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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung, insbesondere ein Türscharnier,
mit einer Vorrichtung zum Festsetzen eines ersten Bewegungselements,
das an einem zweiten Bewegungselement beweglich angelenkt ist,
- – mit
einer Festsetzeinheit,
– die
mindestens ein erstes und ein zweites Bremselement besitzt, wobei
das erste Bremselement (z.B. Außenlamellen)
mit dem ersten Bewegungselement und das zweite Bremselement (z.B.
Innenlamellen) mit dem zweiten Bewegungselement verbunden ist,
– wobei
die Bremselemente durch Einwirkung einer Kraft, die durch ein Kraftanwendungselement erzeugt
wird, so miteinander in Eingriff bringbar sind, daß sie aneinander
festgesetzt sind und über
die Verbindung der Bremselemente mit den Bewegungselementen hierbei
auch die Bewegungselemente aneinander festgesetzt sind,
– und die
eine mechanische Schalteinheit aufweist.
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Zur
Zeit sind Vorrichtungen zum Festsetzen bekannt, umfassend:
- – eine
Rasteinheit,
- – die
verdrehfest mit einem ersten Bewegungselement verbunden ist und
- – mit
einem an einem zweiten Bewegungselement angebrachten Rastnocken
im Eingriff steht.
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Diese
Art der Festsetzung beschreibt ein in der Praxis gebräuchliches
mechanisches Türhaltesystem
für Kraftfahrzeuge.
Diese Türhaltesysteme weisen
festgelegte Rastpunkte auf, die durch die verwendete Rasteinheit
vorgegeben werden. Diese Rastpunkte legen die Öffnungswinkel der Tür fest,
in denen die Position der Tür,
relativ gegenüber
dem Rahmen, gegen Zu- oder Aufschlagen gesichert ist. Ein Festsetzen
der Tür
mit beliebigen Öffnungswinkel ist
mit den bekannten mechanischen Türhaltesystemen
nicht zu erreichen. Im Alltag hat dies zur Folge, daß, falls
sich in der vorbestimmten Rastposition der Tür ein Hindernis befindet, z.B.
ein anderes Fahrzeug, eine Mauer oder ähnliches, die Tür in der nächst kleineren
Rastposition festgesetzt werden muß, wodurch das Ein- oder Aussteigen
jedoch wesentlich erschwert wird. Alternativ besteht nur die Möglichkeit,
die Tür
aufzuhalten. Dies führt
jedoch meistens dazu, daß es
zu Kollisionen mit dem Hindernis kommt, die zu unerwünschten
Schäden
führen.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Türhaltesysteme besteht darin,
daß die
Türen durch
ihr eigenes Rastsystem in Richtung der nächstliegenden Rastierung beschleunigt
werden. Dies führte
dazu, daß die
Tür nach
einem Loslassen außerhalb
der Rastpunkte in Richtung auf ein mögliches Hindernis beschleunigt
wird und es zu einer Kollision der Tür mit dem Hindernis kommt.
Diese Kollisionen verursachen, je nach Höhe der Aufprallgeschwindigkeit, Schäden, insbesondere
Lackschäden,
die mit hohem finanziellen Aufwand behoben werden müssen.
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Bekannte
Feststeller, die es ermöglichen,
die Tür
in jeder gewünschten
Position zu arretieren, erfordern eine elektrische oder hydraulische
Hilfseinrichtung zur Betätigung
von Bremselementen, die zur Fixierung der Tür dienen. Diese Systeme sind
sehr störanfällig, besitzen
ein hohes Eigengewicht und verursachen hohe Fertigungskosten.
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Von
der DE 41 03 198 ist eine Vorrichtung bekannt, die dem Typ von Gelenkverbindung
entspricht, dessen wichtigste Merkmale zu Beginn oben beschrieben
sind. Diese Schrift offenbart eine Kraftfahrzeugtür, die mit
einer Bremse versehen ist, die die Tür in der geöffneten Position hält. Die
Bremse besteht aus einem Arm, der an dem Scharnierbolzen befestigt
ist. Der Arm ist mit zwei radial einstellbaren Anschlägen versehen,
die Vertiefungen zur Aufnahme der abgerundeten Köpfe der Bremsschuhe besitzen.
Jeder Bremsschuh kann um eine Achse, die parallel zu der Gelenkachse
verläuft,
schwingen und der Bremsschuh ist in ständigem Kontakt mit der Innenfläche einer
Buchse. So ist es bei ausreichendem Druck zwischen dem Bremsschuh
und der Innenfläche
der Buchse zur Sicherung der gewünschten
Türöffnungsposition
nicht möglich,
die Tür
in Bezug auf einen Rahmen frei zu bewegen, da der Druck nicht reduziert
werden kann. Umgekehrt würde
eine Druckredu zierung, die es ermöglichen würde die Tür in Bezug auf den Rahmen zu
schwenken, den unerwünschten
Effekt haben, daß die Öffnungspositionen nicht
genügend
gesichert sind. Außerdem
würde ein ausreichend
hoher Druck auf den Bremsschuh, d.h. ausreichend hoch zum Halten
der Tür,
zwingend einen Schaden auf der Innenfläche der Buchse bewirken.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der
o.g. Nachteile eine Vorrichtung zum Festsetzen der eingangs genannten
Art zu schaffen, die auf mechanische Weise eine Arretierung der
Bewegungselemente in beliebiger relativer Position zueinander ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
mechanische Schalteinheit Verwendung findet
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- – die
einen Kopplungszustand und mindestens einen Trennzustand annehmen
kann,
- – wobei
die Schalteinheit beim Bewegen der Bewegungselemente relativ zueinander
von dem Kopplungszustand in den Trennzustand umschaltet,
- – wobei
die Schalteinheit in dem Kopplungszustand die Einwirkung einer Kraft
auf die Bremselemente freigibt, so daß diese miteinander in Eingriff
kommen,
- – und
die Schalteinheit
– ein
erstes und ein zweites Betätigungselement umfaßt, wobei
das erste Betätigungselement
(z.B. obere Hubscheibe) mit dem ersten Bewegungselement verbunden
ist und das zweite Betätigungselement
(z.B. untere Hubscheibe) mit dem zweiten Bewegungselement verbunden
ist, und zwar derart, daß die
Bewegung der Bewegungselemente eine Rotationsbewegung der Betätigungselemente
bewirkt, die so aufeinander angeordnet sind, daß sie bei einem gegenseitigen
Positionswechsel eine Schwenkbewegung, die parallel zu der Rotationsachse
stattfindet, ausführen,
und die Betätigungselemente
ihren Abstand zueinander ändern,
wodurch die Schalteinheit vom Kopplungszustand zum Trennzustand
umschaltet, in dem die Einwirkung der Kraft auf die Bremselemente
blockiert wird, so daß besagte
Bremselemente voneinander gelöst
werden und
– mindestens
ein Kopplungselement, wie z.B. ein Roll- oder Schwenkkörper (z.B.
Kugeln), das die Relativbewegung der Bewegungselemente in eine Schwenkbewegung
der Betätigungselemente
umwandelt, wobei das Kopplungselement automatisch in seine Startposition
zurückkehrt
und damit die Einwirkung der Kraft auf die Bremselemente auslöst, so daß besagte
Bremselemente wieder in Eingriff zueinander geraten.
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Bewegungselemente
können
alle relativ zueinander beweglichen Teile sein, die miteinander
verbunden sind. Bewegungselemente können insbesondere Türen von
Kraftfahrzeugen sein, die an einem Rahmen mit der Karosserie des
Fahrzeugs verbunden sind.
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Eine
Arretierung der Bewegungselemente zueinander, z.B. das Festsetzen
einer Kraftfahrzeugtür
gegenüber
der Karosserie, erfolgt mit Hilfe der Bremselemente. Diese Bremselemente
sind derart mit den dazugehörigen
Bewegungselementen verbunden, daß das Festsetzen der Bremselemente zum
Festsetzen des dazugehörigen
Bewegungselements führt.
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Die
Bremselemente sind zur Arretierung der Bewegungselemente in deren
relativer Position in gegenseitigen Eingriff bringbar. Die Art der
Verbindung zwischen den jeweiligen Bremselementen kann entsprechend
dem jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden. So sind unter anderem
kraft- oder formschlüssige
Verbindungen verwendbar.
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Um
die Verbindung der in Eingriff stehenden Bremselemente zu sichern,
werden diese mit einer Kraft beaufschlagt. Die Größe der Kraft
bestimmt unter anderem die Gegenkraft, die notwendig ist, um die Verbindung
zwischen den Bremselementen zu lösen.
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Den
Kernpunkt der Erfindung stellt die mechanische Schalteinheit dar,
die durch eine Bewegung der Bewegungselemente relativ zueinander
betätigt
wird. Das Bewegen der Bewegungselemente bewirkt, daß die mechanische
Schalteinheit von dem Kopplungszustand, in dein eine Kraft auf die
Bremselemente wirkt, so daß diese
miteinander in Eingriff kommen, in den Trennzustand umschaltet,
wodurch die Einwirkung der Kraft auf die Bremselemente unterbrochen
wird und diese sich voneinander lösen. Bezogen auf das Beispiel
einer Kraftfahrzeugtür
bedeutet dies, daß die
mechanische Schalteinheit durch eine Türbewegung aus dem Kopplungszustand
in den Trennzustand schaltet, indem die Tür gegenüber dem Rahmen frei schwenkbar
ist, bis die Schwenkbewegung der Tür beendet wird und die Schalteinheit
wieder in den Kopplungszustand gelangt, in dem sie die Kraft zum
Festsetzen der Bremselemente freigibt.
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Aufgrund
dieser Anordnung ist das selbsttätige
Festsetzen und Trennen der Bewegungselemente – also z.B. der Tür gegenüber dem
Rahmen – in
jeder beliebigen Relativposition möglich. Man muß dabei
die Bremselemente nicht in Eingriff bringen oder die sich im Eingriff
befindlichen Bremselemente durch einen gesonderten, externen Schaltvorgang
lösen,
wenn man beabsichtigt, die Bewegungselemente festzusetzen oder relativ
zueinander zu bewegen.
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Ein
Kopplungselement ist ein Körper,
der zwischen die Betätigungselemente
planiert werden kann und mit diesen in Punkt-, Linear- oder Planarkontakt
steht. Eine Relativbewegung der Bewegungselemente bewirkt, daß die Kopplungselemente ihre
relative Position gegenüber
den Betätigungselementen ändern, wobei
sich der Abstand zwischen den Betätigungselementen verändert. Es
können u.a.
Schwenkkörper
verwendet werden, deren senkrechte Ausdehnung sich durch Neigung
verändert. Zur
Vergrößerung des
Abstandes zwischen den Betätigungselementen
, muß sich
die vertikale Ausdehnung der Kopplungselemente vergrößern, wenn
sie geschwenkt werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung können
die Bewegungselemente verschieblich und/oder schwenkbar aneinander
angelenkt sein. Die Art der Anlenkung ist entsprechend dem jeweiligen
Anwendungsfall frei wählbar.
Es ist somit möglich,
die Ausführungsform
so zu gestalten, daß eine
optimale Anpassung an die gegebenen Voraussetzungen gewährleistet
ist. Im Vordergrund stehen dabei konstruktive Randbedingungen, die
die Art der Ausführungsform
vorgeben.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Festsetzeinheit und
die mechanische Schalteinheit gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet
sein. Die darin angeordneten Elemente werden so gegen äußere Einflüsse geschützt. Eine derartige
Anordnung der Festsetz- und mechanischen Schalteinheit gestattet
eine kompakte, lackdurchlaufsichere Baureise und vermeidet gleichzeitig notwendige
Wartungsarbeiten, da auch die Einwirkung von Umwelteinflüssen, wie
Schmutz, Staub, Feuchtigkeit etc. auf die in der Vorrichtung vorhandenen
Elemente unterbunden wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann das Gehäuse ein Bestandteil eines Bewegungselements
sein oder an diesem angeordnet sein. Die Verwendung eines Teils
eines Bewegungselements als Gehäuse
verringert den notwendigen Platzbedarf. Zudem wird durch diese Ausgestaltung
eine Gewichtsersparnis des Gesamtsystems erreicht. Sollte es aus
konstruktiven Gründen
nicht möglich
sein, einen Bestandteil eines Bewegungselements als Gehäuse zu nutzen,
so besteht alternativ die Möglichkeit,
ein separates Gehäuse
platzsparend an einem Bewegungselement zu befestigen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann die Kraft durch ein Kraftelement erzeugt werden.
Die Einwirkung einer Kraft auf die Bremselemente ist notwendig,
damit die geforderte Arretierung der beiden Bewegungselemente gesichert
ist. Neben dem Einsatz eines Kraftelements, das die hierzu notwendige
Kraft aufbringt, ist es beispielsweise auch möglich, die vorhandene Gewichtskraft
eines Bewegungselements zu nutzen. Verwendet man ein separates Kraftelement,
so ist es möglich,
die notwendige Kraft genau zu dosieren, um eine optimale Funktion
des Festsetzers zu erreichen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kraftelement eine Feder
sein. Hierbei können insbesondere
Schrauben- oder Tellerfedern platzsparend eingesetzt werden. Die
Dimensionierung der Feder erlaubt eine Anpassung an die geforderten
Bedingungen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Schalteinheit
ein erstes und zweites Betätigungselement
aufweisen, wobei das erste Betätigungselement
mit dem ersten Bewegungselement und das zweite Betätigungselement
mit dem zweiten Bewegungselement so verbunden ist, daß die Betätigungselemente
beim Bewegen der Bewegungselemente gegeneinander ihre relative Lage
zueinander verändern.
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Eine
entsprechende Verbindung der Betätigungselemente
mit den jeweiligen Bewegungs elementen ermöglicht es so, eine Lageveränderung
der Betätigungselemente
durch eine gebrauchsübliche Bedienung
der Bewegungselemente – z.B.
einer Tür gegenüber einem
Rahmen – zu
erreichen. Die Betätigungselemente
bilden einen Teil der Schalteinheit und sind mit den Bewegungselementen
direkt verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Betätigungselemente
durch eine obere und untere Hubscheibe gebildet. Eine gegenseitige
Lageveränderung
der Bewegungselemente bewirkt somit eine Lageveränderung der Betätigungselemente.
Die Bewegungselemente können
dabei direkt oder über ein
zwischengeschaltetes Getriebe mit den Betätigungselementen verbunden
sein. Die Verwendung eines Getriebes kann zur Erleichterung des
Bedienkomforts beitragen, wenn bspw. hohe Kräfte im System auftreten.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung können die Betätigungselemente
in der Schalteinheit ihren Abstand zueinander verändern und
hierdurch eine Schaltbewegung zwischen dem Kopplungszustand und
dem Trennzustand herbeiführen.
Diese Abstandsveränderung
ermöglicht
die Freigabe der Arretierung der beiden Bewegungselemente zueinander,
weil dadurch der Kraftfluß auf
die Bremselemente unterbrochen wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann das erste Betätigungselement ortsfest
an dem ersten Bewegungselement angeordnet sein. Eine Reduzierung
der Anzahl beweglicher Teile verringert die Gefahr von Störungen,
die während
des Betriebes auftreten können.
Des weiteren gewährleistet
eine direkte Verbindung zwischen Betätigungs- und Bewegungselement
eine problemlose Kraftübertragung
zwischen den beiden Elementen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann sich der Abstand
der Betätigungselemente
vergrößern, wenn
sie sich aus einer ersten Position gegeneinander bewegen, so daß das zweite
Betätigungselement
z. B. angehoben wird, wenn beide Betätigungselemente übereinander
angeordnet sind. Die Anordnung der Betätigungselemente in Richtung der
Schaltbewegungen verringert die notwendige Baugröße des Gesamtsystems.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Richtung der
durch die Bewegung der Bewegungselemente ausgelösten Bewegung der Betätigungselemente
senkrecht zur Richtung der Schaltbewegung sein. Entsprechend den
gewünschten
Anwendungsfällen ist
es jedoch möglich,
die Orientierung der Schaltbewegung zu ändern. Somit ist eine dem jeweiligen
Anwendungsfall entsprechend optimale Ausgestaltung der Erfindung
möglich,
die sich an den gegebenen Bedingungen, insbesondere Platzbedingungen
orientiert.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann durch die Bewegung der Bewegungselemente
eine Drehbewegung der Betätigungselemente
gegeneinander bewirkt werden, wobei die Schaltbewegung in einer
zur Drehachse parallelen Richtung erfolgt. Im Falle der Verwendung
schwenkbar aneinander angelenkter Bewegungselemente entspricht somit
die Bewegung der Betätigungselemente
denen der Bewegungselemente. Auf ggf. notwendige Umwandlungen der
Bewegungsrichtung durch aufwendige Getriebekonstruktionen kann somit
verzichtet werden, wodurch u.a. Gewicht, Kosten und Raum gespart
wird.
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Die
in den Ansprüchen
9 und auch 16 bis 18 beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen
der Erfindung betreffen u.a. die Art und Anordnung von Kopplungselementen
und Vertiefungen an den Betätigungselementen.
Die Vertiefungen dienen in diesem Fall in erster Linie einer Neigungsbegrenzung der
Kopplungselemente und der Positionierung der Kopplungselemente.
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Alternativ
zur Verwendung separater Schaltelemente können die als Ringe ausgebildeten
Betätigungselemente
in ihrer Kontaktfläche
korrespondierend ausgebildet sein. Hierbei ist es insbesondere möglich, das
erste Betätigungselement
einteilig mit einem Vorsprung als Profil zu versehen, wobei der Vorsprung
mit einer Vertiefung in dem zweiten Betätigungselement zusammenwirkt.
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Es
können,
durch eine entsprechende Form der Vertiefungen, auch Wälzkörper als
Kopplungselemente verwendet werden, die einen konstanten Durchmesser
aufweisen. So ist beispielsweise die Verwendung von Kugeln möglich, wenn
bogenförmige
Vertiefungen gewählt
werden. Bei einer Relativbewegung der Betätigungselemente steigen die
Kugeln in den Vertiefungen an und erhöhen somit den Abstand der Betätigungselemente.
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Die
Anzahl der Kopplungselemente und der dazugehörigen Vertiefungen richtet
sich nach den beim Schalten auftretenden Kräften. Über die Wahl der Kopplungselemente
sowie über
deren Anordnung an den Betätigungselementen
wird die zum Schalten notwendige Kraft bestimmt. Es ist somit möglich, u.a. über die
Kopplungselemente, eine entsprechend den Vorgaben gewünschte Einstellung der
Schalteinheit vorzunehmen.
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Die
in den Ansprüchen
10 bis 15 beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung
betreffen u.a. die Verbindung zwischen dem zweiten Betätigungselement
und dein zweiten Bewegungselement. Die Ausgestaltungen sehen vor,
daß das zweite
Betätigungselement
reibschlüssig
mit dem zweiten Bewegungselement verbunden ist. Als Verbindungselement
zwischen Bewegungs- und Betätigungselement
kann eine Druckscheibe dienen, die verdrehsicher und axial verschieblich
im mit dem zweiten Bewegungselement verbundenen Gehäuse angeordnet
ist. In dieser Ausführungsform
der Erfindung werden Schwenkbewegungen des zuleiten Bewegungselements
direkt auf die Druckscheibe übertragen.
Die Druckscheibe ist auf der vom Betätigungselement abgewandten
Seite durch die Kraft, die bspw. durch eine Tellerfeder aufgebracht
wird, mit Druck beaufschlagt, wodurch eine reibschlüssige Verbindung
mit bestimmter Anpreßkraft
zwischen dem zweiten Betätigungselement
und dem zweiten Bewegungselement gebildet wird. Die mit der Druckscheibe
in Kontakt stehende Seite des zweiten Betätigungselements kann eine Gleitschicht
aufweisen.
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Mit
zunehmender Abstandsveränderung
zwischen den Betätigungselementen
steigt die notwendige Kraft, die für eine weitere Abstandsveränderung notwendig
ist. Entsprechend der gewählten
Werkstoffpaarung mit der angegebenen Gleitschicht geht dabei die
Haftreibung in den Zustand der Gleitreibung über. Der Übergang findet nach ausgeführter Schaltbewegung
statt. Im Zustand der Gleitreibung reduziert sich die zur relativen
Positionsänderung
der Bewegungselemente notwendige Kraft. Über die Gleitschicht ist es,
in Verbindung mit der Lage und der Art der Kopplungselemente möglich, alle
zur Betätigung
notwendigen Kräfte
zu bestimmen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann das erste Bremselement verdrehsicher
mit dem ersten Bewegungselement und das zweite Bremselement verdrehsicher
mit dem zweiten Bewegungselement verbunden sein. Diese Ausführungsform
der Erfindung bezieht sich insbesondere auf drehgelenkig verbundene
Bewegungselemente. Um eine Relativbewegung der Bewegungselemente über die Bremselemente
zu vermeiden, muß gewährleistet sein,
daß die
Bremselemente sich nicht gegenüber den
Bewegungselementen bewegen. Das Festsetzen der Bremselemente muß zur Folge
haben, daß das
dazugehörige
Bewegungselement festgesetzt ist. Eine Fixierung der Bremselemente
senkrecht zur Drehrichtung darf nicht erfolgen, da die Bremselemente
zum Festsetzen bzw, zum Lösen
sowie beim Ausführen
einer relativen Bewegung der Bewegungselemente relativ zueinander
bewegt werden müssen.
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Die
in den Ansprüchen
20 bis 23 beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung
betreffen u.a. die Funktionsweise eines Druckrings und dessen Zusammenwirken
mit als Bremselementen oder Teilen von diesen verwendeten Bremslamellen. Der
Druckring ist derart angeordnet, daß er im Kopplungszustand die
Kraft von der Druckscheibe auf die Bremselemente überträgt, so daß die Bewegungselemente
aneinander festgesetzt sind. Unter dem Druckring wird ein Bauteil
verstanden, das je nach Zustand der Schalteinheit die Kraft von
der Druckscheibe auf die Bremselemente überträgt oder von der Einwirkung
der Kraft trennt. Im Falle der Kraftübertragung über die Druckscheibe werden
die Bremselemente, vorzugsweise Bremslamellen, aneinander gedrückt, so
daß es
zu einer kraftschlüssigen Verbindung
zwischen den Bremselementen kommt.
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Im
Trennzustand wird das zweite Betätigungselement
nach oben verschoben, so daß die kraftschlüssige Verbindung
zwischen der Druckscheibe und dem Druckring unterbrochen wird und dadurch
auch die Krafteinwirkung auf die Lamellen unterbunden wird.
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Die
Verwendung eines Druckrings in Verbindung mit der Druckscheibe sowie
die Verwendung der Bremslamellen ermöglicht es, auf minimalem Raum
aus dem Kopplungszustand in den Trennzustand zu schalten.
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Je
nach Anwendungsfall besteht bei der Verwendung von Bremslamellen
die Möglichkeit,
eine oder mehrere Bremslamellen zu verwenden. Es ist zusätzlich über die
Wahl einer geeigneten Werkstoffpaarung möglich, die Zahl der Bremslamellen
unter Beibehaltung der gewünschten
Arretierungskraft zu reduzieren. Neben Bremslamellen oder auch Konusringen
oder Konusen, die eine kraftschlüssige
Verbindung bilden, sind auch andere bspw. feinverzahnte Bremselemente
verwendbar, die eine formschlüssige
Verbindung bilden.
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Die
in den Ansprüchen
24 bis 26 beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfin dung
betreffen u.a. die Umsetzung des beschriebenen Festsetzers auf ein
Rahmen-Tür-System. Bei der Wahl des
ersten Bewegungselements als Rahmen und des zweiten Bewegungselements
als eine daran schwenkbar angelenkte Tür, kann der Rahmen über einen
Scharnierbolzen verschwenkbar mit der Tür verbunden sein, wobei der
Scharnierbolzen in dem Gehäuse
verläuft.
In einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Bremselemente
jeweils verdrehfest mit dem Scharnierbolzen oder dem Gehäuse, das
fest mit der Tür
verbunden ist, verbunden. Eine in dem Gehäuse angeordnete Feder übt z.B. Druck
auf die Druckscheibe aus, die ebenfalls verdrehfest in dem Gehäuse verankert
ist. Diese Druckscheibe überträgt bei einer
Schwenkbewegung zusätzlich
zur axialen Kraftkomponente eine Drehkraft auf das dazugehörige Betätigungselement,
das über das
Kopplungselement mit dem Betätigungselement des
Scharnierbolzens im Eingriff steht.
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Ein
radial um die Schalteinheit angeordneter Druckring kann im Stillstand
des Systems die axiale Kraft auf die Bremslamellen übertragen,
wodurch besagte Bremslamellen in gegenseitigen Eingriff gebracht
werden.
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Übertragen
auf eine bevorzugte Anwendung und Ausführung der Erfindung ergibt
sich folgender Ablauf: Am Beginn einer Drehbewegung der Tür erhöht sich
der Abstand zischen den Betätigungselementen,
wodurch die federbelastete Druckscheibe axial verschoben wird und
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Druckscheibe und Druckring unterbrochen wird.
Da die Gegenkraft, die die Schalteinheit der Betätigungskraft entgegenhält, bei
zunehmender Relativbewegung der Betätigungselemente ansteigt, beginnt
an einer definierten Position die Druckscheibe infolge der Gleitschicht
zu rutschen, wodurch ein freies Verschwenken der Tür möglich wird.
Nach dem Loslassen der Tür
verringert sich der Abstand der Betätigungselemente wieder, wodurch die
Bremselemente erneut in Eingriff kommen und die Tür festgesetzt
ist. Die Abstandsverringerung der Betätigungselemente ist mit einem
kurzen Zurückschwenken
der Tür
entgegen der vorausgegangenen Bewegungsrichtung verbunden. Hierdurch
ist es möglich,
die Tür
annähernd
vollständig
bis zu einem gegebenenfalls vorhandenen Hindernis zu öffnen. Nach
dem Loslassen der Tür
bildet sich automatisch durch die Rückstellkraft der Tür oder manuell
durch kurzes Zurückschwenken
der Tür
ein Sicherheitsabstand zwischen der Tür und dem Hindernis.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann eine mit den Bremselemen ten gebildete Bremseinrichtung
direkt an einem Scharnier angebracht sein, mit dem die Bewegungselemente verschwenkbar
aneinander angelenkt sind. Durch diese Ausführungsform der Erfindung können unter anderem
Produktionskosten reduziert werden, da der Festsetzer nicht zusätzlich zu
den bestehenden Scharnieren eingebaut wird, sondern in eines der
bestehenden Scharniere integriert wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann das Gehäuse derart ausgestaltet sein,
daß im Schließzustand
der Tür
die Schalteinheit im entkoppelten Zustand fixiert ist. Die Schalteinheit
schaltet, wie zuvor beschrieben, im Falle einer Tür in beide Bewegungsrichtungen,
d. h. sowohl in Schließ-
als auch in Öffnungsrichtung.
Das würde
bedeuten, daß die
Schalteinheit bei geschlossener Tür im entkoppelten Zustand fixiert
ist. Dies hätte
jedoch zur Folge, daß man
beim Öffnen
der Tür
aus dem entkoppelten Zustand über
den Kopplungszustand wieder in den entkoppelten Zustand schalten
muß. Die
dargestellte Weiterbildung der Erfindung verhindert, daß beim Öffnen der
Tür zwischenzeitlich
in den Kopplungszustand geschaltet wird. Über den Winkelbereich, über den
Bolzen mit dem zweiten Betätigungselement
im Eingriff stehen, kann der Winkelbereich bestimmt werden, in dem
die Schalteinheit blockiert ist und somit nicht in den Kopplungszustand
schaltet.
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Nachstehend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung
einer Vorrichtung zum drehgelenkigen Verbinden von zwei Bewegungselementen,
bestehend aus einer Tür
und einem Türrahmen,
mit einem Festsetzer und mit einer Schalteinheit;
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2 eine Schnittdarstellung
einer mechanischen Schalteinheit im Kopplungszustand;
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3 und 4 Schnittdarstellungen der mechanischen
Schalteinheit im Trennzustand;
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5–7 eine
Schnittdarstellung von Hubbolzen im Zusammenwirken mit einer oberen
Hubscheibe in drei verschiedenen Positionen;
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8 eine Schnittdarstellung
einer Einzelheit von 1 entlang
der Schnittlinie A-A;
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9 eine Schnittdarstellung
einer Einzelheit von 1 entlang
der Schnittlinie B-B;
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10 eine Schnittdarstellung
einer Einzelheit von 1 entlang
der Schnittlinie C-C;
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11 eine Schnittdarstellung
einer Einzelheit von 1 entlang
der Schnittlinie D-D;
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum drehgelenkigen Verbinden und Festsetzen eines
ersten Bewegungselementes, nämlich
eines Türteils 18,
das an einem zweiten Bewegungselement, nämlich einem Säulenteil 19 eines Türrahmens,
drehbeweglich angelenkt ist.
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Ein
Gehäuse 30 setzt
sich aus einem Grundkörper 12,
einem Deckel 5 und dem Türteil 18 zusammen.
Der zylindrisch geformte Grundkörper 12 wird auf
der einem Säulenteil 19 zugewandten
Seite durch das Türteil 18,
mit dem der Grundkörper 12 verschweißt ist,
verschlossen. Das Türteil 18 weist
in axialer Erstreckung der Mittelachse des Grundkörpers 12 eine
Bohrung 26 auf, in die eine Lagerbuchse 17 eingesetzt
ist. Die Lagerbuchse 17 dient zur radialen Führung eines
Scharnierbolzens 1, der innerhalb des Gehäuses 30 verläuft.
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Auf
der dem Säulenteil 19 abgewandten
Seite verschließt
ein mit dem Grundkörper 12 verschweißter Deckel 5 den
Grundkörper 12.
Der Deckel 5 weist ebenfalls in axialer Erstreckung der
Mittellinie des Gehäuses 30 eine
Bohrung 27 auf, in die eine Bundbuchse 4 eingesetzt
ist, die zur Aufnahme von radialen und axialen Kräften dient.
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Das
Säulenteil 19 weist
zur Aufnahme des Scharnierbolzens 1 eine Durchgangsbohrung 25 auf. Auf
der dem Türteil 18 zugewandten
Seite weist die Durchgangsbohrung 25 eine trapezförmig nach
innen verlaufende Nut auf, die zur verdrehsicheren Anordnung des
Scharnierbolzens 1 dient. Der Scharnierbolzen 1 weist
dazu im unteren Bereich eine der trapezförmigen Nut entsprechende Form
auf. Das dem trapezförmigen
Bereich gegenüberliegende Ende
des Scharnierbolzens 1 weist ein Außengewinde auf.
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Der
Scharnierbolzen 1 wird mit dem trapezförmig zulaufenden Bereich in
die dem Türteil 18 zugewandte
Seite der Durchgangsbohrung 25 gesteckt. Eine Sechskantschraube 20 wird
auf die dem Türteil 18 gegenüberliegende
Seite in die Durchgangsbohrung 25 des Säulenteils 19 eingesetzt
und mit dem Scharnierbolzen 1 verschraubt, wodurch dieser
verdrehfest am Säulenteil 19 befestigt
ist.
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Der
Scharnierbolzen 1 verläuft
durch das Gehäuse 30 und
ragt aus dem Deckel 5 aus dem Gehäuse 30 hervor. Um
den Scharnierbolzen 1 gegenüber dem Gehäuse 30 in seiner Position
zu sichern, wird auf das aus dem Deckel 5 ragende Ende
des Scharnierbolzens 1 eine Sechskantmutter 2 geschraubt.
Ein zwischen der Sechskantmutter 2 und dem Deckel 5 befindlicher
Ring 3 dient zur Sicherung als axiale Gleitfläche zur
Bundbuchse 4 sowie zur Abstandsjustierung.
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Mehrere
Tellerfedern 6 sind innerhalb des Gehäuses radial um den Scharnierbolzen 1 angeordnet
und bilden eine Federsäule 32.
Die Federsäule 32 stützt sich
auf der dem Säulenteil 19 abgewandten Seite
an der Unterseite des Deckels 5 ab und beaufschlagt mit
der Gegenseite eine Druckscheibe 7 mit einer Federkraft.
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Die
Druckscheibe 7 ist eine kreisförmige Scheibe mit einer mittig
angeordneten Bohrung, durch die der Scharnierbolzen 1 verläuft. Der
Umfang der Druckscheibe 7 weist vorzugsweise drei Vorsprünge 28 auf,
mittels derer die Druckscheibe 7 im Gehäuse axial geführt wird.
Zu diesem Zweck weist die Innenseite des Grundkörpers 12 sich axial
erstreckende Nuten 29 auf, die zur Aufnahme der Vorsprünge 28 der
Druckscheibe 7 dienen (vgl. 1 und 8).
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Derart
angeordnet ist die Druckscheibe 7 somit in dem Gehäuse 30 axial
verschieblich und verdrehfest angeordnet. Die Druckscheibe 7 überträgt die Federkraft
der Tellerfedern 6 auf eine obere Hubscheibe 9.
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Die
obere Hubscheibe 9 wird ebenfalls durch eine kreisförmige Scheibe
gebildet, die mit einer mittig angeordneten Bohrung versehen ist,
durch die der Scharnierbolzen 1 verläuft. Im Gegensatz zur Druckscheibe 7 weist
die obere Hubscheibe 9 keine Vorsprünge auf, so daß die obere
Hubscheibe 9 drehbar und axial verschieblich im Gehäuse 30 angeordnet ist.
Auf der der Druckscheibe 7 zugewandten Seite weist die
obere Hubscheibe 9 eine aufge klebte Gleitschicht 8 auf.
Die der Druckscheibe 7 abgewandte Seite der oberen Hubscheibe 9 weist
vorzugsweise drei Vertiefungen 21 auf, die an der oberen
Hubscheibe 9 radial nach außen verlaufen und einen bogenförmigen Querschnitt
besitzen.
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Gegenüber der
die Vertiefungen 21 aufweisenden Seite der oberen Hubscheibe 9 ist
eine untere Hubscheibe 13 angeordnet.
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Die
untere Hubscheibe 13 hat einen geringeren Durchmesser auf
als die obere Hubscheibe 9. Auf der der oberen Hubscheibe 9 zugewandten
Seite weist die untere Hubscheibe 13 Vertiefungen 22 auf, deren
Anordnung der der Vertiefungen 21 der oberen Hubscheibe 9 entspricht.
In der Mitte der unteren Hubscheibe 13 befindet sich eine
sechseckige Öffnung,
mittels derer die untere Hubscheibe 13 am Scharnierbolzen 1 gegen
Verdrehen gesichert ist. Zu diesem Zweck ist die Form des Scharnierbolzens 1 in einem
Bereich über
einem Absatz 23, auf dem die untere Hubscheibe 13 aufliegt,
entsprechend sechseckig ausgebildet (vgl. 9)
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Zwischen
den beiden Hubscheiben 9, 13 sind Kugeln 14 im
Bereich der Vertiefungen 21, 22 angeordnet, die
in axialer Richtung eine druckkraftschlüssige Verbindung zwischen der
oberen Hubscheibe 9 und der unteren Hubscheibe 13 bewirken.
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Im
Bereich unterhalb der oberen Hubscheibe 9 sind in die Wandung
des Grundkörpers 12 Hubbolzen 10 eingelassen,
die in das Innere des Gehäuses 30 unter
die obere Hubscheibe 9 ragen. Die obere Hubscheibe 9 weist
auf dem Randbereich ihrer Unterseite Erhöhungen auf, die mit den Hubbolzen 10 in Eingriff
gebracht werden können.
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Im
Bereich um die untere Hubscheibe 13 ist ein Druckring 11 angeordnet.
Der Druckring 11 liegt mit der dem Säulenteil 19 zugewandten
Seite auf der Oberseite von im Gehäuse 30 angeordneten
Außenlamellen 15 einer
Festsetzeinheit 33 auf. Die Höhe des Druckrings 11 ist
so gewählt,
daß er
ebenfalls mit der Unterseite der oberen Hubscheibe 9 in
druckkraftschlüssiger
Verbindung steht, wenn sich die Kugeln 14 in den tiefsten
Punkten der Vertiefungen 21, 22 der oberen und
unteren Hubscheibe 9, 13 befinden (vgl. 2).
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Im
Bereich unterhalb des Absatzes 23 des Scharnierbolzens 1 weist
dieser vier Längsnuten 24 auf.
Die Längsnuten 24 dienen
zur verdrehsicheren Anordnung von Innenlamellen 16 der
Festsetzeinheit 33, die in der Mitte eine Öffnung aufweisen,
wobei das Profil der Öffnung
dem Querschnitt des Scharnierbolzens 1 im Bereich unterhalb
des Absatzes 23 entspricht (vgl. 11). Die Innenlamellen 16 sind mit
den Außenlamellen 15 wechselnd
geschichtet im Gehäuse 30 angeordnet.
Zur verdrehsicheren Fixierung der Außenlamellen 15 im
Gehäuse 30,
weisen diese, analog zur Druckscheibe 7, Vorsprünge 31 auf,
die in den Nuten 29 geführt
werden, die sich in der Innenseite des Grundkörpers 12 axial erstrecken (vgl. 10). Wenn der Druckring 11 die
Kraft der Tellerfedern 6 überträgt, befinden sich die Außen- und
Innenlamellen 16 in gegenseitigem Eingriff, wodurch das
Türteil 18 am
Säulenteil 19 fixiert
ist.
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Die
Schnittdarstellungen einer mechanischen Schalteinheit 34 in
den 2–4 zeigen die unterschiedlichen
Positionen, die diese mechanische Schalteinheit 34 einnehmen
kann. Die in 2 dargestellte
Position stellt eine Situation dar, in der die Schalteinheit im
Kopplungszustand steht und sich Türteil 18 und Säulenteil 19 in
Ruhe zueinander befinden.
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In
dieser Stellung, in der sich die Kugeln 14 in den tiefsten
Punkten der Vertiefungen 21, 22 befindet, überträgt die Druckscheibe 7 die
Kraft der Tellerfedern 6 auf die obere Hubscheibe 9.
Die obere Hubscheibe 9 befindet sich in dieser Position
in Eingriff mit dem Druckring 11, wodurch die Federkraft
auf die Außenlamellen 15 übertragen
wird. Die Federkraft bewirkt, daß die Außenlamellen 15 mit
den Innenlamellen 16 in Eingriff gebracht werden. Durch
das Zusammendrücken
der Außen- 15 und
Innenlamellen 16 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Türteil 18 und
dem Säulenteil 19 hergestellt. Säulenteil 19 und
Türteil 18 sind
gegen relatives Bewegen gegeneinander durch die zwischen den Außen- 15 und
Innenlamellen 16 bestehende Haftreibung gegen Verdrehen
gesichert.
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3 stellt die Situation der
mechanischen Schalteinheit 34 dar, wenn sich Türteil 18 und
Säulenteil 19 relativ
zueinander bewegen. Diese Situation stellt sich ein, wenn, ausgehend
von der Situation, die in 2 dargestellt
ist, das Türteil 18 gegenüber dem
Säulenteil 19 verschwenkt
wird. Eine Schwenkbewegung bewirkt ein Verdrehen des Gehäuses 30, infolge
derer die Druckscheibe 7 gedreht wird. Diese Drehbewegung überträgt sich
durch die kraftschlüssige
Verbindung auf die obere Hubscheibe 9. Dadurch verschiebt
sich die obere Hubscheibe 9 relativ gegenüber der
unteren Hubscheibe 13. Dieses Verdrehen bewirkt, daß die zwischen
den Hubscheiben 9, 13 angeordneten Kugeln 14 in
ihren Vertiefungen 21, 22 ansteigen. Das Ansteigen
der Kugeln 14 bewirkt eine Abstandserhöhung zwischen den Hubscheiben 9, 13.
Durch diese Abstandserhöhung
wird die kraftschlüssige
Verbindung zwischen der oberen Hubscheibe 9 und dem Druckring 11 unterbrochen. Diese
Unterbrechung bewirkt eine Trennung der sich in Eingriff befindlichen
Innen- 16 und Außenlamellen 15.
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Durch
die zunehmende Steigung der Vertiefungen 21, 22 und
durch die zunehmende Federkraft steigt die Kraft, die notwendig
ist, um die obere Hubscheibe 9 gegenüber der unteren Hubscheibe 13 zu verdrehen. Übersteigt
die Kraft, die notwendig ist um den Abstand der Hubscheiben 9, 13 zu
erhöhen,
die Kraft, die sich aus dem Produkt von Federkraft und dem Haftreibungskoeffizienten
der gewählten
Werkstoffpaarung zwischen Gleitschicht 8 und Unterseite der
Druckscheibe 7 ergibt, dann beginnt die Druckscheibe 7 über die
obere Hubscheibe 9 zu rutschen, wodurch ein einfaches Verschwenken
des Türteils 18 gegenüber dem
Säulenteil 19 möglich wird.
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Die
in 4 dargestellte Position
stellt die zu 3 entgegengesetzte
Bewegungsrichtung dar. Betrachtet man die in 3 dargestellte Position als Schließbewegung
des Türteils 18,
dann stellt die in 4 dargestellte
Position den Zustand während
einer Öffnungsbewegung
dar.
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Nach
Erreichen eines gewünschten Öffnungswinkels
stellt sich beim Nachlassen der Bewegung zwischen der oberen Hubscheibe 9 und
der Druckscheibe wieder der Zustand der Haftreibung ein. Nach dem
Loslassen des Türteils 18 verändert dieses
seinen Öffnungswinkel
minimal entgegen der zuvor ausgeführten Bewegungsrichtung. Hervorgerufen
wird dies durch ein kraftunterstütztes
Zurückrollen
der Kugeln 14 zum tiefsten Punkt der Vertiefungen 21, 22.
In dieser Situation befinden sich die Bremslamellen 15, 16 wieder
in gegenseitigem Eingriff, so daß das Türteil 18 wieder gegen
Verschwenken gesichert ist.
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Ein
Wechseln der Bewegungsrichtung bedeutet den Übergang aus der in 3 dargestellten Position
in die in 4 dargestellte
Position oder umgekehrt. Hierzu muß jedoch jedes Mal die in 2 dargestellte Position
durchschritten werden, in der das Türteil 18 gegen über dem
Säulenteil 19 fixiert wird.
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Dies
ist auch dann der Fall, wenn die geschlossene Tür, die nämlich in der in 3 dargestellten Position
fixiert ist, geöffnet
wird.
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Zur
Vermeidung des weiter oben beschriebenen Effekts greifen die Hubbolzen 10 in
einem Winkelbereich, in dem die Tür geschlossen ist, unter die Erhöhungen der
oberen Hubscheibe 9. Diese Hubbolzen 10 bewirken,
daß beim Öffnen der
Tür ein
direkter Übergang
aus der in 3 dargestellten
Position in die in 4 dargestellte
Position möglich
ist, ohne dabei die in 2 dargestellte
Bremsposition zu durchlaufen. Der Winkelbereich, über den
sich die Erhöhungen
erstrecken, bestimmt den Bereich, in dem die obere Hubscheibe 9 in
ihrer erhöhten
Position arretiert ist. Vergleiche hierzu 5 und 7,
in denen der Vorgang des "unter
die Hubscheibe fahren" schrittweise
dargestellt ist. 6 stellt
die Situation dar, in der die Hubbolzen 10 unbelastet sind
und die Tür
ungebremst in Öffnungsrichtung
gedreht wird. 5 stellt
den Übergang
dar, und in 7 ist dargestellt,
wie sich die Hubbolzen 10 mit der oberen Hubscheibe 9 in
Eingriff befinden.
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Die
Tür läßt sich
somit, trotz Bewegungsumkehr im Schloßbereich, ungebremst aus diesem
herausbewegen.