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Die
Erfindung betrifft einen von Hand betätigbaren oder durch einen Betätigungsmechanismus betätigbaren
Kraftarm eines Hebels mit einem sich in Abhängigkeit von dem Drehwinkel ändernden,
auf die Hand bzw. den Betätigungsmechanismus
einwirkenden Moment.
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Es
ist bekannt, Verstellhebel, insbesondere in festen Positionen einrastende,
Hebel einzusetzen, die von Hand betätigt werden. Dabei ist zur
Unterstützung
der Hebelbewegung, beispielsweise nach dem Entrasten des Hebels
aus einer Sperrposition, im Stand der Technik vorgesehen, dass an
einem sich um einen Drehpunkt 1 (1a, b)
drehenden Hebel 2, der von einem Kraftarm 3 aus
von Hand betätigt wird,
an dem Lastarm 4, insbesondere in der Nähe des Drehpunkts 1,
eine an ihrem anderen Ende ortsfest gelagerte Zugfeder 5 angreift,
die eine Hebelbewegung in Richtung eines Pfeils A unterstützt, da
die Länge
des Lastarms 4 mit Zunahme eines Winkels α abnimmt.
Allerdings hat die Zugfeder 5 den Nachteil, dass sich das
haptische Gefühl,
das sich dem Bediener des Hebels 2 während der Schwenkbewegung vermittelt,
nicht immer die beim Bediener erwartete Rückkopplung vermittelt, so dass
er beispielsweise geneigt ist, die Hebelbewegung fortzusetzen oder
bei Erreichen eines bestimmten Winkels zu beenden, obwohl die richtige
Bedienung gerade umgekehrt bei einem vorgegebenen Winkel beendet
werden sollte, um eine Überdehnung
oder Beschädigung
des Hebels oder eines mit ihm verbundenen Bauelements zu verhindern
und dadurch die Lebensdauer des Mechanismus zu verlängern, in
dem der Hebel als Betätigungsmittel
integriert ist.
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Andererseits
ist aus der
DE 44 06
824 C2 ein Scharnier mit einer Schwenkhemmung bekannt,
das darauf beruht, dass die Schwenkbewegung eines um eine Achse
drehbaren Bauelements gebremst wird. Eine derartige Verlangsamung
einer Bewegung durch das Ansteigen der von dem Lastarm auf den Hebel
ausgeübten
Kraft ist beispielsweise bei einer Tür eines Personenkraftwagens
erwünscht,
um das unbeabsichtigte Zufallen der Tür zu verhindern. Dies gilt
ebenfalls für
die Situation, dass das Auto auf einem geneigten Untergrund steht.
Autotüren
haben in der Regel einen Schwenkbereich von etwa 70° bis 75°. Kurz vor
Erreichen dieses Schwenkwinkels, bisweilen zusätzlich bei etwa der Hälfte dieses Schwenkwinkels,
ist ein sogenannter Schwenkstop eingebaut, zu dessen Überwindung
eine erhöhte Kraft
von beispielsweise 50 N erforderlich ist. Diese Kraft ist höher als
diejenigen Kräfte,
die in aller Regel durch Schrägstellung
des Autos oder durch Winddruck auf die Autotüre einwirken. Dadurch wird
die Autotüre
offen gehalten; von Hand kann diese Kraft in der Regel aber leicht überwunden
und die Autotüre bewegt
werden.
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Aber
auch bei sonstigen schwenkbar gelagerten Vorrichtungen wie Türen, Fenstern,
Maschinenabdeckungen, die beispielsweise im Fall der Wartung oder
Reparatur beiseite geschwenkt werden müssen, bei Klappsitzen, etc.
stellt sich häufig
die Aufgabe, die freie Schwenkbewegung zu bremsen oder zu hemmen,
um ein Verschwenken dieser Vorrichtungen nur unter Aufwand bestimmter
Kräfte
zu ermöglichen
und sie so in bestimmten Stellungen zu halten. Hierfür sind in
der Regel gesonderte Einrichtungen erforderlich, die zusätzlichen
konstruktiven und baulichen Aufwand erfordern.
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Gemäß der
DE 44 06 824 C2 wird
ein Scharnier mit einem Lagerbolzen und mindestens einem Lagerteil
und einem Schwenkteil geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass auf der Lagerfläche des
Lagerbolzens wenigstens eine in Umfangsrichtung radial ansteigende
Keilfläche
und auf der Lagerfläche
desjenigen Lagerteils oder desjenigen Schwenkteils, in dem der Lagerbolzen
drehbar ist, entsprechend eine gleiche Anzahl Keilflächen angeordnet
ist, die die gleiche Steigung wie die Keilflächen am Lagerbolzen haben,
so dass sie Keilflächenpaarungen
bilden, die über
den gesamten Drehwinkel in ihrem Überdeckungsbereich im wesentlichen flächig aneinanderliegen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Hebel zu schaffen, an dessen
Lastarm eine vom Schwenkwinkel abhängige Kraft anliegt. Dabei
wird unter einem Hebel im Sinne der Erfindung jedes schwenkbare,
insbesondere durch eine Hand betätigbare,
Bauelement verstanden.
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Bei
einem Hebel der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
dass der Hebel derart gelagert ist, dass er an seinem Drehpunkt und/oder
an seinem von der Hand abgewandten Ende mit einem eine Drehbewegung
vollziehenden Element zusammenwirkt.
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Die
Erfindung ist insbesondere dazu vorgesehen, dass das Drehmoment
des Kraftarms des Hebels im Laufe der Dreh- oder Schwenkbewegung
abnimmt. Es kann aber alternativ auch zunehmen oder in einer anderen
Ausgestaltung ab Erreichen eines vorgegebenen Winkels wieder abnehmen.
Verschiedene Abhängigkeiten
des Drehmoments als Funktion des Drehwinkels sind denkbar. Gemäß der Erfindung wird
einer kreisförmigen
Bewegung eines Hebels eine beispielsweise ebenfalls kreisförmige Bewegung
einer Federeinhängung überlagert;
dadurch lässt
sich beispielsweise ein Kraftanstieg oder -abfall gegen Ende der
Hebelbewegung realisieren.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Von
Vorteil ist es, wenn das bewegbare Element eine Rolle, ein Zahnrad,
ein Gleitschuh oder ein sonstiges, Kräfte übertragendes Mittel, insbesondere ein
Zahnriemen, ist. Es versteht sich, dass auch andere Arten von Riemen
zur Kraftübertragung
einsetzbar sind, die über
Riemenscheiben geführt
werden, die beispielsweise einen außermittigen Drehpunkt haben
können.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn das Zahnrad Teil eines ein Sonnenrad und
mindestens ein Planetenrad umfassenden Planetengetriebes ist.
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Vorzugsweise
haben das Sonnenrad und/oder das Planetenrad eine, bezogen auf seine Drehachse,
asymmetrische Außenkontur.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Hebel an seinem von dem Kraftarm abgewandten Ende eine kreisförmige oder
asymmetrische und mit einer Verzahnung versehene Kontur aufweist,
die sich über
einen Winkelbereich von bis zu 330°, vorzugsweise von bis zu 180°, erstreckt.
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Vorteilhaft
ist auch eine Ausführung
des Hebels, in der an dem von dem Kraftarm abgewandten Ende des
Hebels wenigstens eine Feder angelenkt ist.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an
dem dem von der Hand betätigten
Ende gegenüberliegenden
Ende des Hebels ein Planetenrad um den Hebel drehbar gelagert ist.
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Vorzugsweise
ist auch an dem Planetenrad eine Feder angelenkt, oder es ist lediglich
an dem Planetenrad eine Feder angelenkt.
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Ebenfalls
als vorteilhaft erweist es sich, wenn das Planetenrad außermittig
auf dem Hebel gelagert ist. In einer weiteren Alternative kann vorgesehen werden,
dass das Planetenrad frei drehbar zwischen einer gezahnten Außenkontur
des Lastarms des Hebels und einem Hohlrad drehbar gelagert ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Hebels ist vorgesehen,
dass das Planetenrad eine unrunde Außenkontur, insbesondere eine
elliptische Außenkontur,
aufweist.
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Ebenso
lässt sich
gemäß der Erfindung
mit Vorteil vorsehen, dass das Planetenrad mit einem an seine unrunde
Außenkontur
angepassten Hohlrad zusammenwirkt.
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Vorzugsweise
ist in weiteren Ausführungsform
vorgesehen, dass der Hebel mit einer Rolle oder einem Gleitschuh
zusammenwirkt, die bzw. gegen eine Feder oder eine federnd gelagerte
Kontur gedrückt
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das dem von der
Hand betätigten
Ende gegenüberliegende,
lastarmseitige Ende des Hebels eine asymmetrische mit der Rolle
bzw. dem Gleitschuh zusammenwirkende Außenkontur auf. Vorzugsweise greift
an diesem lastarmseitigen Ende des Hebels eine Feder an.
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Gemäß der Erfindung
können
somit beispielsweise ein festes Hohlrad, ein als Antrieb dienendes
Sonnenrad, ein Planetenrad mit einer eingehängten Feder oder ein als Antriebsrad
dienendes Hohlrad in Verbindung mit einem Planetenrad, in dem eine
Feder angelenkt ist, verwendet werden. Alternativ ist ein festes
Hohlrad vorgesehen, während
die Feder in einem innenlaufenden Zahnrad eingehängt ist, welches von einem
Hebel bewegt wird. An dem Planetenrad und an dem Hebel können alternativ oder
gemeinsam Federn angeordnet sein. Ebenso kann das Planetenrad eine
unrunde Form haben und/oder eine exzentrische Lagerung.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen in schematischer Ansicht (1a und 1b zeigen
den Stand der Technik):
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2 einen
Hebel in Verbindung mit einem innerhalb eines als Hohlrad ausgebildeten
Sonnenrades abrollenden, kreissymmetrisch in dem Hebel gelagerten
Planetenrades, das drehbar an dem Lastarm des Hebels befestigt ist,
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3 einen
Hebel wie in 2, wobei das Planetenrad asymmetrisch
bezüglich
seines Kreismittelpunkts in dem Lastarm des Hebels gelagert ist,
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4 einen
Hebel, der an seinem äußeren lastarmseitigen
Ende mit einer bezüglich
seines Drehpunktes kreisbogenförmigen
Zahnkontur ausgestattet ist, die mit einem Planetenrad kämmt, das
seinerseits mit einem Hohlrad kämmt,
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5 einen
Hebel, der an seinem lastarmseitigen Ende im Unterschied zu dem in 4 dargestellten
Hebel eine von der Kreisform abweichende Zahnkontur aufweist,
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6a,
b einen Hebel in Verbindung mit einem Zahnrad, wobei sowohl außermittig
an dem Zahnrad als auch an dem Lastarm des Hebels jeweils eine Feder
angelenkt ist in zwei verschiedenen Winkelpositionen,
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7 einen
mit einem eine elliptische Außenkontur
aufweisenden Planetenrad zusammenwirkenden Hebel und
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8 einen
mit einer Rolle zusammenwirkenden Hebel.
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Ein
um einen Drehpunkt 6 drehbarer Hebel 7 (2),
der an seinem Kraftarm 8, insbesondere an dessen äußerem Ende,
beispielsweise von Hand betätigt
wird, weist am äußeren Ende
seines Lastarms 9 ein auf diesem an seinem Kreismittelpunkt
gelagertes Planetenrad 10 mit Kreiskontur auf, das über eine (hier
nicht dargestellte) Außenverzahnung
mit einem eine entsprechende Innenverzahnung aufweisenden Hohlrad 11 kämmt. Dadurch,
dass an dem Planetenrad 10 eine Zugfeder 12 oder
ein sonstiges elastisches Element angreift, hängt das Lastmoment von einem
Auslenkwinkel β des
Hebels 7 bezüglich
seines Drehpunkts 6 ab, so dass das Lastmoment entsprechend
auch am Kraftarm 8 winkelabhängig in der betätigenden
Hand gespürt
wird und eine Bedienungsperson dazu veranlasst wird, die Bewegung bei
starker Zunahme des Lastmoments einzustellen oder im Gegenteil,
wenn dieses abnimmt, fortzusetzen. Selbstverständlich kann auch eine Druckfeder zum
Einsatz kommen. Ebenso ist der Einsatz einer Feder mit einer nicht-linearen
Federcharakteristik in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sinnvoll.
Ebenso ist der Einsatz einer Mehrzahl von Federn im Rahmen der Erfindung
möglich.
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In
einer anderen Ausführungsform
(3) ist anstelle des symmetrisch bezüglich seines
Mittelpunkts gelagerten Planetenrades 10 vorgesehen, dass
ein außermittig
auf dem Hebel 7 gelagertes Planetenrad 13 mit
einem entsprechend angepassten, konkave und konvexe Bereiche aufweisenden
Hohlrad 14 kämmt.
Durch die Einwirkung der Feder 12 wird auch in diesem Fall
eine Winkelabhängigkeit
des Lastmoments erreicht, wobei das Lastmoment Maxima und Minima
aufweist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(4) weist ein Hebel 7 einen Lastarm 16 auf,
der an seinem von dem Drehpunkt 6 abgewandten Ende eine Kreisbogenform
mit einer darin eingebrachten Verzahnung 17 besitzt. Diese
wirkt mit der Verzahnung eines zwischen der Verzahnung 17 und
der Verzahnung eines Hohlrades 18 sich drehenden Planetenrades 19 zusammen.
An dem Planetenrad 19 ist eine Feder 20 angelenkt.
Zusätzlich
oder alternativ kann auch an dem Lastarm 16 eine Feder 21 angelenkt sein,
um eine winkelabhängige
Einstellung des Lastmoments zu erzielen.
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In
Abänderung
der in 4 dargestellten Ausführungsform weist ein in 5 dargestellter
Hebel 6 einen Lastarm 22 auf, der eine bezüglich des Drehpunktes 6 asymmetrische
Zahnkontur auf seiner einem Planetenrad 23 zugewandten
Seite aufweist, also verschiedene Radien r1,
r2 hat. Auch an diesem Planetenrad 23 ist
eine Feder 20 angebracht. Zusätzlich oder alternativ kann
auch in diesem Fall eine Feder 21 an dem Lastarm 22 vorgesehen
werden. Ebenso wie in der in 4 dargestellten
Ausführung können die
Federn 20, 21 sowohl als Zug- als auch als Druckfedern
ausgebildet sein; oder eine von ihnen ist eine Zugfeder, während die
andere eine Druckfeder ist. Beide Federn 20, 21 können darüber hinaus
verschiedene Federkonstanten aufweisen. Die Innenkontur eines Hohlrades 24 ist
entsprechend an die Kontur des Planetenrades 23 angepasst.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(6a, b) wird das Hohlrad weggelassen. Vielmehr
kämmt der
Lastarm 22 des Hebels 7 mit einem Rad 23,
wobei sowohl an dem Lastarm 22 eine Feder 21 als auch
an dem Planetenrad 23 eine Feder 20 angelenkt
ist. Auch in diesem Fall können
die Federn 20, 21 als Druck- und als Zugfedern
ausgebildet sein.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung (7) kämmt der
Lastarm 22 des Hebels 7 mit einem Planetenrad 25,
das eine elliptische Außenform
hat und seinerseits mit Zähnen
eines an die elliptische Form des Planetenrades 25 angepassten Hohlrades 26 kämmt. Zusätzlich wirkt
eine an dem Planetenrad 25 angebrachte Feder 20 auf
den Hebelmechanismus ein.
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Schließlich kommt
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung anstelle eines Zahnrades eine Rolle 27 (8)
zum Einsatz, die von einer Feder 28 gegen eine asymmetrische,
beispielsweise wellenförmige,
konkave und konvexe Bereiche umfassende Kontur eines Lastarms 29 gedrückt wird.
Es versteht sich, dass die Rolle 27 durch eine äußere, hier
nicht im Detail dargestellte. Form in jeder Position gegen die Kontur
des Lastarms 29 gedrückt
wird; hierzu kann auch eine Mehrzahl von Federn 28 zum Einsatz
kommen, die an verschiedenen Stellen die Rolle gegen den Lastarm 29 drücken. Die
Federn 28 können
dabei mit verschiedenen Federkonstanten ausgestattet sein, um die
Schwenkbewegung des Hebels 7 je nach Schwenkbereich zu
erleichtern oder zu erschweren. Zusätzlich kann auch an dem Lastarm 29 eine
Zug- oder Druckfeder 30 angelenkt sein.