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1. Technische Beschreibung.
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Dieses Gelenk kann im Fahrzeug- und Maschinenbau dort Anwendung finden, wo ein ziehendes und ein gezogenes Teil räumlich möglichst frei beweglich sein sollen.
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Das Übertragen von Zug- und Druckkräften in drei Ebenen gleichzeitig, soll leichtgängig sein.
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Für diese Beschreibung wurde ein Ausführungsbeispiel gewählt, mit dem die Entwicklung durchgeführt worden ist. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus einem Fahrrad als ziehendem Teil, an dessen Gepäckträger am hinteren Ende das 3D-Gelenk befestigt ist, und einem Anhänger als gezogenem Teil.
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Dieses Gespann soll in stark unebenem Gelände fahren.
Zeichnung Nr. (1)
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Der mit schmaler Strichpunktlinie gezeichnete Winkel ist das Teil des Gepäckträgers, an dem das 3D-Gelenk angeschraubt wird, das ziehende Teil.
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Das mit schmaler Strichpunktlinie gezeichnete Vierkantrohr ist die Deichsel des Anhängers, das gezogene Teil. Beide Teile bilden bei Geradeausfahrt die Y-Achse.
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2. Stand der Technik.
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- 2.1 An der Sattelstütze des Fahrrades ist die Kugel eines Kugelgelenkes und an der Deichsel des Anhängers ist die Kugelpfanne befestigt.
- 2.2 Zwischen Fahrrad und Anhänger ist ein elastisches Teil eingebaut, das aus einer 60 bis 80 mm langen Schraubenfeder, Zugfeder, besteht, die mit ihrem hinteren Ende an der Deichsel befestigt ist.
An dem vorderen Ende der Zugfeder befindet sich eine Lasche mit einem Innenvierkant. In dem Bereich der Hinterachse des Fahrrades ist als Anbauteil ein Vierkantdorn befestigt, der in der Richtung der Hinterachse seitlich absteht. Auf diesen Dorn wird die Lasche mit dem Innenvierkant gesteckt und mit einem Stift gesichert.
- 2.3 Kupplung: Ein gabelförmiges Teil ist an der Sattelstütze oder an dem hinteren Ende des Gepäckträgers fest angebracht. Die Deichsel des Anhängers endet vorne mit einem Stecker, der in das gabelförmige Teil gesteckt wird. Durch das gabelförmige Teil und den Stecker geht eine vertikale Bohrung, in die ein Bolzen eingesteckt und gesichert wird.
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3. Mängel der bekannten Lösungen.
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Als Merkmal für die Beurteilung wurde die Beweglichkeit der Einzelgelenke gewählt. Die Beweglichkeit entsprechend den drei Koordinaten eines Raumes.
Zeichnung Nr. (1).
- 3.1 Kugelgelenk: Die Beweglichkeit wird durch die Einbettung der Kugel mit dem Kugelhals in der Kugelpfanne eingeschränkt.
Wenn z. B. das Fahrrad umfällt, während der Anhänger stehen bleibt, oder der Anhänger kippt während der Fahrt, verklemmt sich dieses Gelenk oder tragende Teile an dem Fahrrad verbiegen sich. Außerdem verliert der Radfahrer die Balance. Begrenzung der Beweglichkeit: ca. 140° in Y-Richtung, ca. 30° in X-Richtung.
- 3.2 Schraubenfeder: Vorläufer der Schraubenfeder war ein Verbindungsteil zwischen Fahrrad und Anhänger aus Gummi. Das Vollgummiteil hatte ca. 15 bis 20 mm Durchmesser und war etwa 60 bis 80 mm lang. Es war an der Sattelstütze oder am Ende des Gepäckträgers angebracht. Die Nachteile der Festigkeitseigenschaften des Gummis, Härtung und Risse, wurden durch den Einsatz einer ca. 80 mm langen Schraubenfeder, Zugfeder, eliminiert. Die Beweglichkeit wird in Abhängigkeit von dem Auslenkungswinkel schwergängiger. Sie ist von der Normalstellung aus in allen Richtungen auf ca. 90° begrenzt.
Zeichnung Nr. (1)
- 3.3 Hier wird bei den Herstellern die Kategorie der Kupplung eingeführt.
Bei dieser Konstruktion befindet sich ein fest angebautes Teil mit Innenvierkant an der Sattelstütze oder dicht an der hinteren Radnabe. An der Deichsel ist eine Schraubenfeder, wie in Absatz 2.2 beschrieben, befestigt, an der das zugehörige Steckteil mit dem Außenvierkant angebracht ist. Beide Teile haben eine vertikale Bohrung, durch die die zusammengesteckten Teile mit einem Bolzen, der gesichert wird, verbunden werden. Die Anordnung dieser Teile: Aufnehmendes Teil mit Innenvierkant – Schraubenfeder – Steckteil, wird bei den Herstellern verschieden ausgeführt.
Die Beweglichkeit ist in allen Richtungen auf ca. 90° begrenzt.
Zeichnung Nr. (1)
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4. Nachteile der beschriebenen Konstruktionen.
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Der hauptsächliche Nachteil besteht in den engen Grenzen der Beweglichkeit des die Fahrzeuge verbindenden Gelenkes.
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5. Problemlösung.
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Mit dieser Erfindung wird ein Gelenk geschaffen, bei dem die Forderung nach großer Beweglichkeit und Leichtgängigkeit erfüllt wird.
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Die große Beweglichkeit wird mit den Konstruktionsmerkmalen erreicht, die im Schutzanspruch 1 beschrieben sind.
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Das ganze Gelenk wird in drei Einzelgelenke aufgeteilt, deren Bewegungsrichtungen den drei Koordinaten des Raumes entsprechen.
Zeichnung Nr. (2)
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Daraus ergibt sich ein Einzelgelenk für die X-Achse mit einem Bewegungswinkel von > 300°, ein Einzelgelenk für die Y-Achse mit einem Bewegungswinkel von 360° und ein Einzelgelenk für die Z-Achse mit einem Bewegungswinkel von > 180°.
Zeichnung Nr. (1)
Zeichnung Nr. (2)
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Jedes Einzelgelenk ist aus zwei Teilen zusammengesetzt:
Einzelgelenk Nr. 1 besteht aus Teil 1 und Teil 2, Einzelgelenk Nr. 2 aus Teil 2 und Teil 3 und Einzelgelenk Nr. 3 aus Teil 3 und Teil 4.
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Damit besteht das ganze Gelenk aus vier Einzelteilen, außer Kaufteilen, die angefertigt werden müssen.
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Für jede Bewegungsrichtung wird ein Einzelgelenk angefertigt, das jeweils in seinen Eigenschaften für die Einsatzbedingungen optimal konstruiert werden kann.
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Mit dieser Kombination wird das 3D-Gelenk für die an den Enden befestigten Teile, das ziehende und das gezogene Teil, in hohem Maße frei beweglich und leichtgängig. Bei jeder Änderung der Bewegungsrichtung oder einem Wechsel der Zug- und Druckkräfte, behält das Gelenk seine Leichtgängigkeit bei.
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Befestigung des ziehenden Teiles: Das ziehende Teil, wird am Gepäckträger unter dem Rücklicht angebracht. Damit bleibt die Funktion des Gepäckträgers und des Rücklichts erhalten.
Zeichnung Nr. (1).
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Der 1. Schutzanspruch ist: „Das 3D-Gelenk ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus dem Zusammenwirken von drei Einzelgelenken besteht.”
Zeichnung Nr. (3), Blatt 1 und 2.
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6. Herstellung der Einzelteile.
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Die vier Teile, aus denen das Gelenk besteht, können nach dieser Werkstattzeichnung hergestellt werden. Die Herstellung kann in jeder Werkstatt ausgeführt werden, in der Fachpersonal beschäftigt ist, das mit einer allgemeinen Toleranz für die Maße von +/–0,1 mm vertraut ist.
Material.
Blechteile: Baustahl, EN 10025, Werkstoffnummer S 235 JRG 2, R
Edelstahl, EN 10088-3, Werkstoffnummer 1.4301
Bolzen mit Kopf DIN EN 22341
Splint: Federstecker DIN 11024
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7. Einzelgelenke mit Anschlägen.
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In Absatz Nr. 5, Problemlösung, und der Zeichnung Nr. (1) wurde die Aufteilung des 3D-Gelenkes in drei Einzelgelenke beschrieben und für jedes Einzelgelenk die Größe des Bewegungswinkels angegeben. Diese Angaben gelten für die Ausführung des 3D-Gelenkes ohne Anschläge für die Bewegungswinkel. Es gibt es jedoch Einsatzgebiete, bei denen die vollen Ausschläge der Gelenke mit Nachteilen verbunden sein können.
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So muss man z. B. die Schräglage eines Anhängers mit Kind begrenzen, um ein Kippen zu vermeiden. Oder um Rangieren mit Rückwärtsfahrten zu erleichtern.
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Für Anforderungen, bei denen die Begrenzung von Winkeln ein Vorteil ist, kann jedes Einzelgelenk mit einem oder zwei Anschlägen hergestellt werden. Beispiele für die Konstruktionen sind in Zeichnung Nr. (4) Blatt 1, 2 und 3 dargestellt. Hiermit kann jede Bewegungsrichtung einzeln begrenzt werden.
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Mit dieser Ausführung wird erreicht, dass jedes Gelenk mit der Formgebung so konstruiert werden kann, mit der es für seinen Einsatzzweck am besten geeignet ist.
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Damit ist der zweite Schutzanspruch: „Das 3D-Gelenk ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelgelenk mit einem oder zwei Anschlägen hergestellt werden kann.”
Zeichnung Nr. (5) Blatt 1 und Blatt 2.
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8. 3D-Gelenk als Kupplung.
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Das ziehende Fahrzeug kann von dem Anhänger getrennt werden, indem entweder bei Teil 1 oder bei Teil 2 der Bolzen herausgezogen wird.
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In Blatt 1 und Blatt 2 ist jeweils in drei Schritten der Vorgang des Trennens gezeichnet.
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Die Trennung bei Teil 1 ist in Zeichnung Nr. (5) Blatt 1, die Trennung bei Teil 2 ist in Zeichnung Nr. (5) Blatt 2 dargestellt.
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Die Verwendung als Kupplung wird als 3. Schutzanspruch angemeldet.
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„Die Verwendung des 3D-Gelenkes als Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass Einzelgelenke leicht getrennt werden können.”
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN 10025, Werkstoffnummer S 235 JRG 2, R [0019]
- EN 10088-3, Werkstoffnummer 1.4301 [0019]
- DIN EN 22341 [0019]
- DIN 11024 [0019]
