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Die
Erfindung betrifft eine Stange für
eine Kniehebelvorrichtung, die gewährleistet, ein erstes Teil
in bezug auf ein zweites Teil stabil in einer von zwei Positionen
zu halten.
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Eine
derartige Kniehebelvorrichtung weist einen um eine erste Achse an
dem ersten Teil angelenkten Auslöser
auf, wobei die vorgenannte Stange einerseits an dem zweiten Teil
um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse und andererseits
an dem Auslöser
um eine zu den beiden anderen parallele dritte Achse angelenkt ist.
Befindet sich der Auslöser
in einer stabilen Position, liegt die dritte Achse außerhalb
der Ebene der beiden ersten Achsen, und der Übergang von einer stabilen
Position in eine andere erfordert, dass die dritte Achse die Ebene
der beiden ersten Achsen unter Verformung der Stange überwindet.
Ferner sind mit elastischen Einrichtungen kombinierte Druckeinrichtungen
vorgesehen, um eine plötzliche Änderung
der Position des Auslösers zu
gewährleisten.
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Die
Stange in einer derartigen Vorrichtung bildet, gleichwohl sie gegenüber den
anderen Teilen von geringer Abmessung ist, ein wichtiges Element, von
dem das gute Funktionieren des Kniehebelmechanismus sowie dessen
Lebensdauer abhängt.
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Eine
derartige Kniehebelvorrichtung ist in diversen Anwendungsbereichen
einsetzbar, bei denen erforderlich ist, dass zwei Teile in bezug
zueinander eine plötzliche Änderung
von einer stabilen Position in eine andere stabile Position vollziehen.
Beispielsweise kann die Vorrichtung eingesetzt werden, um die Positionsänderung
von Ventilen in einem hydraulischen Differentialmotor zu steuern.
Eine derartige Kniehebelvorrichtung kann auch für andere Anwendungen eingesetzt
werden, insbesondere auf dem Gebiet elektrischer Unterbrecher oder
Schalter, die eine plötzliche Änderung
der Position zweier elektrischer Kontakte erfordern, oder bei anderen
Verriegelungsmechanismen.
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Die
Dokumente
US 4 141 437
A und
US 5 479 993 beschreiben
Drahtfedern mit einem im wesentlichen U-förmigen Mittelteil, dessen untere
Querstrebe eine Gelenkachse bildet, und seitlichen Streben, die
Biegefedern bilden, sowie nach außen gebogenen und zu der Querstrebe
parallelen Verlängerungssegmenten,
die Torsionsfedern bilden.
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Aus
dem Dokument
DE 195 18 766 ist
eine Stange aus Verbundmaterial mit mechanisch hochfesten längsgerichteten
Fasern bekannt, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind.
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Aus
dem Dokument
EP 0 501
102 A ist ein Sicherheitsbügel in Form eines elastischen
Drahts mit seitlichen Streben bekannt, welche Bögen bilden.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Stange zu schaffen, welche es
ermöglicht,
die Realisierung der Kniehebelvorrichtung zu vereinfachen und deren
korrekte Funktion zu gewährleisten.
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Die
Erfindung betrifft eine Kniehebelvorrichtung nach Anspruch 1.
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Die
erfindungsgemäße Stange
gewährleistet somit
ein elastisches Rückstellen
des Auslösers
in eine stabile Position.
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Die
nach außen
gebogenen Segmente können
durch andere gebogene Segmente auf der den Bögen entgegengesetzten Seite
verlängert
sein; vorzugsweise sind diese anderen Segmente rechtwinklig gebogen,
orthogonal zu der Querstrebe und zueinander parallel. Die Enden
dieser Segmente können
in das zweite Teil eingelassen sein, und die Drehfreiheit der Stange
um die zweite Achse ist durch die Torsionselastizität der entlang
der zweiten Achse ausgerichteten Segmente gewährleistet.
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Gemäß Anspruch
4 betrifft die Erfindung ebenfalls eine Stange für eine Kniehebelvorrichtung gemäß der vorhergehenden
Beschreibung, die mit längsgerichteten,
mechanisch hochfesten Fasern ausgebildet ist, die geeignet sind, eine
Zug- und Druckelastizität
der seitlichen Streben der Stange zu gewährleisten, wobei die längsgerichteten
Fasern in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, die geeignet ist,
eine Torsionselastizität
der sich entlang der zweiten Achse erstreckenden Segmente zu gewährleisten.
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Die
längsgerichteten
Fasern können
Glasfasern oder Karbonfasern sein.
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Neben
den vorstehend dargelegten Merkmalen besteht die vorliegende Erfindung
aus einer bestimmten Anzahl weiterer Merkmale, auf welche im folgenden
in Zusammenhang mit einem eingehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen eingegangen wird, welches jedoch in keiner Weise einschränkend ist.
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1 dieser
Zeichnungen ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stange.
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2 ist
ein vergrößerter Schnitt
entlang der Linie II-II in 1.
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3 ist
eine schematische axiale Vertikalschnittdarstellung eines Mechanismus
mit einer Kniehebelvorrichtung, die mit der Stange von 1 versehen
ist, wobei der Mechanismus in einer ersten relativen stabilen Position
zweier Teile dargestellt ist.
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4 zeigt, ähnlich der 3,
den Mechanismus in der zweiten stabilen Position.
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5 ist
schließlich
eine perspektivische Explosionsdarstellung der im Inneren des Mechanismus
der 3 und 4 befindlichen Elemente.
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1 zeigt
eine einstückig
ausgebildete Stange 1. Diese Stange 1 weist einen
im wesentlichen U-förmigen
Mittelteil 2 mit einem in der Darstellung von 1 horizontalen
unteren Quersteg 3a auf, der zur Bildung einer Gelenkachse
X3 eines Auslösers
oder einer Kippeinrichtung D (3 bis 5) einer
Kipphebelvorrichtung mit drei Achsen X1, X2, X3 vorgesehen ist.
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Der
Quersteg 3a ist an jedem Ende im wesentlichen rechtwinklig
mit einem seitlichen Steg 3b, 3c verbunden. Jeder
seitliche Steg 3b, 3c weist im wesentlichen die
Form eines in einer zu dem Quersteg 3a orthogonalen Ebene
befindlichen Kreisbogens auf. Die Bögen der Stege 3b, 3c sind
parallel. Sie können
einer elastischen Verformung unterzogen werden, die eine Verschiebung
des Stegs 3a parallel zu sich selbst in einer zu dem Quersteg 3a orthogonalen
Richtung ermöglicht.
Die seitlichen Stege 3b, 3c können so elastische Zug- und Druckkräfte entlang
einer zum Steg 3a orthogonalen Richtung ausüben.
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Die
Bögen 3b, 3c sind
an ihrem dem Steg 3a entgegengesetzten Ende durch horizontale
Segmente 3d, 3e verlängert, die nach außen gebogen
sind und parallel zu dem Quersteg 3a verlaufen. Die Segmente 3e, 3d weisen
eine gewisse Torsionselastizität um
ihre geometrische Achse auf, welche die zweite Achse X2 der Kniehebelvorrichtung
bildet. Die Einheit aus dem Quersteg 3a und den seitlichen
Stegen 3b, 3c kann auf diese Weise um die Achse
X2 schwingen, indem sie durch das von den Segmenten 3d, 3e entwickelte
Torsionsdrehmoment zurückgestellt
wird.
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Die
Segmente 3d, 3e sind durch andere rechtwinklig
gebogene Segmente 3f, 3g auf der den Bögen entgegengesetzten
Seite verlängert,
die zueinander parallel und zu dem Steg 3a orthogonal verlaufen.
Diese Segmente 3f, 3g bilden Laschen, die an ihrem
freien Ende in einer schematisch dargestellten Einbaueinrichtung
K befestigt werden kann.
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Die
Stange 1 ist vorteilhafterweise mit mechanisch hochfesten
längsgerichteten
Fasern f (2) gebildet. Die Fasern f sind
untereinander parallel. Sie erstrecken sich über die gesamte Länge der
Stange, wobei sie den gewundenen Verlauf der Stange folgen. Die
Fasern f können
beispielsweise Glasfasern oder Karbonfasern sein. Diese Fasern f sind
in eine Matrix m aus Kunststoff gebettet, die eine gute Torsionselastizität aufweist.
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Es
ist somit ersichtlich, dass die parallelen Fasern f an den Segmenten 3d, 3e praktisch
keinen Torsionswiderstand ausüben.
Es ist die Matrix m, die im wesentlichen die Torsionsverformungen
in diesem Bereich bewirkt.
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Im
Gegensatz dazu arbeiten die Fasern f in den seitlichen Stegen 3b, 3c parallel
hinsichtlich der auf die Stege 3b, 3c aufgebrachten
Zug- und Druckkräfte.
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Ein
Beispiel für
eine Kniehebelvorrichtung mit Auslöser D ist in den 3 bis 5 dargestellt.
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3 zeigt
zwei Teile P1 bzw. P2, wobei P1 ein äußeres Gehäuse ist und P2 aus einem zylindrischen
Mantel oder Korb besteht, der gleitend verschiebbar in P1 angebracht
ist.
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Die
Kniehebelvorrichtung ist vorgesehen, um das Halten des Teils P2
in einer von zwei stabilen Positionen in bezug auf das Teil P1 und
den plötzlichen Wechsel
von einer stabilen Position zur anderen zu gewährleisten.
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Die
Kniehebelvorrichtung weist drei parallele Drehachsen X1, X2, X3
auf, die zur Ebene der 3 und 4 senkrecht
verlaufen.
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Ein
an dem Teil P1 angebrachter Träger 4 ist im
Inneren des Teils P2 angeordnet. Der Träger 4 kann aus zwei
parallelen Platten 4a, 4b (5) bestehen,
die voneinander beabstandet sind und im wesentlichen die Form eines
rechtwinkligen Trapezes haben; eine lange vertikale Seite ist der
Innenfläche des
Teils P2 benachbart, wobei der dieser langen vertikalen Seite entgegengesetzte
Rand schräg
ist. Die beiden Platten 4a, 4b sind in ihrem oberen
Bereich durch einen horizontale Querleiste 5 miteinander
verbunden.
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Der
Auslöser
D ist zwischen den Platten 4a, 4b angeordnet und
auf einer Welle 6, deren geometrische Achse die erste Drehachse
X1 bildet, gelenkig angebracht. Diese Welle 6 ist von zwei
in den Platten 4a, 4b vorgesehenen Lagern gestützt, Die
Achse X1 befindet sich in einer diametralen Ebene des Teils P2 im
wesentlichen auf der Höhe
der Leiste 5. Der Auslöser
D weist zwei radiale Verlängerungen 7a, 7b auf, deren
Dicke (senkrecht zur Ebene der 3 und 4)
geringer als diejenige des Auslösers
ist, und die relativ zueinander in Richtung der Welle 6 versetzt
sind.
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Die
Stange 1 stellt eine Gelenkverbindung zwischen dem Auslöser D und
einem Flansch 8 des Teils P2 her. Die Laschen 3f, 3g der
Stange 1 sind in den Flansch 8 eingesetzt. Beispielsweise
sind die Laschen 3f, 3g insbesondere durch Kleben
in den Nuten 8a befestigt, welche die Einbaueinrichtung
K in dem Flansch 8 bilden. Die Segmente 3d, 3e der Stange 1 sind
senkrecht zu der Ebene der 1 und ihre
geometrische Achse bildet die Drehachse X2.
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Die
Kippeinrichtung D ist von einem zur Welle 6 parallelen
Achsloch 9 durchsetzt, das sich in der Mittelebene der
Kippeinrichtung befindet. Ein mit dem Loch 9 in Verbindung
stehendes Loch 9a ist daneben vorgesehen, um die Montage
der Stange 1 zu erleichtern. Die Querstrebe 3a der
Stange 1 ist in das Loch 9 eingesetzt und ihre
geometrische Achse bildet die Gelenkachse X3 zwischen der Kippeinrichtung
D und der Stange 1.
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Zwei
stabile Positionen des Auslösers
D sind durch seinen Anschlag an der Oberseite (3)
und der Unterseite (4) der Leiste 5 definiert.
Der Übergang
von einer Position zur anderen erfolgt durch eine Drehung des Auslösers D um
ungefähr 180° um X1 in
bezug auf den Träger 4.
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In
der stabilen Position von 3 befinden sich
die Verläufe
der drei Achsen X1, X2 und X3 an den Scheiteln eines abgeflachten
Dreiecks, wobei die Achse X3 geringfügig links von der durch die
Achsen X1 und X2 verlaufenden Ebene liegt. X3 befindet sich zwischen
X1 und X2.
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Um
die Winkelposition zu überwinden,
die der Flucht der drei Punkte X1, X2 und X3 entspricht, muss der
Auslöser
D eine leichte elastische Verformung der Stange 1 an deren
Streben 3b, 3c bewirken. Die in einer stabilen
Position be findlichen Teile P1 und P2 befinden sich tatsächlich im
allgemeinen (durch nicht dargestellte Einrichtungen) in einseitiger Anlage,
wodurch im Falle der 3 eine Vergrößerung des Abstandes zwischen
X1 und X2 und im Falle der 4 eine Verringerung
des Abstandes zwischen X1 und X2 verhindert ist.
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In 4 wurde
X3 seitlich an X1 vorbei auf die X2 entgegengesetzt Seite bewegt.
Die Verläufe der
drei Achsen X1, X2 und X3 bilden weiterhin ein abgeflachtes Dreieck,
wobei die Achse X3 sich geringfügig
links in bezug auf die Ebene X2-X1 befindet.
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Es
ist ersichtlich, dass die Teile P2 und P1 ihre relativen Positionen
verändert
haben.
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Es
sind Steuereinrichtungen vorgesehen, um einen plötzlichen Wechsel von der Position
der 3 in die Position der 4 und umgekehrt
zu gewährleisten.
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Diese
Steuereinrichtungen umfassen eine Feder 10, die um das
Teil P2 herum angeordnet ist und eine Kraft in Richtung der geometrischen
Achse A-A der Einheit ausübt.
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Auslöseeinrichtungen
umfassen zwei einander diametral gegenüberliegende obere Stößel 11a, 11b,
die an ihrer Basis durch einen kreisförmigen Ring 12 miteinander
verbunden sind, und einen unteren Stößel 13.
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Die
oberen Stößel 11a, 11b sind
in Ausnehmungen 14 des Flanschs 8 geführt, wobei
der Ring 12 das Teil P2 umgibt. Der Stößel 11a weist einen
radialen einwärts
gerichteten Vorsprung 15a auf, der sich über eine
Entfernung erstreckt, die ausreicht, um mit der Verlängerung 7b des
Auslösers
D zusammenzuwirken. Die Feder 10 liegt an dem Ring 12 an, der
wiederum an der Unterseite des Flanschs 8 anliegt.
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Der
untere Stößel 13 weist
einen diametralen Quersteg 16 auf, der sich durch Öffnungen 17 in
der Wand des Teils P2 erstreckt, welche ein gleitendes Führen des
Stößels 13 gewährleisten.
Der Quersteg 16 ist fest mit einem Ring 18 verbunden,
der den unteren Bereich des Teils P2 umgibt und sich axial an einem
Bund 19 dieses Teils P2 abstützt. Im wesentlichen halbkreisförmige Öffnungen
(5) bestehen zwischen dem Quersteg 16 und
der Innenkontur des Rings 18, wobei die Öffnungen
den Durchtritt der Platten 4a, 4b ermöglichen.
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Der
Quersteg 16 ist mit einer zu dem Teil P2 koaxialen Stange 20 versehen,
die eine Mittelöffnung des
Bodens des Teils P1 durchquert.
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Der
Quersteg 16 auf einer Seite einen nach oben gerichteten
Vorsprung 16a auf, der geeignet ist, um in der Position
der 4 mit der Verlängerung 7a des
Auslösers
zusammenzuwirken.
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In
Anbetracht dessen stellt sich die Funktionsweise der Kniehebelvorrichtung
wie folgt dar.
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Es
sei angenommen, dass das Teil P1 festgehalten ist, dennoch bleiben
die folgenden Erläuterungen
gültig,
wenn dieses Teil P1 durch eine Bewegung angetrieben wird, die auf
das Teil P2 übertragen wird.
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Ausgehend
von der in 3 dargestellten Konfiguration,
die einer ersten stabilen Position entspricht, genügt es, beispielsweise
mittels einer die beiden Stößel abdeckenden
Einrichtung M1, einen Druck auf die Stößel 11a, 11b aufzubringen,
um die Abwärtsbewegung
der Stößel 11a, 11b zu
bewirken, indem die Feder 10 zusammengedrückt wird,
bis der Vorsprung 15a auf die Verlängerung 7b des Auslösers einwirkt.
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Dieser
wird dadurch um die Achse X1 im Uhrzeigersinn drehend angetrieben.
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Die Überwindung
der fluchtenden Position der Verläufe der Achsen X1, X2, X3 erfolgt
unter elastischer Verformung der Bögen 3b, 3c sowie
durch eine begrenzte Drehung um die Achse X2.
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Nach
dem Überwinden
der fluchtenden Position entspannt sich die Feder 10 und
bewirkt das plötzliche
Drehen des Auslösers
D, dessen Verlängerung 7b unter
dem Anschlag 5 anliegt, wodurch das Teil P2 die in 4 dargestellte
zweite stabile Position in bezug auf das Teil P1 einnimmt.
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Um
in die Position nach 3 zurückzukehren, genügt es, auf
die beispielsweise mit einem Knopf M2 versehene Stange 20 zu
drücken,
um das Kippen des Auslösers
D durch Einwirken des Vorsprungs 16a gegen die Verlängerung 7a zu
bewirken.
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Die
Stange 1 gewährleistet,
wie zuvor beschrieben, eine elastische Doppelfunktion, einerseits hinsichtlich
Zug/Druck zum Verriegeln des Systems durch die Wirkung der Streben 3b, 3c,
andererseits durch die Torsionselastizität der Segmente 3A, 3B, welche
die Einheit in der verriegelten Position hält.
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Eine
derartige Kniehebelvorrichtung ist für jeden Mechanismus geeignet,
der einen Wechsel eines Teils P2 von einer stabilen Position in
eine zweit stabile Position in bezug auf ein Teil P1 erfordert.