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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Federanordnung zur elastischen Abstützung von
Drehmomenten um eine Schwenkachse mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des unabhängigen
Schutzanspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
bekannte Federanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs
1 dient dazu, eine Sitzlehne beim Verschwenken aus ihrer aufrechten
Stellung nach vorne oder hinten elastisch abzustützen, damit das dabei wirksam
werdende zunehmende Drehmoment aufgrund der Gewichtskraft der Sitzlehne
abgefangen wird, um beispielsweise ein Einklemmen der Hände eines
Benutzers beim unkontrollierten Abklappen der Sitzlehne zu vermeiden.
Bei der bekannten Federanordnung ist eine Spiralfeder vorgesehen, die
unter schließender
Verformung die Drehmomente in der einen Schwenkrichtung um die Schwenkachse aufnimmt,
während
sie die Drehmomente in der anderen Schwenkrichtung um die Schwenkachse
unter öffnender
Verformung aufnimmt. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass zum
einen die Spiralfeder aufgrund ihrer ungünstigen Belastung bei öffnender Verformung
mit relativ viel Material, d. h. Federdraht ausgebildet werden muss.
Zum anderen sind die Steifigkeiten der elastischen Abstützung in
beiden Schwenkrichtungen um die Schwenkachse unmittelbar voneinander
abhängig. Überdies
treten bis auf eine Schwenkstellung der Sitzlehne um die Schwenkachse
immer Rückstellkräfte der
Spiralfeder auf, die aus dieser einen Schwenkstellung über den zunehmenden
Schwenkwinkel von null anwachsen.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federanordnung mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 aufzuzeigen,
die grundsätzliche
Vorteile und Gestaltungsfreiheiten gegenüber dem Stand der Technik aufweist.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine Federanordnung mit den Merkmalen
des unabhängigen
Schutzanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der neuen Federanordnung sind in den abhängigen Schutzansprüchen 2 bis
15 beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der neuen Federanordnung ist neben der einen Spiralfeder, die mit
ihrem inneren Ende im Bereich der Schwenkachse festgelegt ist und
die mit ihrem äußeren Ende
die in einer Schwenkrichtung um die Schwenkachse auftretenden Drehmomente
unter schließender
Verformung aufnimmt eine weitere Spiralfeder vorgesehen, die ebenfalls
mit ihrem inneren Ende im Bereich der Schwenkachse festgelegt ist und
die mit ihrem äußeren Ende
die in der anderen Schwenkrichtung um die Schwenkachse auftretenden
Drehmomente unter schließender
Verformung aufnimmt. Statt einer Spiralfeder, die in gegenläufigen Richtungen
beaufschlagt wird, so dass sie die um die Schwenkachse auftretenden
Drehmomente teils unter schließender
und teils unter öffnender
Verformung aufnimmt, sind bei einer neuen Federanordnung zwei Spiralfedern
vorgesehen. Diese Spiralfedern werden dabei jeweils nur unter schließender Verformung
beaufschlagt. Dies stellt eine deutlich reduzierte Materialbelastung
dar. Die beiden Spiralfedern der neuen Federanordnung können daher
bei gleicher Belastung jeweils kleiner dimensioniert werden als
die eine Spiralfeder des Stands der Technik. Zudem können die
elastischen Abstützkräfte in den beiden
Schwenkrichtungen um die Schwenkachse durch die zwei jeweils nur
in einer der Richtungen wirkenden Spiralfedern einzeln vorgegeben
werden. Auch die elastische Abstützung
der Drehmomente bei nur kleinen Schwenkwinkeln kann bei der neuen Federanordnung
in weiten Grenzen beeinflusst werden. Damit ergibt sich ein um ein
Vielfaches erhöhte Funktionalität der neuen
Federanordnung gegenüber dem
Stand der Technik.
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Damit
die beiden Spiralfedern jeweils Drehmomente nur in einer Schwenkrichtung
um die Schwenkachse abstützen,
kann an den äußeren Enden
der beiden Spiralfedern jeweils ein nur in dieser einen der beiden
Schwenkrichtungen um die Drehachse wirksame Drehmomentübertragungsarm
angeformt sein. Dieser Drehmomentübertragungsarm wird dann von
einer Drehmomentübertragungseinrichtung,
die die Drehmomente auf die Spiralfedern überträgt, jeweils nur in der gewünschten
Richtung ausgelenkt und folgt der Drehmomentübertragungseinrichtung in der
anderen Richtung nicht oder zumindest nur solange er unter Spannung
steht.
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Die
Drehmomentübertragungseinrichtung kann
freies Spiel zu den äußeren Enden
der Spiralfedern aufweisen, so dass es einen Schwenkwinkelbereich
gibt, in dem keine elastische Abstützung von Drehmomenten um die
Schwenkachse durch die Spiralfedern erfolgt. Dies kann zum Beispiel
ein Bereich sein, in dem nur kleine Drehmomente auftreten. Umgekehrt
kann sich die Drehmomentübertragungseinrichtung
aber auch bereits in einer neutralen Stellung an den freien Enden
beider Spiralfedern abstützen oder
hier sogar von beiden Spiralfedern mit einander entgegen gerichteten
Vorspannungen beaufschlagt werden.
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Als
weitere Maßnahme,
die Drehmomente, die von den Spiralfedern abgestützt werden, über den
Schwenkwinkel um die Schwenkachse zu variieren, können die
Steifigkeiten der beiden Spiralfedern abgestimmt werden. Die Steifigkeiten
der beiden Spiralfedern können
gleich sein. In diesem Fall sind die Spiralfedern vorzugsweise identisch
ausgebildet und nur seitenverkehrt zueinander eingebaut. Die beiden Spiralfedern
können
aber auch gezielt unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen und dazu
aus unterschiedlichem Federdraht gewunden oder gewickelt sein, unterschiedliche
Längen
des Federdrahts sowie unterschiedliche Geometrien aufweisen.
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Der
Federdraht selbst ist bei den Spiralfedern vorzugsweise unrund,
weil dies das Festlegen der inneren Enden der beiden Spiralfedern
im Bereich der Schwenkachse erleichtert. Insbesondere können die
Spiralfedern aus Federdraht von rechteckigem Querschnitt gewunden
oder gewickelt sein. Dabei reichen die Möglichkeiten von einem quadratischen
bis zu einem flach rechteckigen Querschnitt.
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Die
Lagerung der inneren Enden der Spiralfeder kann in einfacher Weise
jeweils in einer Ausnehmung in einer Lagerstange erfolgen. Dabei
kann die Lagerstange Teil eines Schwenklagers sein, um das herum
die abzustützenden
Drehmomente auftreten. Beide innere Enden beider Spiralfedern können dabei
in derselben Ausnehmung oder in jeweils einer getrennten Ausnehmung
in der Lagerstange festgelegt sein.
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Weiterhin
ist es möglich,
die beiden Spiralfedern auf die beiden Enden der Schwenkachse, um die
herum die abzustützenden
Drehmomente auftreten, zu verteilen. Die beiden Spiralfedern können aber
auch nebeneinander an einem Ende der Schwenkachse gelagert sein.
Selbstverständlich kann
auch an beiden Enden der Schwenkachse jeweils eine neue Federanordnung
mit zwei Spiralfedern vorgesehen werden, um einen symmetrischen Aufbau
zu erzielen.
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Wenn
die beiden Spiralfedern an einem Ende der Schwenkachse nebeneinander
angeordnet sind, kann zwischen den Spiralfedern ein axialer Abstand
belassen werden, um einen seitlichen Kontakt der Spiralfeder und
hieraus resultierende Geräuschentwicklungen
zu vermeiden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn zwischen den beiden
Spiralfedern eine Gleitscheibe aus Kunststoff angeordnet ist, die
einer derartigen Geräuschentwicklung
entgegenwirkt. Als Kunststoff eignet sich hier insbesondere ein
Kunststoff mit geringer Reibung und hoher Festigkeit, wie beispielsweise
Teflon.
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Konkret
kann die neue Federanordnung zum Abstützen einer Sitzlehne, beispielsweise
bei einem Sitz oder einer Rückbank
eines Kraftfahrzeugs beim Verschwenken aus ihrer aufrechten Stellung
heraus elastisch abstützen.
Die neue Federanordnung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt. Besondere
Vorteile bietet sie überall
dort, wo aus einer Schwenkbewegung von zunächst im labilen Gleichgewicht über der
Schwenkachse abgestützten
Massen zunehmende Drehmomente um die Schwenkachse resultieren.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls
abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen
der Schutzansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in
separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso
können
in den Schutzansprüchen
aufgeführte
Merkmale für
weitere Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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1 zeigt
eine axiale Seitenansicht auf eine erste Ausführungsform der neuen Federanordnung.
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2 zeigt
eine leicht perspektivische Seitenansicht auf eine abgewandelte
Ausführungsform der
Federanordnung gemäß 1.
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3 zeigt
eine anders abgewandelte weitere Ausführungsform der neuen Federanordnung
in einer Anwendung zur elastischen Abstützung einer Sitzlehne in deren
neutraler Lehnenstellung.
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4 zeigt
die Federanordnung gemäß 3 in
derselben Anwendung bei hinterster Lehnenstellung; und
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5 zeigt
die Federanordnung bei der Anwendung gemäß den 3 und 4 bei
vorderster Lehnenstellung.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die
Federanordnung 1 gemäß 1 umfasst
zwei Spiralfedern 2 und 3, die in Richtung einer Schwenkachse 4 hintereinander
angeordnet sind. Die Spiralfedern 2 und 3 sind
identisch ausgebildet aber seitenverkehrt zueinander angeordnet,
so dass die Windungen der in 1 vorne
liegenden Spiralfeder 2 von innen nach außen entgegen
dem Uhrzeigersinn und die Windungen in 1 hinten
liegenden Spiralfeder 3 in dieser Richtung im Uhrzeigersinn
um die Schwenkachse 4 verlaufen. Die radial zu der Schwenkachse 4 hin
eingebogenen inneren Enden 5 und 6 der Spiralfedern 2 und 3 sind
jeweils in einer von zwei Ausnehmungen in einer Lagerstange 8 festgelegt.
Dabei sind die Ausnehmungen 7 schlitzförmig und der Federdraht 9,
der die Spiralfedern 2 und 3 ausbildet, ist vom
rechteckigen Querschnitt mit einer Dicke, die genau der Schlitzbreite
der Ausnehmungen 7 entspricht. An den äußeren Federenden 10 und 11 der
Spiralfeder 2 und 3 sind Drehmomentübertragungsarme 12 und 13 nach
außen
abgebogen, die eine Drehmomentübertragungseinrichtung 14, auf
die ein Drehmoment um die Schwenkachse 4 einwirkt, in beiden
Drehrichtungen 15 und 16 um die Schwenkachse 4 elastisch
abzustützen.
Dabei können
beide Spiralfedern 1 in der in 1 gezeigten neutralen
Stellung der Drehmomentübertragungseinrichtung 14 gerade
entspannt sein oder mit nur einer minimalen elastischen Kraft an
der Drehmomentübertragungseinrichtung 14 anliegen,
oder sie können diese
in der gezeigten neutralen Stellung bereits wechselseitig mit einer
Vorspannkraft beaufschlagen. Hierdurch kann das von der Federanordnung 1 bei
Auslenkungen der Drehmomentübertragungseinrichtung 14 in
beiden Schwenkrichtungen 15 und 16 um die Schwenkachse 4 ausgeübte Drehmoment
variiert werden. In jedem Fall werden die Rückstellkräfte auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 14 von
den Spiralfedern 2 und 3 nur unter schließender Verformung
aufgebracht. Das heißt,
die durch externe Kräfte
verformten Spiralfedern 2 und 3 weisen einen kleineren
Durchmesser auf als die kraftlosen Spiralfedern 2 und 3.
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Aus
der Darstellung der abgewandelten Federanordnung 1 gemäß 2,
die leicht perspektivisch ist, geht der rechteckige Querschnitt
des Federdrahts 9 der Spiralfedern 2 und 3 gut
hervor. Die Abwandlung der Federanordnung 1 gemäß 2 bezieht
sich auf eine zusätzliche
Gleitscheibe 17 aus Kunststoff, vorzugsweise Teflon, die
hier zwischen den beiden Spiralfedern 2 und 3 angeordnet
ist, um einen direkten Kontakt der Spiralfedern 2 und 3 und hieraus
möglicherweise
resultierende Geräusche und
wechselseitige Beschädigungen
zu verhindern.
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Bei
der Ausführungsform
der Federanordnung 1 gemäß den 3 bis 5 weisen
die Drehmomentübertragungsarme 12 und 13 in
Richtung um die Schwenkachse 4 einen derartigen freien
Abstand auf, dass die mit einer Sitzlehne 18 verbundene Drehmomentübertragungseinrichtung 14 zwischen den
Drehmomentübertragungsarmen 12 und 13 bewegt
werden kann, ohne elastische Rückstellkräfte der
Spiralfedern 2 und 3 als Rückstellkräfte hervorzurufen. Die Sitzlehne
wird sovon der Federanordnung 1 in einem Bereich kraftlos belassen,
in dem sie gegenüber
dem Unterbau 19 eines Sitzes 20 leicht um die
Schwenkachse 4 nach vorne geneigt ist.
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In
der hintersten Lehnenstellung gemäß 4 wird die
Sitzlehne 18 bzw. ihre Drehmomentübertragungseinrichtung 14 von
der Spiralfeder 3 abgestützt, so dass zum Beispiel ein
Zurückführen der Sitzlehne 18 in
die neutrale Lehnenstellung gemäß 3 mittels
der Federkraft der Spiralfeder 3 möglich ist. Dabei ist anzumerken,
dass die Sitzlehne 18 in ihrer gewünschten Schwenkstellung typischerweise durch
eine hier nicht dargestellte, lösbare
Verriegelungseinrichtung fixiert wird und nur bei gelöster Verriegelungseinrichtung
verschwenkbar ist.
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In
der vordersten Lehnenstellung gemäß 5 verhindert
die Spiralfeder 2 demgegenüber, dass die volle Gewichtskraft
der Sitzlehne 18 nach unten wirkt und damit beispielsweise
ein Einklemmen von Händen
eines Benutzers. Sie unterstützt
aber auch das Wiederaufrichten der Sitzlehne 18 aus ihrer gezeigten
vordersten Lehnenstellung bis in die neutrale Stellung gemäß 3.
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- 1
- Federanordnung
- 2
- Spiralfeder
- 3
- Spiralfeder
- 4
- Schwenkachse
- 5
- inneres
Federende
- 6
- inneres
Federende
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Lagerstange
- 9
- Federdraht
- 10
- äußeres Federende
- 11
- äußeres Federende
- 12
- Drehmomentübertragungsarm
- 13
- Drehmomentübertragungsarm
- 14
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 15
- Schwenkrichtung
- 16
- Schwenkrichtung
- 17
- Gleitscheibe
- 18
- Sitzlehne
- 19
- Unterbau
- 20
- Sitz