17) ist die weitere Bewegung wieder kraftlos. Eine definierte Endposition für die Bewegung kann beispielsweise durch ein Einrasten der Arretierkerbe (28) im Bereich des in der Vertiefung (17) abgelegten Federendes (18) erfolgen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, daß das Federgelenk (1) mit einer Druckfeder (7), die verspannbar ist, zwei Bewegungen ausführen kann. Ebenfalls ist es möglich, mit mindestens einem Federgelenk (1), das vorspannbar, programmierbar, arretierbar und dämpfbar ist, mehrere Arbeitsstufen in einer Bewegungsrichtung bereitzustellen.
In einer Bewegungsrichtung kann mit mindestens einem Federgelenk (1) auch eine Kraftentfaltung bei einer entgegengesetzten Bewegung erfolgen.
Durch entsprechende Anpassungen ist es auch möglich, die Federkonstante der Druckfeder (7) beispielsweise derart vorzugeben, daß entweder die Kraftentfaltung während des Arbeitsweges konstant ist oder daß beispielsweise auch eine Zunahme oder eine Abnahme der Kraftentfaltung entlang des Arbeitsweges eingestellt ist.
Alternativ zu den beispielsweise beschriebenen Anwendungen bei relativ zueinander verdrehbaren Teilen ist eine Anwendungsmöglichkeit ebenfalls bei kolbenartig ineinander geführten Teile zur Vorgabe von Längsbewegungen möglich.
14 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein mehrstufiger Freilauf vorgesehen ist. Die Freilaufausnehmung (19) weist hierzu eine erste Freilaufstufe (55) sowie eine zweite Freilaufstufe (56) auf. Ebenfalls ist im Bereich des Programmelementes (12) zusätzlich zur Vertiefung eine erste Programmstufe (57) angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform sind ebenfalls die bereits beschriebenen Möglichkeiten zur Realisierung von diversen Einstellungen anwendbar. Insbesondere ist es mit dieser Ausführungsform möglich, mit einer Druckfeder (7) eine Mehrzahl von Stufen zu realisieren. Entlang eines bestimmten Teiles des Weges wird hierdurch der erste Freilauf wirksam, danach erfolgt ein Eingreifen des Federendes (18) im Bereich der Begrenzungsflanke der ersten Freilaufstufe (55), so daß die Druckfeder (7) wirksam wird. Nach einer Ablage im Bereich der ersten Programmstufe (57) wird die zweite Freilaufstufe (56) wirksam, bis ein Anliegen des Federendes (18) an der Begrenzungsflanke der zweiten Freilaufstufe (56) erfolgt. Die Druckfeder (7) ist danach wieder wirksam, bis eine endgültige Überführung in die Vertiefung (17) erfolgt. Die hier beschriebene Zweistufigkeit läßt sich unter Berücksichtigung des vorhandenen Bauraumes nahezu beliebig ausdehnen.
In 15 wird eine Möglichkeit zur Nachstellung der Federvorspannung in Abhängigkeit von einer jeweiligen Drehpositionierung des Mitnehmers (3) beschrieben. Es ist hierzu eine Kulisse (58) vorgesehen, die als Rutsch- oder Schiebekulisse ausgebildet sein kann. Die Kulisse (58) weist Steuerschlitze (59) für die Entspannung auf. Im Bereich der Steuerschlitze (59) wird ein Führungsbolzen (60) angeordnet. Der Führungsbolzen (60) ist mit einem kraftaufnehmenden Drehteil verbunden. Im Bereich der Mantelhülse (2) ist eine Einrastungskerbe (61) vorgesehen. Das Federende (18) liegt am Federanschlag (15) an.
Wird die mit der Freilaufausnehmung (19) versehene Mitnehmerhülse (4) verdreht, so verstellt der Führungsbolzen (60) die Kulisse (58). Hierdurch wird ein dem Federende (18) abgewandtes weiteres Ende der Druckfeder (7) innerhalb eines Steuerschlitzes (62) geführt und verändert die Vorspannung der Druckfeder (7). Beispielsweise ist es durch eine entsprechende Nachstellung möglich, den Federdruck konstant zu halten.
16 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Kraftentfaltung der Druckfeder (7) in zwei Richtungen möglich ist. Die Mantelhülse (2) ist hierzu mit einem zweiten Programmelement (63) versehen. Ebenfalls ist ein zweiter Anschlagträger (64) sowie ein zweiter Federanschlag (65) vorgesehen. Mit dem Mitnehmer (3) ist ebenfalls eine der ersten Mitnehmerhülse (4) abgewandte zweite Mitnehmerhülse (66) verbunden. Das dem Federende (18) abgewandte zweite Federende (67) ist zunächst in einer zweiten Vertiefung (68) gehaltert, die im Bereich des zweiten Programmelementes (63) angeordnet ist. Im Bereich des Federendes (18) erfolgt dabei zunächst der Ablauf in bereits beschriebener Art und Weise.
Erreicht die zweite Vertiefung (68) eine Ausnehmung (69) der zweiten Mitnehmerhülse (66), so wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Positionierung des Federendes (18) entweder die Federkraft ausgeschaltet, wenn sich das Federende (18) noch im Bereich der Freilaufausnehmung (19) befindet, oder es erfolgt eine Kraftentfaltung in umgekehrter Drehrichtung, wenn das Federende (18) bereits in der Vertiefung (17) gehaltert ist und an der entsprechenden Flanke anliegt. Durch entsprechende Dimensionierungen der vorgesehenen Vertiefungen lassen sich ebenfalls wieder Freiläufe in beiden Drehrichtungen vorgeben.
Bei einem Einsatz im Bereich eines Gelenkes für eine Tür oder eine Klappe ist es beispielsweise hierdurch möglich, zunächst eine Gegenkraft bereitzustellen, die einer Gewichtskraft entgegenwirkt und bei Erreichen des Bereiches einer Endpositionierung auf eine Druckkraft umzuschalten, die beispielsweise eine Klappe in einer Endposition haltert und gegen einen vorgesehenen Anschlag drückt. Es sind aber auch eine Vielzahl anderer Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
Über Verstellelemente (70, 71, 72) lassen sich auch im Bereich der zweiten Bauelemente (63, 64, 65, 66, 67, 68) die bereits erwähnten Einstellmöglichkeiten realisieren.
17 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Anordnung einer Druckfeder (7). Ein schwenkbar gelagertes Element (73) ist hierbei um ein Schwenklager (74) drehbar, das im Bereich eines Trägers (75) angeordnet ist. Der Träger (75) haltert zusätzlich eine Kurvenbahn (76). Auf der Kurvenbahn (76) ist eine Rolle (77) geführt, die über eine Druckfeder (78) relativ zum Element (73) verspannt ist. Die Druckfeder (78) ist entlang einer Feder (79) angeordnet, die im Bereich eines Schwenklagers (80) drehfähig mit dem Element (73) verbunden ist. Eine Voreinstellung kann über ein Vorspannelement (81) eingegeben werden.
Durch eine geeignete Formgebung für die Kurvenbahn (76) ist es beispielsweise möglich, bei einer Durchführung einer Schwenkbewegung des Elementes (73) zunächst eine Spannung und anschließend ein Entspannen der Druckfeder (78) vorzusehen. Es kann hierdurch beispielsweise eine Totpunktlage realisiert sein. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, im Bereich der Druckfeder (78) Programmiermöglichkeiten zur vorgebbaren Entfaltung der Federkraft in Abhängigkeit vom durchlaufenen Weg vorzugeben.
18 zeigt eine Variante zur Realisierung des Dämpfungselementes. Die Durchgangsausnehmung (32) ist hier als Abstand zwischen der Kolbenplatte (34) und der Zylinderwand (33) ausgebildet. Es ist jedoch keine feststehende Kolbenplatte (34) vorgesehen, sondern mindestens bereichsweise ist durch verschiebliche Elemente eine Größenanpassung der Durchgangsausnehmung (32) möglich. Die Größenanpassung kann beispielsweise mit Hilfe einer Ventileinstellung (82) erfolgen, die sich durch eine hohle Kolbenstange (38) bis in den Bereich der Kolbenplatte (34) erstreckt.
Über Halterungselemente (83) erfolgt eine Führung und Fixierung von Ventilelementen (84). Insbesondere ist auch daran gedacht, die Ventilelemente (84) über Schwenklager (85) mit der Kolbenstange (38) zu verbinden. Eine Begrenzung der Schwenkbewegung erfolgt durch die Halterungselemente (83). Hierdurch kann es ermöglicht werden, daß die Ventilelemente (84) bei einem Öffnen aufklappen und den Strömungsweg freigeben. Bei einem Schließen werden hingegen die Ventilelemente (84) gegen die Halterungselemente (83) gedrückt und stellen lediglich eine kleine Durchgangsausnehmung (32) mit entsprechend hoher Dämpfungswirkung bereit. Es liegt also auch hier eine richtungsabhängige Dämpfung vor. Die Ventileinstellung (82) kann beispielsweise als Drehstab ausgebildet sein, der über ein entsprechendes Gewinde in das Halterungselement (83) eingreift und durch eine entsprechende Übersetzung die Verstellung der Ventilelemente (84) vornimmt.
In 19 ist eine mehrstufige Feststellung unter Verwendung einer Druckfeder (7) bei in einer Längsrichtung verlaufenden Verstellbewegungen realisiert. Entlang eines Programmrohres (86) ist ein Läufer (87) geführt, der einen Mitnehmer (88) aufweist. Innerhalb des Programmrohres (86) ist die Druckfeder (7) angeordnet. Es sind im wesentlichen L-förmige Führungsbahnen (89, 90) im Programmrohr (86) angeordnet, in die das Federende (18) eingreift. Im Bereich von Enden der Führungsbahnen (89, 90) sind Speicherungspositionen (91, 92) vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Parkposition (93) realisiert.
Durch die Anordnung der Führungsbahnen (89, 90) wird eine erste Stufe (94) und eine zweite Stufe (95) bereitgestellt. Im Bereich der ersten Stufe (94) und der zweiten Stufe (95) liegen entgegengesetzte Spannungs- und Entladungsrichtungen vor. Bei der ersten Stufe (94) erfolgt eine Spannung bei einer Bewegung des Läufers (87) von oben nach unten und eine Entladung bei einer umgekehrten Bewegung. In der zweiten Stufe (95) erfolgt die Entladung bei einer Bewegung des Läufers (87) von oben nach unten und die Spannung erfolgt in umgekehrter Richtung. Es wird somit unter Verwendung nur einer Druckfeder (7) die erste Stufe (94) mit Druck geöffnet und automatisch geschlossen. Mit Hilfe der zweiten Stufe (95) wird beispielsweise eine Tür automatisch geöffnet und gehalten. Die Bewegung erfolgt mit Druck bis zur Parkposition (93). Anschließend setzt wieder die erste Stufe (94) ein.
Bei dem in 20 dargestellten Federgelenk werden zwei Federn (7) eingesetzt. Die Federn sind im Bereich von Enden (96, 97) derart zusammengeführt, daß bei der Verspannung der einen Feder (7) eine Entspannung der anderen Feder (7) erfolgt. Hierdurch kann eine gleichbleibende Vorspannung der Arbeitsfeder erreicht werden. Die Enden (96, 97) werden hierzu von einer Kulissenführung positioniert.
Als Federn (7) können eine Vielzahl von Bauelementen verwendet werden. Beispielsweise sind Druckfedern und Zugfedern einsetzbar. Ebenfalls ist es möglich, elastische Elemente, beispielsweise Gummielemente oder Gasdruckelemente zu verwenden. Ebenfalls ist an die Verwendung von Luftdruckfedern, Blattfedern und Drehfedern gedacht.
Ein Einsatz ist bei einer Vielzahl von technischen Gebieten möglich, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, Spielzeugen, Werkzeugen, in der Luft- und Raumfahrt, in der Schiffahrt, der Autoindustrie sowie der Landwirtschaft.
21 veranschaulicht den Aufbau und die Anordnung einer Kulisse (98) zur Positionierung der Federenden (96, 97). Die Kulisse (98) ist entlang der Mantelhülse (2) beweglich geführt und wird bei einer Relativbewegung zwischen der Kulisse (98) und der Mantelhülse (2) von einem Führungselement (99) positioniert. Das Führungselement (99) kann beispielsweise als ein entlang der Mantelhülse (2) verlaufender Steg ausgebildet sein, der in ein Gegenprofil der Kulisse (98) eingreift .
22 veranschaulicht, daß die Enden (96, 97) in einem Diagonalschlitz (100) der Kulisse (98) geführt sind. Bei einer Positionierung der Kulisse (98) entlang des Führungselementes (99) wird hierdurch die Position der Enden (96, 97) und somit die wirksame Vorspannung verändert.
23 zeigt eine Variante, bei der nicht unmittelbar ein Ende der Feder (7) zur Beaufschlagung die Programmierbarkeit bestimmenden Teile vorgesehen ist, sondern bei der das betreffende Ende der Feder (7) in ein Kopplungselement (101) eingeführt ist. Das Kopplungselement (101) greift in die Freilaufausnehmung (19) sowie in die Vertiefung (17) mit einem entsprechenden Verbindungselement (102) ein.
24 zeigt in einer vergrößerten und teilweise auseinandergezogenen Darstellung die Ausbildung des Kopplungselementes (101) mit zwei Verbindungselementen (102).
25 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Feder (7) als elastisches Element, beispielsweise als ein Gummizug ausgebildet ist. Eine Spannung wird von einem Gewicht (103) bereitgestellt. Zur Ermöglichung einer kompakten Anordnung ist das elastische Element (7) im Bereich einer Vielzahl von Umlenkrollen (104) geführt. Beispielsweise ist es möglich, bei einer programmierten Abgabe der gespeicherten Federkraft die Position einer Schiebetür (105) festzulegen. Die Schiebetür (105) wird dabei entlang einer Führungsschiene (106) bewegt. Im Bereich mindestens einer der Umlenkrollen (104) kann ein Vorspannungsrad angeordnet werden. Vorzugsweise erfolgt dies im Bereich des Endes des federnden Elementes.
26 zeigt eine Ausführungsform, bei dem die Feder (7) räumlich getrennt vom Drehgelenk angeordnet ist. Die Verbindung erfolgt über eine Leitung (107), die beispielsweise als Hydraulikleitung ausgebildet sein kann. Ein in der Leitung (107) geführtes Medium wirkt auf einen Zylinder (108) ein, der die Feder (7) verspannt. Im Bereich des Drehgelenkes (109) ist in einer Kammer (110) eine feststehende Wand (111) und eine bewegliche Wand (112) vorgesehen. Die bewegliche Wand (112) ist mit dem zu bewegenden Teil gekoppelt. Durch entsprechendes Einleiten oder Absaugen von Flüssigkeit aus der Kammer (110) erfolgt hierdurch die Drehbewegung.
Die Zuleitung im Bereich der feststehenden Wand (101) kann beispielsweise als Federdüse ausgeführt sein.
27 zeigt nochmals eine Ausführungsform mit Kopplungselement (101).
28 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß 27. Es ist erkennbar, daß im Bereich der Mantelhülse (2) eine Arretierausnehmung (113) vorgesehen ist. Ebenfalls ist erkennbar, daß die verwendeten Bauelemente im wesentlichen ringförmige Querschnittstrukturen aufweisen.
29 zeigt noch einmal in einer Seitenansicht, daß eine Mehrzahl von Arretierausnehmungen (113) entlang des Umfanges der Mantelhülse (2) angeordnet sind. Es kann hierdurch jeweils eine geeignete Arretierausnehmung (113) zur Durchführung des Arretiervorganges ausgewählt werden.
Die Kopplung mit den zu bewegenden Teilen kann direkt oder über Verzahnungen erfolgen. Beispielsweise über Zahnkränze oder Zahnräder.

Claims

Federgelenk zur Verbindung zweier rotatorisch oder in Längsrichtung zueinander verstellbarer Bauelemente, mit zumindest einem elastischen Element, das an einem der Bauteile abgestützt ist, deren freies Ende an einen Mitnehmer des anderen Bauteils in Anlage bringbar ist und wobei dieses Ende während der Relativbewegung der Bauteile entlang zumindest einer Kulisse geführt ist, und mit einem Freilauf, entlang dem das freie Ende nach einer Verstellung der Bauteile nicht vom Mitnehmer mitnehmbar ist, so dass das elastische Element in einer gespannten Speicherposition verbleibt und bei der Rückbewegung des Mitnehmers entladbar ist, gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement zur Dämpfung der Bewegung des Mitnehmers.
Federgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement zur Dämpfung von Rotationsbewegungen vorgesehen ist und innerhalb einer Dämpfungskammer (29) eine Festwand (30) sowie eine rotationsfähige Klappe (31) aufweist und daß mindestens im Bereich der Festwand (30) oder der Klappe (31) mindestens eine Durchgangsausnehmung (32) angeordnet ist.
Federgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement aus einer in einem Zylinder (33) geführten Kolbenplatte (34) ausgebildet ist und daß mindestens eine Durchgangsausnehmung (32) vorgesehen ist.
Federgelenk nach Anspruch 3, wobei die Durchgangsausnehmung zwischen Kolbenplatte (34) und Zylinder (33) ausgebildet ist.
Federgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchgangsausnehmung (32) ein Rückschlagventil (35) angeordnet ist.
Federgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein verstellbares Dämpfungselement zur Vorgabe einer Größe der Durchgangsausnehmung (32) vorgesehen ist.
Federgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Scheibe (46) und eine rotationsfähige Scheibe (47) parallel zueinander angeordnet sind, wobei beide Scheiben (46, 47) mit jeweils einem Dämpfungselement (48, 49) versehen sind, die bei einer Relativverdrehung der Scheiben (46, 47) zueinander miteinander in Kontakt bringbar sind, so dass eine Dämpfung bei der Relativverdrehung erfolgt .
Federgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß eine federnd gelagerte Rolle (54) entlang eines Profils (53) bewegbar ist, wobei das Profil (53) derart ausgebildet ist, dass eine Dämpfung erfolgt.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung einer Endposition im Bereich der Mitnehmerhülse (4) eine Arretierkerbe (28) angeordnet ist.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Parameter zur Vorgabe einer Kraftentfaltung des elastischen Elements einstellbar ist.
Federgelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannung des elastischen Elements (7) einstellbar ist.
Federgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Vorspannung des elastischen Elements (7) ein Vorspannelement (9) vorgesehen ist, das mit seinem Gewinde in ein Gewinde der Mitnehmerhülse (4) eingreift.
Federgelenk nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe einer Vorspannung des elastischen Elements (7) in Abhängigkeit von einer Drehpositionierung eine Verstellung mit Hilfe einer Kulisse (58) vorgesehen ist.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Lokalisierung der als Vertiefung (17) ausgebildeten Aufnahme veränderbar ist.
Federgelenk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort der Vertiefung (17) durch ein relativ zur Mantelhülse (2) verdrehbares Programmelement (12) vorgebbar ist.
Federgelenk nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Flanke der Vertiefung (17) verstellbar ist.
Federgelenk nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Programmelement (12) mit einem Gewinde in ein Gewinde der Mitnehmerhülse (4) eingreift.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine benachbart zur Mantelhülse (2) angeordnete Mitnehmerhülse (4) in ein fest mit dem Mitnehmer (3) verbundenes Kopfteil (20) und ein der Mantelhülse (2) zugewandt angeordnetes Freilaufteil (21) unterteilt ist.
Federgelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Freilaufteils (21) eine Freilaufausnehmung (19) ausgebildet ist.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Anschlagträgers (14) ein Federanschlag (15) zur Vorspannung des elastischen Elements (7) angeordnet ist und daß der Anschlagträger (14) relativ zur Mantelhülse (2) verstellbar ist.
Federgelenk nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf mindestens zweistufig ausgebildet ist und daß im Bereich des Programmelementes (12) mindestens eine zweistufige Ablage bereitgestellt ist.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfaltung entgegengesetzter Kräfte in Abhängigkeit von einer jeweiligen Positionierung ein zweites Programmelement (63), eine zweite Mitnehmerhülse (66), eine zweite Vertiefung (68) sowie eine Ausnehmung (69) im Bereich der zweiten Mitnehmerhülse (66) angeordnet sind.
Federgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Element eine Zugfeder, Druckfeder, Blattfeder, Drehfeder, ein Gummielement oder ein Gasdruckelement ist.
Federgelenk, wobei mehrere Federgelenke gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche modulartig hintereinander angeordnet sind.