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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den passiven Fußgängerschutz
beim Aufprall eines Fußgängers bzw.
Radfahrers, etc. auf die Fronthaube eines Fahrzeugs, sie betrifft
insbesondere einen Mehrgelenkmechanismus mit einem energieabsorbierenden
Element und ein energieabsorbierendes Element.
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Aus
WO 00/69704 A2 und aus
DE
199 57 871 A1 ist ein solcher Mechanismus bekannt, der
als ein Fronthaubenscharnier verwendet wird, und zur Energieabsorption
ein plastisch deformierbares Element aufweist. Andererseits sind
beispielsweise aus
US 3 893 726 und
DE 102 43 460 A1 Energieabsorber
in einem Stoßfängersystem
bei Kraftfahrzeugen bekannt, die zur Absorption der bei einem Fahrzeugaufprall
anfallenden sehr hohen kinetischen Energie die Zerspanarbeit an
einem Zerspanelement nutzen. Der Anmelderin sind auch Versuche bekannt,
derartige Zerspaneinrichtungen bei passiven Fronthauben-Fußgängerschutzeinrichtungen
einzusetzen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dabei erhebliche Probleme
insbesondere hinsichtlich der Führung
des Zerspanelements relativ zu einem damit kooperierenden Zerspanmesser
aufgetaucht sind. Außerdem gab
es Probleme, die Zerspaneinrichtung in einer Mehrgelenkanordnung,
beispielsweise einem Viergelenkscharnier, etc., anzuordnen bzw.
darin zu integrieren.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrgelenkmechanismus
mit einer Zerspaneinrichtung bereitzustellen, die einerseits reproduzierbar
Energie absorbieren kann und andererseits in den Mehrgelenkmechanismus
integriert ist bzw. eine Zerspaneinrichtung bereitzustellen, die
in einem solchen Mechanismus integrierbar ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe von einem Mehrgelenkmechanismus gelöst, aufweisend
einen an zwei voneinander beabstande ten Stellen gelenkig angeschlossenen
Zerspanhebel zur Energieabsorption bei Überlast, wobei der Zerspanhebel
eine längliche
Führungshülse, ein Zerspanmesser
oder eine Schälkante
und ein in der Führungshülse geführtes Zerspanelement
aufweist, wobei zum einen die Führungshülse und
zum anderen das Zerspanelement in dem Mehrgelenkmechanismus gelenkig
angeschlossen ist, bzw. von einem entsprechenden Zerspanhebel zur
Energieabsorption bei Überlast
gelöst.
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Eine
solche Ausbildung hat den Vorteil, dass der Zerspanhebel wie ein
konventioneller Hebel in dem Mehrgelenkmechanismus angeschlossen
sein kann. Dabei kann der Mehrgelenkmechanismus beispielsweise ein
Viergelenkmechanismus sein und einer der vier Hebel des Viergelenkmechanismus
als Zerspanhebel ausgebildet sein. Er kann aber auch ein Dreigelenkmechanismus
sein, in dem zwei der Gelenke dem Anschluß des Zerspanhebels dienen; mit
anderen Worten ein Eingelenkscharnier, an dem der Zerspanhebel mit
zwei Gelenken gelenkig angeschlossen ist. Ein als Zerspanhebel ausgebildeter Hebel
in einem solchen Mehrgelenkmechanismus benötigt nicht substanziell mehr
Platz verglichen mit einem konventionellen Hebel in diesem Mechanismus,
so dass verglichen mit beispielsweise dem Deformationselement aus
DE 199 57 871 A1 der
für dieses
Deformationselement erforderliche Platz entbehrlich ist. Zum anderen
ist insbesondere verglichen mit den plastisch verformbaren Elementen
bei WO 00/69704 A1 die Verformungsenergie über den Verformungsweg hinweg
im Wesentlichen konstant bzw. sie kann durch entsprechende Maßnahmen
an dem Zerspanhebel über
den Zerspanweg hinweg maßgeschneidert
sein, so dass ein genau vorgegebener Energieabsorptionsverlauf realisierbar
ist. Mehrgelenke können
außerdem
zur Kraftverstärkung bzw.
zur Kraftminderung bzw. zur Weganpassung zwischen dem Zerspanweg
und dem Weg, auf dem die zu absorbierende Energie aufgebracht wird,
verwendet werden. So kann beispielsweise bei einem passiven Fußgängerschutzsystem
bei einer Fahrzeugfronthaube eine entsprechende Nachgebebewegung
der Fahrzeugfronthaube von ca. 35 mm vorgesehen sein, die über einen
Zerspanweg von ca. 10 mm aufgenommen wird.
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Der
Mehrgelenkmechanismus kann beispielsweise der Mehrgelenkmechnismus
sein, mit dem die Fronthaube an der Fahrzeugkarosserie angeschlossen
ist. Es ist auch möglich,
unter den Haubenscharnieren einen separaten Mehrgelenkmechanismus
vorzusehen, in dem der Zerspanhebel vorgesehen ist und der lediglich
der Energieabsorption im Fall eines Aufpralls dient. Der Zerspanhebel
kann als ein Versteifungshebel bzw. ein Blockierhebel in dem Mehrgelenkmechanismus
angeordnet sein, so dass sich der Mehrgelenkmechanismus z.B. über einen Anschlag
hinaus nur dann bewegen kann, wenn der Zerspanhebel durch Zerspanen
des Zerspanelements eine Längenänderung
erfährt.
Es ist auch möglich,
den Zerspanhebel als einen der Hebel des Mehrgelenkmechanismus,
z.B. einen der Hebel in einem Viergelenkmechanismus beispielsweise
bei einer Fahrzeugfronthaube vorzusehen. Ein Anschlag kann beispielsweise
die normale Endstellung des Mehrgelenkmechanismus definieren. Überschreitet die
in dieser Endstellung auf dem Mehrgelenkmechanismus aufgebrachte
Kraft einen vorbestimmten Schwellenwert, so beginnt das Zerspanen
des Zerspanelements in dem Zerspanhebel und der Mehrgelenkmechanismus
führt eine
Ausweichbewegung über
die normale Endstellung hinaus aus.
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Die
gelenkige Anordnung des Zerspanelements an dem Mehrgelenkmechanismus
hat den Vorteil, dass im Verlauf des Zusammendrückens des Zerspanelements lediglich
die für
das Zerspanen erforderliche Kraft aufgebracht werden muss und es nicht
zu einem Blockieren oder Verklemmen des Zerspanelements in der Führungshülse kommt.
Insbesondere in Kombination mit einer länglichen Führungshülse und einem in der Führungshülse geführten länglichen
Zerspanelement lässt
sich ein Zerspanhebel realisieren, der relativ unempfindlich gegen
Verkanten ist. Es ist besonders bevorzugt, ein Zerspanelement vorzusehen
dessen Verhältnis
von Länge
zu Breite mindestens etwa 1,5:1, mindestens etwa 2:1, mindestens
etwa 2,5:1 bzw. mindestens etwa 3:1 ist.
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Der
Zerspanhebel kann so ausgebildet sein, dass er bei Überschreiten
eines vorbestimmten Schwellenwerts in Druckrichtung und/oder Zugrichtung
des Zerspanhebels mit dem Zerspanen bzw. der Energieabsorption beginnt.
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Ein
weiterer Vorteil des Zerspanhebels liegt darin, dass er besonders
einfach und kosten- und herstellungsgünstig aufgebaut sein kann.
Insbesondere die Ausbildung mit der integral an der Führungshülse vorgesehenen
Schälkante
macht das bisher separat vorgesehene Zerspanmesser entbehrlich,
so dass lediglich 2 Bauteile, i.e. die Führungshülse mit der integral angeordneten
Schälkante
und das Zerspanelement das eigentliche energieabsorbierende Element
bilden. Das ist insbesondere bei den im Automobilbau verbauten Massenartikeln
mit einer erheblichen Kostenreduzierung verbunden.
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Es
kann eine Schälkante,
es können
aber auch mehrere Schälkanten,
z.B. umfangsmäßig über den
Umfang des Zerspanelements verteilt, vorgesehen sein.
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Der
Zerspanhebel kann einen quer zur Längsachse angeordneten Lagerzapfen
zum gelenkigen Anschluss aufweisen. Vorzugsweise ist der Lagerzapfen
in dem Zerspanelement drehbar gelagert. Es ist auch möglich, den
Lagerzapfen in dem Zerspanelement fest angeordnet vorzusehen und drehbar
an dem Mehrgelenkmechanismus zu lagern. Ähnlich kann ein Lagerzapfen
an der Führungshülse vorgesehen
sein.
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Der
Lagerzapfen kann einen Einstellexzenter aufweisen. Es kann aber
auch eine andere Einstelleinrichtung z.B. ein Langloch, zur Einstellung vorgesehen
sein. Auf diese Weise lässt
sich der Zerspanhebel in dem Mehrgelenkmechanismus einstellen und
beispielsweise eine Endposition zuverlässig justieren. Somit kann
man auch den Zerspanhebel mit einer gewissen Vorspannung einbauen,
um beispielsweise Losbrechkräfte
zu kompensieren.
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Die
Schälkante
kann von einem Randbereich der Führungshülse gebildet
sein. Die Schälkante
an dem Randbereich kann mit einem über die Grundform des Zerspanelements
ragenden Zerspanvorsprung zusammenwirken. Die Schälkante kann aber
auch relativ zu der Innenkontur der Führungshülse nach innen gebogen sein
und so mit dem Zerspanelement, z.B. mit dem Ende einer Nut in diesem, zusammenwirken.
Die Schälkante
kann im Wesentlichen über
die gesamte Breite des Zerspanelements gehen. Sie kann aber auch
nur über
die Breite eines über
die Grundform des Zerspanelements herausgeragenden Zerspanvorsprungs
gehen. Ein solcher Zerspanvorsprung kann über seine Länge mit einer unterschiedlichen
Breite ausgebildet sein, so dass die für die das Zerspanen erforderliche
Kraft über
den Zerspanweg variierbar ist.
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Der
Kontaktbereich, an dem das Zerspanelement mit der Schälkante zusammenwirkt,
kann flächig
sein, im Gegensatz zu punkt- oder linienförmig. Er kann aber auch punktförmig oder
linienförmig
sein. Ein flächiger
Kontaktbereich hat den Vorteil, dass er relativ stabil ist, so dass
bei Normalbetrieb kein Verschleiß am Kontaktbereich auftritt,
insbesondere bei einem kräftigen
Schließen
einer Haube, bei während des
Fahrbetriebs auftretenden Schwingungen, etc. Die Schälkante und/oder
das Zerspanelement kann an dem Kontaktbereich verstärkt sein,
beispielsweise durch einen Hartlack oder eine sonstige Schutzschicht,
wodurch zusätzlich
Verschleiß an
dem Kontaktbereich vermieden ist.
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Die
Führungshülse kann
einen sich bereichsweise in Längsrichtung
erstreckenden Schlitz aufweisen, in dem der Zerspanvorsprung aufgenommen
ist. Dieser Schlitz kann so ausgebildet sein, dass seine Ränder mit
entsprechenden Führungsflächen an
dem Zerspanelement in Anlage sind und eine zusätzliche Führung schaffen.
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Der
Zerspanvorsprung kann eine Höhe
haben, die im Wesentlichen der Dicke der Führungshülse entspricht. Eine solche
Lösung
stellt einen günstigen
Kompromiss zwischen der von dem Zerspanhebel absorbierbaren Energie
und dem Platzbedarf für den
Zerspanhebel dar.
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Die
Führungshülse kann
ein Langloch aufweisen und der gelenkige Anschluss des Zerspanelements
kann durch das Langloch hindurch vorgesehen sein. Das Langloch hat
den Vorteil, dass es einerseits die Zerspanbewegung zulassen kann,
aber in der der Zerspanrichtung entgegengesetzten Richtung einen
festen Anschlag für
den Zerspanhebel beschaffen kann, so dass in der der Zerspanrichtung entgegengesetzten
Richtung die Zerspanhülse
die Festigkeit des Zerspanhebels definiert, d.h. dass in diese Richtung
eine Kraft aufgenommen werden kann, die im Wesentlichen gleich der
Kraft ist, die ein normaler Hebel in dem Mehrgelenkmechanismus aufnehmen
kann. Das Langloch kann außerdem
als eine weitere Führung
für das
Zerspanelement in der Führungshülse ausgebildet
sein.
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Vorzugsweise
ist der Lagerzapfen in dem Zerspanelement und/oder der Führungshülse mit
einer definierten Vorspannung gehalten. Das kann beispielsweise
dadurch realisiert sein, dass die Öffnung, in der der Lagerzapfen
in dem Zerspanelement aufgenommen ist, ganz oder bereichsweise geringfügig kleiner
als der Durchmesser des Lagerzapfens ausgebildet ist. Durch diese
Klemmung des Lagerzapfens in dem Zerspanelement ist die Montage
erleichtert, da eine vormontierte Baugruppe aus Führungshülse, Zerspanelement
und Lagerzapfen integral zusammenbleibt und die Einzelteile bei
der Montage nicht einzeln in die Hand genommen werden müssen. Andererseits
sorgt die definierte Vorspannung für eine Geräuschminimierung, da eine Relativbewegung
und somit ein Klappern der Teile gegeneinander nicht möglich ist.
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Die
Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Mehrgelenkmechanismus mit einem Zerspanhebel gemäß der vorliegenden Erfindung
in perspektivischer Darstellung;
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2 den
Mehrgelenkmechanismus von 1 in Draufsicht;
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3 den
Zerspanhebel gemäß der vorliegenden
Erfindung in perspektivischer Ansicht;
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4 eine
Endansicht auf den Zerspanhebel von schräg rechts in 3;
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5 einen
Schnitt durch den Zerspanhebel; und
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6 eine
Draufsicht auf den Zerspanhebel.
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In
den 1 und 2 ist ein Mehrgelenkmechanismus 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
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Der
Mehrgelenkmechanismus 2 weist einen Zerspanhebel 4 auf,
der an seinen zwei Enden 6 und 8 gelenkig an dem
Mehrgelenkmechanismus 2 angeschlossen ist. Der Zerspanhebel 4 weist
eine längliche
Führungshülse 10 auf.
Die Führungshülse 10 ist in
der Form eines Rechteckrohrs ausgebildet. Alternativ könnte sie
aus einem Rohr mit einer elliptischen oder einer runden oder einer
mehreckigen Gestalt gebildet sein. Die Führungshülse 10 kann auch ein durchgehend
geschlitztes Rohr sein bzw. ein einseitig offenes Profil aufweisen.
Die Führungshülse 10 kann
aus Metallmaterial, insbesondere Stahl, einem vergleichbar stabilen
Metallmaterial, aber auch aus weniger stabilem Metallmaterial, wie
beispielsweise Aluminium, hergestellt sein. Sie kann insbesondere aus
Stangenmaterial hergestellt sein. Es ist auch möglich, die Führungshülse 10 aus
einem festen Kunststoffmaterial herzustellen.
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In
der Führungshülse 10 ist
ein Zerspanelement 12 geführt. Das Zerspanelement hat
vorzugsweise eine Grundform, die im Wesentlichen der Innenkontur
der Führungshülse 10 entspricht.
Es ist auch möglich,
an dem Zerspanelement 12 Führungsbereiche vorzusehen,
die lediglich bereichsweise mit der Innenkontur der Führungshülse 10 in
Kontakt sind. Das Zerspanelement ist aus einem relativ weichen Material
hergestellt, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, beispielsweise
einem Polyamid wie beispielsweise PA 6. Das Zerspanelement kann auch
aus weichem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
gebildet sein. Das Zerspanelement 12 ist bei der gezeigten
Ausführungsform
aus Massivmaterial hergestellt. Man kann auch eine kastenartige
Struktur, insbesondere eine durch Versteifungen verstärkte Kastenstruktur
für das
Zerspanelement vorsehen.
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Der
gezeigte Mehrgelenkmechanismus 2 ist ein Viergelenkscharnier
mit den vier Gelenken bei 14, 16, 18 und 20.
An einem Grundhebel bzw. einer Grundplatte 22 sind die
beiden Drehpunkte 16 bzw. 18 vorgesehen. Die Bohrungen 24 dienen
der Befestigung der Grundplatte 22 an der Karrosserie eines Fahrzeugs. Über einen
langen Hebel 26 und einen kurzen Hebel 28 ist
eine Wippe 30 über
die Drehpunkte 14 und 20 an der Grundplatte 22 angeschlossen,
so dass diese gemeinsam das Viergelenkscharnier bilden. Bohrungen 32 dienen
dem Anschluss eines (nicht gezeigten) Fronthaubenscharniers, welches
das Öffnen
und Schließen
der Fronthaube ermöglicht.
Der Mehrgelenkmechanismus 2 wird einsatzmäßig von
dem Zerspanhebel 4 blockiert. Ein Bewegen des Mehrgelenkmechanismus 2 erfolgt erst,
wenn eine Kraft aufgebracht wird, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert
ist.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die gelenkigen Anschlüsse
des Zerspanhebels 4 an der Wippe 30 bzw. an dem
kurzen Hebel 28 so gewählt,
dass sich ein linear proportionales Verhältnis zwischen einer Bewegung
der Wippe nach unten und einer Verlagerung zwischen der Führungshülse 10 und
dem Zerspanelement 12 ergibt. Damit ist sichergestellt,
dass die für
das Zerspanen erforderliche Kraft, mit der die Wippe 30 nach
unten gedrückt
wird, über
den Bewegungsweg im Wesentlichen konstant ist. Es ist auch möglich, die Anschlusspunkte
für den Zerspanhebel
so zu wählen,
dass sich ein bestimmter vorgewählter
sich über
den Bewegungsweg ändernder
Kraftverlauf einstellt.
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Die
Führungshülse 10 weist
einen sich bereichsweise in Längsrichtung
erstreckenden Schlitz 34 auf, in dem ein über die
Grundform des Zerspanelements 12 hinaus ragender Zerspanvorsprung 36 ragt.
Der Zerspanvorsprung 36 hat im Wesentlichen die gleiche
Dicke wie die Wandstärke
der Führungshülse 10.
Der Zerspanvorsprung 36 wirkt mit einer Schälkante 38 an
der Führunghülse 10 zusammen. Die
Schälkante 38 kann
stumpf sein, so dass der Zerspanvorsprung 36 vollflächig mit
dieser in Kontakt ist. Dabei ist es möglich, dass die Schälkante verglichen mit
der Wandstärke
der Führunghülse 10 eine
etwas geringere Dicke hat, d.h., die Wand im Bereich der Schälkante etwas
verjüngt
ist. Es ist auch möglich, die
Verjüngung
so auszubilden, dass ein im Wesentlichen linienmäßiger Kontaktbereich an der
Schälkante 38 oder
sogar ein im Wesentlichen punktförmiger
Kontaktbereich vorgesehen ist.
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In
der 3 ist der Zerspanhebel 4 nach einem Einsatz
gezeigt, d.h., in einer Position, in der das Zerspanelement 12 gegen
die Führunghülse 10 verschoben
wurde und der Zerspanvorsprung 36 unter Bildung eines Spans 40 gegen
die Schälkante 38 verlagert
wurde.
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4 ist
eine Endansicht von schräg
rechts unten in der 3 und zeigt die Führungshülse 10, das
Zerspanelement 12 und einen exzentrischen Lagerzapfen 42.
Man erkennt ferner den Kopf einer in der 3 nicht
gezeigten Schraube 44, die den Lagerzapfen 42 an
dem Zerspanelement 12 festlegt. Allerdings ist das Zerspanelement 12 nicht
gegen den Lagerzapfen 42 geklemmt, so dass der Lagerzapfen 42 relativ
zu dem Zerspanelement 12 drehbar gelagert ist.
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In
der 5 ist der Lagerzapfen 42 jeweils im Schnitt
dargestellt. Man erkennt, wie der Lagerzapfen 42 in dem
Zerspanelement 12 gelagert ist. Man erkennt auch einen
Schlitz 46 in dem Zerspanelement 12. Wie durch
den verstärkten
Strich bei 48 angezeigt, ist in diesem Bereich des Schlitzes 46 der
Innendurchmesser der entsprechenden Durchgangsöffnung durch das Zerspan element 12 geringfügig kleiner
als der Außendurchmesser
des entsprechenden Bereichs des Lagerzapfens 42, so dass
dieser in dem Zerspanelement 12 mit einer definierten Vorspannung
gehalten ist. Um diese Vorspannung ausreichend niedrig zu halten
ist der Schlitz 46 vorgesehen. Ferner ist in den in der 6 gezeigten
Bereichen 50 die entsprechende Wandstärke des die Öffnung für den Lagerzapfen 42 umgebenden
Materials sehr dünn
ausgebildet. Auch das hält
die Vorspannung gering. Damit ist einerseits für die Montage eine zuverlässige Festlegung
des Lagerzapfens 42 in dem Zerspanelement 12 sichergestellt.
Andererseits ist auch sichergestellt, dass sich einsatzmäßig der
Lagerzapfen 42 relativ zu dem Zerspanelement 12 bzw.
der Führungshülse 10 bewegen
kann. Im Inneren des Lagerzapfens 42 ist exzentrisch eine
mit Innengewinde versehene Durchgangsöffnung 52 vorgesehen.
Auf diese Weise lässt sich
bei der Montage ein gewisses Einbauspiel kompensieren.
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Am
Umfang eines Bunds 54 können
Ansatzflächen
vorgesehen sein, an die ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise
ein Gabelschlüssel,
etc. angesetzt werden kann, um bei der Montage den Exzenter zu verdrehen.
Sobald die Einstellung abgeschlossen ist, kann mittels einer Schraube 44,
die in der Darstellung der 5 von unten
in der Lagerzapfen 42 geschraubt wird, der kurze Hebel 28 bzw.
die Wippe 30 – oder
bei einem anderen Mehrgelenkmechanismus entsprechende Hebel – gegen
die Schulter 56 des Lagerzapfens 42 festgeklemmt
werden.
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In
der Draufsicht der 6 erkennt man, dass der Zerspanvorsprung 36 im
Wesentlichen durchgehend die gleiche Breite aufweist. Bei der entsprechenden
Auswahl der Drehpunkte des Zerspanhebels 4 an dem Mehrgelenkmechanismus 2 ist
somit eine konstante Kraft über
im Wesentlichen den gesamten Bewegungsweg sichergestellt. Durch
die Ausrundung 58 am Ende des Zerspanvorsprungs 36 ist
vermieden, dass am Ende des Zerspanwegs ein abrupter Anschlag bzw.
ein stufenartiger Kraftanstieg erfolgt. Vielmehr sorgt die Ausrundung 58 für einen stetigen
Kraftanstieg.
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In
der 3 und im Schnitt der 5 erkennt
man ein Langloch 60, welches eine Bewegung des Lagerzapfens 42 in
der Längsrichtung
der Führungshülse erlaubt.