-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Reibungsdrehkraftscharnier. Spezieller
betrifft die vorliegende Erfindung ein Reibungselement oder mehrfache
Reibungselemente, die radial auf einer Welle zusammengedrückt sind, über der
ein Gehäuse
geformt ist.
-
Reibungsscharniervorrichtungen
sind Stand der Technik, um Objekte in ausgewählten Winkelpositionen relativ
zu einem Hauptkörper
zu halten. Ein Typ eines Reibungsscharniers ist ein Federscharnier, das
eine Schraubenfeder verwendet, die um eine Welle gewickelt ist.
In einem entspannten Zustand hat die Feder einen Innendurchmesser,
der kleiner ist als der Außendurchmesser
der Welle, um unter Reibung an der Welle anzuliegen, so dass die
Feder und die Welle dazu neigen, gemeinsam zu drehen. Beim Gebrauch
ist die Welle mit einem drehbaren Körper verbunden. Wenn der Körper und
die Welle gedreht werden, ist eines der Federenden oder „Zehen" angeordnet, um einen
Anschlag zu berühren,
der typischerweise Teil einer stationären Halterung ist. Der Eingriff
des Federzehs mit dem Anschlag hat zur Folge, dass die Feder relativ
zu der Welle gleitet, anstatt sich mit der Welle zu drehen. Dies
erzeugt eine Drehkraft. Ein solches Federscharnier kann vorgesehen sein,
um eine weitgehend konstante Drehkraft oder einen Widerstand gegen
Drehung über
den Bereich der Bewegung hervorzurufen.
-
Ein
weiterer Typ einer Reibungsscharniervorrichtung ist ein Wickelscharnier
mit einer Welle und einem Gehäuse,
das über
der Feder und der Welle so geformt ist, dass es die Welle und die
Feder einschließt.
Die Feder steht in Reibungseingriff mit der Welle und tendiert deshalb
dazu, sich mit der Welle zu drehen. Das Gehäuse, das die Welle umgibt,
hat jedoch einen direkten Flächenkontakt
mit der Außenseite
der Feder und verhindert, dass die Feder sich relativ zu dem Gehäuse dreht.
Wenn damit die Welle relativ zu dem Gehäuse gedreht wird, ruft die Reibung
zwischen der Welle und der Feder eine nahezu konstante Drehkraft
oder einen Widerstand gegen die Drehbewegung über den Bewegungsbereich der
Welle aus. Eine solche Wickelscharniervorrichtung ist in dem US-Patent
Nr. 5,542,505 offenbart.
-
Eine
andere Art von Reibungsscharniervorrichtung enthält eine Welle mit einer Vielzahl
von Clips, die auf der Welle befestigt sind. Jeder Clip hat einen
Verbindungsabschnitt, der von der Außenfläche vorsteht. Dieser Verbindungsabschnitt
steht in Eingriff mit einem Gehäuse.
Wenn demzufolge die Welle relativ zu dem Gehäuse gedreht wird, werden die
Clips über
den Eingriff des Verbindungsabschnitts mit dem Gehäuse an einer
Drehung gehindert. Die Reibung zwischen den Clips und der Welle
bei deren Drehung zueinander ruft eine im wesentlichen konstante
Drehkraft oder einen Widerstand gegen Drehung über den Bereich der Bewegung
hervor. Ein solches Gehäuse
ist separat von den Clips ausgebildet. Es muss mit großer Sorgfalt
sicher gestellt werden, dass das Gehäuse genau in Eingriff mit dem
Verbindungsabschnitt der Clips steht. Eine Präzision in den Abmessungen dieser
Teile ist sehr wichtig. Obwohl jedes dieser bekannten Scharniere
gewisse Vorteile hat, haben sie auch Beschränkungen. Ein Scharnier, das
eine weniger kostspielige Bearbeitung in der Herstellung erfordert,
das geringe Präzision
der Bauteile bei der Herstellung erfordert, das wasserbeständig ist,
das eine Konfiguration vorsieht, um stetig Schmiermittel zu enthalten,
das keine beweglichen Teile in einer Form während seiner Formung hat und nach
seiner Formung eine größere Flexibilität der Scharniergeometrie
aufweist, das kleinere Gesamtabmessungen ermöglicht, oder das verschiedene
Kombinationen dieser Vorteile mit sich bringt, wäre eine Verbesserung gegenüber dem
bisherigen Stand der Technik.
-
Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.
Einige optionale Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Nach
einem Aspekt ist ein Reibungsdrehkraftscharnier vorgesehen und ein
Verfahren zur Herstellung desselben. Das Reibungsdrehkraftscharnier
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat eine drehbare Welle, ein oder mehrere Reibungselemente
und ein Gehäuse.
Jedes Reibungselement hat einen äußeren Rand
und eine Öffnung,
die die Welle aufnimmt. Die Reibungselemente sind auf der Welle
befestigt und stehen mit dieser in einem Reibungseingriff.
-
Bei
einer Ausführungsform
haben wenigstens einige der Reibungselemente eine Nut, die sich innerhalb
des äußeren Randes
des Reibungselementes befindet. Das Gehäuse umgibt im wesentlichen
die mehreren Reibungselemente und die Welle und füllt im wesentlichen
die Nuten der Reibungselemente.
-
Das
Drehkraftreibungsscharnier gemäß der vorliegenden
Erfindung wird hergestellt durch Befestigen einer Mehrzahl von Reibungselementen
auf einer Welle, so dass diese unter Reibung an dieser anliegen.
Die Welle und die Clips werden dann in einer Form mit einem Hohlraum
zu ihrer Aufnahme angeordnet. Ein fließfähiges Material wird dann in
die Form injiziert, so dass das Material im wesentlichen die Reibungselemente
umgibt. Das fließfähige Material
erhärtet
dann zu einem Gehäuse,
das im wesentlichen die Reibungselemente enthält.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein Reibungsdrehkraftscharnier gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt
das Reibungsdrehkraftscharnier 10 mit weggeschnittenen
Abschnitten von Gehäusen und
teilweise gestrichelt, um das Innere des Scharniers freizulegen.
-
3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Reibungselementes.
-
4 zeigt
eine Vielzahl von Reibungselementen, die auf einer Welle montiert
sind.
-
5 zeigt
einen unteren Formrahmen.
-
6 zeigt
die Anordnung einer Reibungselementwelle in dem unteren Formrahmen.
-
7 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Clips.
-
8 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Clips.
-
9 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Clips.
-
10 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines Clips.
-
11 zeigt
eine auseinandergezogene Darstellung einer alternativen Reibungselement-Wellenanordnung,
die nicht einen Teil der Erfindung bildet.
-
11A zeigt eine Scheibenfeder.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
1 zeigt
ein Reibungsdrehkraftscharnier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Drehkraftscharnier 10 enthält ein Endgehäuse 12,
ein Reibungselementgehäuse 14 und
eine Welle 16. Das Endgehäuse 12 enthält Endflügel 18,
und das Reibungselementgehäuse 14 enthält Reibungselementflügel 20.
-
Die
Welle 16 hat eine zylindrische Form und ist mit dem Endgehäuse 12 gekoppelt,
so dass sich die Welle 16 mit einer relativen Drehung des
Endgehäuses 12 dreht.
Die Welle 16 steht in Reibungseingriff mit Reibungselementen
wie Clips (in 1 nicht gezeigt), die ihrerseits
mit dem Gehäuse 14 gekoppelt
sind. Die Reibungselemente sind so mit dem Reibungselementgehäuse 14 gekoppelt,
dass sie sich mit zugehöriger
Drehung des Reibungselementgehäuses 14 drehen.
Wenn sich die Welle 16 mit dem Endgehäuse 12 dreht, ist
das Scharnier 10 in der Lage, eine Drehkraft mit der relativen
Drehung des Reibungselementgehäuses 14 hervorzurufen.
-
Beim
Gebrauch wird das Reibungsscharnier verwendet, um einen Körper relativ
zu einem anderen anzulenken. Beispielsweise kann das Reibungsscharnier 10 verwendet
werden, um einen Laptop-Computerbildschirm relativ zu einer Laptop-Basis anzulenken.
Spezieller kann das Endgehäuse 12 an dem
Bildschirm des Laptop-Computers befestigt werden unter Verwendung
der Endflügel 18, während das
Reibungselementgehäuse 14 an
der Basis des Laptop-Computers unter Verwendung der Reibungselementflügel 20 befestigt
wird. Die Drehung des Computerbildschirms, und damit die Drehung
des Endgehäuses 12,
rufen eine Drehung der Welle 16 hervor, an der das Endgehäuse 12 befestigt
ist. Der Bildschirm und die Welle 16 drehen sich relativ
zu der Computerbasis und somit gegenüber dem Reibungselementgehäuse 14,
was die Reibungselemente veranlasst, relativ zu der Welle 16 zu
gleiten. Dies ruft eine verhältnismäßig konstante
Drehkraft hervor.
-
2 zeigt
das Reibungsscharnier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Teile des Endgehäuses 12 und
des Reibungselementgehäuses 14 sind
weggeschnitten, um Abschnitte des Reibungsscharniers 10 innerhalb
der Gehäuse 12 und 14 frei zu
legen. Außerdem
sind die Gehäuse 12 und 14 teilweise
gestrichelt gezeigt, um außerdem
einige Abschnitte des Reibungsscharniers 10 innerhalb der Gehäuse 12 und 14 zu
zeigen. Das Reibungsscharnier 10 enthält Clips 24 und Endkappen 25.
-
Die
Welle 16 hat drei axiale Längen, einen ersten Abschnitt 13,
einen zweiten Abschnitt 15 und einen dritten Abschnitt 17.
Der zweite Abschnitt 15 hat einen kleineren Durchmesser
als der erste Abschnitt 13 und der dritte Abschnitt 17,
die jeweils einen größeren Durchmesser
haben. Der zweite Abschnitt 15 ist zwischen dem ersten
Abschnitt 13 und dem dritten Abschnitt 17 angeordnet.
Somit ist die Welle 16 „abgestuft". Der Übergang zwischen dem größeren Flächendurchmesser
des ersten und des dritten Abschnitts 13 und 17 zu
dem kleineren Flächendurchmesser
des zweiten Abschnitts 15 bildet Schultern 19.
Der erste Abschnitt 13 der Welle 16 befindet sich
innerhalb des Kopfgehäuses 12 und
ist außerdem
geriffelt, so dass erhabene Rippen 22 sich über das
Gehäuse 12 erstrecken.
Unter dem Reibungselementgehäuse 14 sind
ein oder mehrere Clips 24 auf dem dritten Abschnitt 17 der
Welle 16 befestigt. Die Clips 24 sind so auf der
Welle 16 befestigt, dass sie unter Reibung an dieser anliegen.
Die Clips 24 sind Seite an Seite angeordnet, so dass sie
miteinander in Kontakt stehen. Die Clips 24 haben jeweils
Nuten und eine Öffnung
(in 2 nicht gezeigt, mit denen das Reibungselementgehäuse 14 in
Eingriff steht.
-
Beim
Gebrauch kann das Endgehäuse 12 relativ
zu dem Reibungselementgehäuse 14 gedreht werden,
um eine relativ konstante Drehkraft zu erzeugen. Das Endgehäuse 12 steht
so in Eingriff mit den erhabenen Rippen 22 der Welle 16,
dass die Welle 16 sich zusammen mit dem Endgehäuse 12 dreht.
Das Reibungselementgehäuse 14 greift
in die Nuten (in 2 nicht dargestellt) der Clips 24 ein,
so dass sich die Clips 24 mit dem Reibungselementgehäuse 14 drehen.
Die Welle 16 hat mit den Clips 24 eine Passung
mit Übermaß, so dass
eine gegenseitige Drehung der Gehäuse 12 und 14 eine
relativ konstante Reibungsdrehkraft erzeugt, wenn die Reibung zwischen
den Clips 24 und der Welle 16 durch die Drehkraft überwunden
wird.
-
3 zeigt
einen Clip 24. Der Clip 24 hat allgemein eine
C-Form. Der Clip 24 hat eine Breite 26 und eine
Dicke 27. Der Clip 24 enthält einen äußeren Rand 36 und
einen inneren Rand 38. Der Clip 24 enthält ferner
Verankerungsnuten 28, 30, 32 und 34 in dem äußeren Rand 36.
Der Abstand zwischen dem inneren Rand 38 und dem äußeren Rand 36 bildet erste,
zweite und dritte radiale Breiten 29, 31 und 33. Der
innere und der äußere Rand 36 und 38 enden, um
eine Clipöffnung 39 zu
bilden. Der innere Rand 38 enthält einen ersten Abschnitt 40,
einen zweiten Abschnitt 42, einen dritten Abschnitt 44,
einen vierten Abschnitt 46 und einen fünften Abschnitt 48.
Eine zentrale Wellenachse 37 ist in der Mitte des Clips 24 gezeigt.
-
4 zeigt
eine Vielzahl von Clips 24, die auf der Welle 16 befestigt
sind. Erste, dritte und fünfte Abschnitte 40, 44 und 48 des
inneren Randes 38 des Clips 24 sind so ausgebildet,
dass sie einen übereinstimmenden
Durchmesser gegenüber
der Wellenachse 37 haben. Der Durchmesser, der von dem
ersten, dritten und fünften
Abschnitten 40, 44 und 48 bezüglich der
Wellenachse 37 gebildet ist, ist kleiner als der Flächendurchmesser
des dritten Abschnitts 17 der Welle 16. Wenn auf
diese Weise die Clips 24 auf dem dritten Abschnitt 17 der Welle 16 befestigt
werden, wird ein Festsitz zwischen Clip 24 und der Welle 16 erzeugt.
-
Zweite
und vierte Abschnitte 42 und 46 des Clips 24 erstrecken
sich über
den Durchmesser, der von den ersten, dritten und fünften Abschnitten 40, 44 und 48 gebildet
wird. Wenn auf diese Weise der Clip 24 auf der Welle 16 befestigt
wird, sind erste und zweite Taschen 50 und 52 entlang
der Seite der Welle 16 ausgebildet. Da mehrere Clips 24 auf
die Welle 16 gesteckt sind und die zugehörigen zweiten
und vierten Abschnitte 42 und 46 des inneren Randes 38 der
Clips 24 aufeinander ausgerichtet sind, erstrecken sich
die ersten und zweiten Taschen 50 und 52 über die
Länge der
Welle 16. Schmierfett oder andere Schmiermittel können in
die Taschen 50 und 52 injiziert werden, um die
Abnutzung zwischen dem Clip 24 und der 16 zu verringern.
Endkappen 25 (in 4 nicht
gezeigt) sind über
der Welle 16 befestigt und unmittelbar an beiden Enden
an Clips 24 gedrückt, um
die Taschen 50 und 52 abzudichten. Hierdurch wird
das Schmierfett in den Taschen 50 und 52 gehalten
und kann nicht austreten.
-
Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die ersten und zweiten Taschen erhalten werden, indem ein Kanal
in der Welle 16 entlang ihrer Achse enthalten ist. Bei
dieser Ausführungsform
können
erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Abschnitte 40, 42, 44, 46 und 48 des
inneren Randes 38 des Clips 24 allesamt in demselben Durchmesser
liegen, so dass die Taschen durch den Kanal in der Welle 16 anstatt
durch Abschnitte des Clips 24 gebildet sind. Ein Schmierfett
oder andere Schmiermittel können
in die Taschen injiziert werden, um die Abnutzung zwischen dem Clip 24 und
der Welle 16 zu verringern.
-
Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die ersten und dritten radialen
Breiten 29 und 33 kleiner als die zweite radiale
Breite 31. Der Clip 24 hat eine größere radiale
Breite 31, um Biegespannung aufzunehmen, was weiter unten
in Verbindung mit der Betätigung
des Scharniers 10 beschrieben wird.
-
Der
Clip 24 enthält
ferner erste, zweite, dritte und vierte Verankerungsnuten 28, 30, 32 und 34.
Diese Verankerungsnuten sind in dem Clip 24 nahe dem äußeren Rand 36 ausgebildet.
Wenn die Clips 24 auf die Welle 16 gesteckt sind,
wie in 4 gezeigt ist, sind die Nuten 28, 30, 32 und 34 aufeinander
ausgerichtet, um erste, zweite, dritte und vierte Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 zu
bilden. Diese Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 sind
nützlich,
um die Clips 24 mit dem Reibungselementgehäuse 14 zu koppeln.
Das Reibungselementgehäuse 14 wird über der
Kombination des Clips 24, die auf der Welle 16 angeordnet
sind, so ausgebildet, dass das Reibungselementgehäuse 14 vollständig die
Clips 14 umgibt, einschließlich in die Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60.
-
Auf ähnliche
Weise begrenzen die Clips 24 bei einer Ausführungsform
der Erfindung eine Öffnung 39.
Wenn die Clips 24 auf die Welle 16 gesteckt sind,
wie 4 zeigt, sind die Öffnungen 39 aufeinander
ausgerichtet, um einen Verankerungskanal 57 zu bilden.
Der Verankerungskanal 57 ist ebenfalls nützlich beim
Verbinden der Clips 24 mit dem Reibungselementgehäuse 14.
Das Reibungselementgehäuse 14 wird über der
Kombination von Clips 24, die auf der Welle 16 befestigt
sind, geformt, so dass das Reibungselementgehäuse 14 vollständig die
Clips 24 umgibt, einschließlich in den Verankerungskanal 57. Der
Verankerungskanal 57 kann anstelle der Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 oder
in Verbindung mit diesen verwendet werden. Auf ähnliche Weise können Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 oder ein
Untersatz von diesen anstelle des Verankerungskanals 57 der
in Verbindung mit diesem verwendet werden.
-
Weil
das Reibungselementgehäuse 14 über der
Kombination von Clips 24 geformt ist, die auf der Welle 16 angeordnet
sind, so dass das Gehäuse 14 vollständig die
Clips 24 umgibt, einschließlich in den Verankerungskanal 57,
können
das Schmierfett der andere Schmiersubstanzen nicht in dem Bereich
der Öffnung 39 oder
dem Schlitz 57 angeordnet werden. Wenn dies so wäre, würde das
Gehäuse 14 das Schmierfett
während
der Ausbildung des Gehäuses 14 über den
Clips 24, die auf der Welle 16 angeordnet sind,
verlagern. Auf diese Weise sind die Taschen 50 und 52 (oder
wenigstens eine von diesen) wichtig, um eine angemessene Schmierung
zwischen den Clips 24 und der Welle 16 zu gewährleisten.
Es ist auch wichtig, dass die Taschen 50 und 52 abgedichtet
sind, in der bevorzugten Ausführungsform
durch Endkappen 25. Wenn sie nicht abgedichtet wären, könnte das
Gehäuse 14 das
Schmierfett in den Taschen 50 und 52 während der
Ausbildung des Gehäuses 14 verdrängen. Ohne
eine solche angemessene Schmierung würde eine übermäßige Abnutzung des Scharniers 10 auftreten.
-
Der
Zusammenbau des Reibungsscharniers 10 wird mit Bezug auf
die 4 bis 6 erläutert. Eine Vielzahl von Clips 24 wird
auf der Welle 16 zu dem Ende der Welle 16 hin
gegenüber
den erhabenen Rippen 22 angebracht, so wie in 4 gezeigt wird.
Ein Schmierfett oder andere Schmiersubstanzen werden dann in die
Taschen 50 und 52 injiziert, und Endkappen 25 werden
dann auf der Welle 16 befestigt, um die Taschen 50 und 52 abzudichten.
-
Als
nächstes
werden das Endgehäuse 12 und
das Reibungselementgehäuse 14 über der
Kombination der Welle 16 und der Vielzahl von Clips 24 geformt.
In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden das Endgehäuse 12 und das Reibungselementgehäuse 14 mit
einem Spritzgussprozess ausgebildet. Andere Formverfahren können ebenfalls
verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu benutzen, wie
beispielsweise ein Schalengussverfahren.
-
Die
Kombination aus Welle 16 mit der Vielzahl von Clips 24 wird
dann in einem unteren Formrahmen 70 angeordnet, wie in
den 5 und 6 gezeigt ist. Der untere Formrahmen 70 hat
eine obere Fläche 71,
einen Hohlraum 72 und Eingusskanäle 74. Der Hohlraum 72 ist
geformt, um die Kombination aus der Welle 16 und den Clips 24 in
ersten und zweiten Hohlraumabschnitten 72A und 72B aufzunehmen.
Der Hohlraum 72 in dem unteren Formrahmen 70 bildet
auch erste und zweite Bünde 76 und 78,
die die Welle 16 tragen. Die Eingusskanäle 74 werden verwendet,
um Spritzgussmaterial in den Hohlraum 72 zu fördern.
-
Der
untere Formrahmen 70 wird mit einem oberen Formrahmen (nicht
dargestellt) zusammengesetzt, um die Welle 16 und die Clips 24 zu
umgeben. Der obere Formrahmen ist symmetrisch zu, oder ein „Spiegelbild" von dem unteren
Formrahmen 70. Der unter Formrahmen 70 wird mit
dem oberen Formrahmen entlang der Fläche 71 zusammengesetzt,
um einen flüssigkeitsdichten
Behälter
zu formen, der im wesentlichen die Welle 16 und die Clips 24 umgibt.
Wenn der obere Formrahmen mit dem unteren Formrahmen 70 zusammengesetzt
ist, wird fließfähiges Material
durch die Eingusskanäle 74 in den
Hohlraum 72 injiziert. Das Injektionsgussmaterial kann
alle thermisch plastischen Materialien einschließen, die fließen, wenn
sie erwärmt
sind. Das Spritzgussmaterial, das um die Welle 16 fließt, füllt den Raum
zwischen der oberen und der unteren Form und bildet in dem Hohlraumabschnitt 72a das
Endgehäuse 12.
Das Spritzgussmaterial, das um einen Umfang fließt, der von der Außenfläche 36 der
Clips 24 gebildet ist und den Raum zwischen der oberen
und der unteren Form und in dem Hohlraumabschnitt 72B füllt, bildet
das Reibungselementgehäuse 14.
Wenn der obere und der untere Formrahmen entfernt werden, bleiben
das Gehäuse 12 und
das Reibungselementgehäuse 14 zurück, die
die Welle 16 und die Clips 24 einschließen.
-
Der
untere Formrahmen 70 ist geformt, um die Welle 16 und
die Clips 24 aufzunehmen. Der Abschnitt der Welle 16 mit
den erhabenen Rippen 22 passt in den Hohlraumabschnitt 72A,
und die Clips 24, die auf der Welle 16 angeordnet
sind, passen in den Hohlraumabschnitt 72B. Der untere Formrahmen 70 berührt die
Welle 16 an dem ersten Bund 76 unmittelbar neben
den erhabenen Rippen 22. Der untere Formrahmen 70 berührt die
Welle 16 auch an dem zweiten Bund 78. Dadurch,
dass der untere Formrahmen 70 die Welle 16 an
zwei entfernten Stellen berührt,
die durch einen Abstand voneinander getrennt sind, hält der untere
Formrahmen 70 (zusammen mit dem oberen Formrahmen) die
Welle 16 während
des Gießprozesses
fest und verhindert eine seitliche Bewegung in den Richtungen, die
durch den Pfeil 79 angezeigt sind.
-
Der
erste Bund 76 des unteren Formrahmens 70 hat eine
obere Fläche 77,
die einheitlich geformt ist, um an der Welle 16 anzuliegen.
Die obere Fläche 77 liegt
in einer Ebene, die zylindrisch geformt ist. Infolge dessen berührt sie
die untere Hälfte
der Welle 16, die sich in dem Hohlraum 72 befindet,
wenn die Welle 16 und die Clips 24 in dem unteren
Formrahmen 70 angeordnet werden. Die obere Fläche 77 des
ersten Bundes 76 ist breiter an ihrer Mitte 80 als an
ihren Enden 82. Auf diese Weise gibt es an der Mitte 80 mehr
Flächenkontakt
zwischen der Welle 16 und der oberen Fläche 77 des Bundes 76 als
an den Enden 82.
-
Die
Welle 16 wird so in dem unteren Formrahmen 70 angeordnet,
dass sie den ersten Bund 76 nur an dem kleineren Flächendurchmesser
des zweiten Abschnitts 15 berührt. Der breiteste Abschnitt
des Bundes 76 ist die Mitte 80 und die Breite
des Bundes 76 an der Mittel 80 hat im wesentlichen
dieselbe axiale Länge
wie der zweite Abschnitt 15 der Welle 16. Auf
diese Weise liegen die Schultern 19 (gebildet durch den Übergang
von dem größeren Flächendurchmesser
des ersten und des dritten Abschnitts 13 und 17 zu
dem kleineren Flächendurchmesser des
zweiten Abschnitts 15) an beiden Seiten 83 des Bundes 76 an
der Mitte 80 an. Die Schultern 19, die an den
Seiten 83 des Bundes 76 anliegen, hindern die
Welle 16 daran, sich axial in den Richtungen zu bewegen,
die durch den Pfeil 81 angezeigt sind. (und da der obere
Formrahmen symmetrisch zu dem unteren Formrahmen 70 ist,
berührt
dieser ebenfalls die Welle 16 und die Clips 24 auf
dieselbe Weise.)
-
Das
stabile Halten der Welle 16 und damit der Clips 24 während des
Spritzgussprozesses kann für
den Zusammenbau des Reibungsscharniers 10 wichtig sein.
Durch die Gewährleistung,
dass die Welle 16 ortsfest ist, ist ein vorhersagbarer
und wiederholbarer Zusammenbau des Reibungsscharniers 10 möglich. Die
Welle 16 ist an der Bewegung in jeder Richtung gehindert,
die durch die Pfeile 79 und 81 angegeben sind.
Die Kombination des ersten und des zweiten Bundes 76 und 78 verhindert
eine seitliche Bewegung, die durch den Pfeil 79 angegeben
ist. Der abgestufte Durchmesser der Welle 16 mit dem kleineren
Flächendurchmesser
an dem zweiten Abschnitt 15, umgeben von dem größeren Flächendurchmesser
an dem ersten und dem dritten Abschnitt 13 und 17 stellt
eine „Nut" (zwischen Schultern 19)
dar, und der Bund 76 stellt eine „Zunge" dar, so dass diese Zunge und diese
Nut eine axiale Bewegung in der Richtung verhindern, die durch den
Pfeil 81 angegeben ist.
-
Auf ähnliche
Weise kann der Durchmesser der Welle 16 so abgestuft sein,
dass diese einen größeren Flächendurchmesser
an dem zweiten Abschnitt 15 hat, der von dem kleineren
Flächendurchmesser
an dem ersten und dem dritten Abschnitt 13 und 17 umgeben
ist. Auf diese Weise sind weiterhin Schultern 19 durch
den abgestuften Durchmesser gebildet und können weiterhin von dem unteren Formrahmen 70 ergriffen
werden, um axiale Bewegung zu verhindern. Bei dieser alternativen
Ausführungsform
würden
zwei voneinander beabstandete Bünde
(direkt außerhalb
der beiden Enden des zweiten Abschnitts 15) an den Schultern 19 anliegen,
anstelle des einzigen Bundes 76.
-
Die
einheitliche Form des ersten Bundes 76 des unteren Formrahmens 70 und
der abgestufte Durchmesser der Welle 16 sind auch wichtig,
um eine axiale Bewegung der Welle 16 gegenüber den Gehäusen 12 und 14 nach
der Ausbildung der Gehäuse 12 und 14 zu
verhindern. Der erste Bund 76 ist an seinen Enden 82 schmaler
als an seiner Mitte 80. Während die Breite des ersten
Bundes 76 an der Mitte 80 im wesentlichen dieselbe
ist wie die axiale Länge
des zweiten Abschnitts 15 der Welle 16, ist die Breite
des ersten Bundes 76 an seinen Enden 82 signifikant
kleiner als die axiale Länge
des zweiten Abschnitts 15 der Welle 16. Auf diese
Weise strömt Spritzgussmaterial,
das in die Kavität 72 fließt, um die Gehäuse 12 und 14 auszubilden, über die
Schultern 19 an den Enden 82. Da die Breite des
ersten Bunde 76 an der Mitte 80 etwa gleich ist
der axialen Länge des
zweiten Abschnitts 15 der Welle 16, ist kein Spritzgussmaterial
in der Lage, an der Mitte 80 über die Schultern 19 zu
fließen.
-
Als
ein Ergebnis werden beide Gehäuse 12 und 14 geformt,
um von dem größeren Flächendurchmesser
des ersten und des dritten Abschnitts 13 und 17 zu
dem kleineren Flächendurchmesser des
zweiten Abschnitts 15 der Welle 16 und über Schultern 19 überzugehen,
wie am besten aus 2 zu ersehen ist, wo die Gehäuse 12 und 14 teilweise gestrichelt
sind. Die resultierenden Formen der Gehäuse 12 und 14 lassen
eine Öffnung
zurück,
die die Welle 16 frei lässt,
wobei die Öffnung
eine „Football"-Form hat, von der
Seite des Scharniers 10 aus gesehen, wie in 2.
Das auf diese Weise erfolgte Formen der Gehäuse 12 und 14 hindert
die Welle 16 an einer axialen Bewegung in der Richtung,
die durch den Pfeil 81 angezeigt ist, nachdem das Scharnier 10 durch
wenigstens teilweisen Eingriff mit den Schultern 19 in
einigen Bereichen geformt ist.
-
Beim
Gebrauch des Scharniers 10 werden die Gehäuse 12 und 14 relativ
zueinander gedreht. Die Welle 16 befindet sich in einem
Interferenzsitz mit den Clips 24, so dass die gegenseitige
Drehung der Gehäuse 12 und 14 eine
relativ konstante Reibungsdrehkraft hervorruft, wenn die Reibung
zwischen den Clips 24 und der Welle 16 durch die
Drehkraft überwunden
wird. Die Größe der Drehkraft,
die erforderlich ist, um die Reibungskraft zwischen den Clips 24 und 16 zu überwinden,
variiert bei der vorliegenden Erfindung. Die Größe der Reibungskraft zwischen den
Clips 24 und der Welle 16 wird bei der vorliegenden
Erfindung leicht variiert, indem die Anzahl von Clips erhöht oder
verringert wird, die in dem Scharnier 10 verwendet werden.
Ein einziger Clip 24 oder jede Anzahl von mehrfachen Clips
oder Reibungselementen kann verwendet werden, um die vorliegende Erfindung
zu praktizieren. Je mehr Clips 24 benutzt werden, um so
mehr Drehkraft oder Drehmoment wird erforderlich, um die Reibungskraft
zwischen den Clips und der Welle 16 zu überwinden. Je weniger Clips 24 verwendet
werden, beispielsweise ein einziger Clip 24, um so weniger
Drehkraft oder Drehmoment ist erforderlich, um die Reibungskraft
zwischen dem Clip 24 und der Welle 16 zu überwinden.
-
Beim
Gebrauch des Scharniers 10 steht das Gehäuse 14 in
Eingriff mit den Clips 24, so dass diese sich nicht relativ
zueinander verdrehen, wenn die Gehäuse 12 und 14 relativ
zueinander gedreht werden. Der Eingriff des Gehäuses 14 und der Clips 24 wird
dadurch bewerkstelligt, dass das Gehäuse 14 so geformt
wird, dass es auch in die Verankerungsschlitze oder Kanäle geformt
wird, die von den Clips 24 gebildet sind. Da das Gehäuse 14 in
diesen Verankerungsschlitzen oder Kanälen geformt ist, wird eine gegenseitige
Drehung der Clips 24 und des Gehäuses 14 verhindert.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, begrenzen die Clips 24 erste,
zweite, dritte und vierte Schlitze 54, 56, 58 und 60.
Wenn die Welle 16 und die Clips 24 in dem oberen
und dem unteren Formrahmen angeordnet sind, umgibt fließfähiges Material
die Clips 24 und fließt
auch in erste, zweite, dritte und vierte Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60.
Auf diese Weise passt das Gehäuse 14 mit äußerster
Präzision
zu den äußeren Rändern 36 der
Clips 24 und passt auch mit äußerster Präzision zu den ersten, zweiten,
dritten und vierten Verankerungsschlitzen 54, 56, 58 und 60.
Auf ähnliche
Weise ist das Gehäuse 14 bei
Clips 24 mit Öffnung 39 und
einem Verankerungskanal 57 mit äußerster Präzision an den Verankerungskanal 57 angepasst.
Auf diese Weise wohnt die Präzision des
Eingriffs zwischen dem Clip 24 und dem Gehäuse 14 der
Konstruktion der vorliegenden Erfindung inne und ist nicht von dem
Zusammenbau des Scharniers 10 abhängig.
-
Wenn
bei der Benutzung des Scharniers 10 die Gehäuse 12 und 14 gegeneinander
gedreht werden, ruft der Eingriff des Gehäuses 14 mit den Clips 24 und
der Passsitz zwischen der Welle 16 und den Clips 24 Spannungen
bei den Clips 24 hervor. Die Clips 24 sind sowohl
einem „Kontaktdruck" als auch einer „Biegespannung" ausgesetzt. Der
Kontaktdruck ist der Druck oder die Reibung zwischen der Welle 16 und
den Clips 24, wegen des Passsitzes zwischen der Welle 16 und
den Clips 24. Die Biegespannung tritt auf, wenn die Kraft
aus der Drehung der Welle 16 dazu neigt, die Clips 24 zu
drehen, aber die Clips 24 sich wegen des Eingriffs des
Gehäuses 14 nicht
drehen können.
Dies führt
zu der Neigung, die Clips 24 zu „biegen".
-
Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die erste und die dritte radiale
Breite 29 und 33 kleiner als die zweite radiale
Breite 31, um die Biegespannung aufzunehmen. Die Biegespannung
neigt dazu, an der Stelle der zweiten radialen Breite 31 am
größten zu
sein, weshalb es die Biegespannung kompensiert, wenn diese Breite
größer gemacht
wird. Bei einer anderen Ausführungsform können die
erste, die zweite und die dritte radiale Breite 29, 31 und 33 gleich
groß sein,
solange die ausgewählten
Dimensionen jede Biegespannung aufnehmen können.
-
Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind Taschen 50 und 52 gleichmäßig von der Öffnung 39 beabstandet.
Auf diese Weise haben der erste, der dritte und der fünfte Abschnitt 40, 44 und 48 des
inneren Randes 38 des Clips 24 etwa dieselbe Größe an Flächenkontakt
mit der Welle 16, und jeder Abschnitt ist gleichmäßig um die
Welle 16 herum beabstandet. Eine solche Beabstandung neigt dazu,
den Kontaktdruck zwischen den Clips 24 und der Welle 16 auszugleichen.
Bei einer Ausführungsform
sind der erste, dritte und der fünfte
Abschnitt 40, 44 und 48 des inneren Randes 38 des
Clips 24 jeweils über
etwa 50° in
Kontakt mit der Welle 16 relativ zu der Mittelachse 37 der
Welle, während
der zweite und der fünfte
Abschnitt 42 und 46 jeweils über etwa 70° nicht in Kontakt mit der Welle 16 relativ
zu der Mittelachse 37 der Welle stehen.
-
Die
Ausbildung der ersten, zweiten, dritten und vierten Nuten 28, 30, 32 und 34 in
dem Bereich der ersten und der dritten radialen Breite 29 und 33, entfernt
von der Stelle der zweiten radialen Breite 31, hat den
Vorteil, dass der Clip 24 nicht an einem Punkt hoher Biegespannung
geschwächt
wird. Außerdem verhindert
die Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Nuten 28, 30, 32 und 34 weg
von den Taschen 50 und 52 eine unerwünschte Schwächung des
Clips 24 an einem Punkt hoher Biegespannung.
-
Die
Gehäuse 12 und 14 werden
unter Verwendung einer einzigen Form (oberer und unterer Formrahmen,
die zusammengefügt
sind) geformt. Die Verwendung eines einzigen Formwerkzeugs ist eine
Verbesserung gegenüber
dem Stand der Technik, der drei verschiedene Werkzeuge erfordert,
um ein Scharnier herzustellen. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess
und erspart Werkzeugkosten. Es werden keine beweglichen Teile während oder
nach der Ausbildung der Gehäuse 12 und 14 in
dem Scharnier 10 benutzt. Dies bringt Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik mit sich. Bewegliche Teile führen bei dem Formprozess zu
Inkonsistenz bei der Herstellung.
-
Wenn
das Gehäuse 14 über den
Clips 24 geformt wird, bildet es eine im wesentlichen wasserdichte
Abdichtung über
den Clips 24. Es besteht die Neigung zu einer signifikanten
Abnutzung zwischen der Welle 16 und den Clips 24,
wenn das Scharnier 10 betätigt wird. Ein Schmiermittel
zwischen der Welle 16 und den Clips 24 hilft dabei,
die Abnutzung zu begrenzen. Daher ist das Beibehalten von Schmiermittel
zwischen der Welle 16 und den Clips 24 und die
Verhinderung, dass fremde Substanzen zwischen die Welle 16 und
die Clips 24 eintreten, wichtige Konstruktionsmerkmale.
Die zusätzliche
Abdichtung des Gehäuses 14 über der
Welle 16 und den Clips 24 bietet einen zusätzlichen
Schutz für
die Welle 16 und die Clips 24, um die Abnutzung
zu verringern und das Scharnier 10 zu schützen.
-
Die
ersten, zweiten, dritten und vierten Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 und
der Verankerungskanal 57 befinden sich innerhalb des äußeren Randes 36 des
Clips 24. Mit anderen Worten sind die ersten, zweiten,
dritten und vierten Verankerungsschlitze 54, 56, 58 und 60 und
der Verankerungskanal 57 zwischen der Mittelachse 37 der
Welle und dem äußeren Rand 36 des
Clips 24 angeordnet. Auf diese Weise können die Gesamtabmessungen des
Scharniers 10 kleiner sein als bei früheren Scharnieren, ohne dass
die Leistungsfähigkeit
beeinträchtig
ist. Da die Verbindung oder der Eingriff zwischen den Clips 24 und
dem Gehäuse 14 innerhalb
des äußeren Randes 36 der
Clips 24 erfolgt, wird die Gesamtgröße des Scharniers bestimmt
durch die Größe des Clips 24 oder
dessen äußeren Randes,
im Gegensatz zu einem Vorsprung, der von dem Clip zum Eingriff in
ein Gehäuse
absteht. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, werden Fachleute des technischen Gebiets
erkennen, dass Änderungen
in der Form und in Einzelheiten erfolgen können, ohne den Sinn und den
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene
Formen für
die Clips 24 verwendet werden, ohne von dem Geist und dem
Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die 7 bis 10 zeigen alternative
Formen von Clips, die verwendet werden können, um von den Vorteilen
der vorliegenden Erfindung Gebrauch zu machen.
-
7 zeigt
einen Clip 84. Der Clip 84 ist allgemein C-förmig. Der
Clip 84 enthält
einen äußeren Rand 96 und
einen inneren Rand 98. Der Abstand zwischen dem inneren
und dem äußeren Rand 96 und 98 begrenzt
erste, zweite und dritte radiale Breiten 89, 91 und 93,
die bei dieser Ausführungsform gleich
groß sind.
Der innere und der äußere Rand 96 und 98 enden
so, dass sie eine Clipöffnung 99 bilden. Der
innere Rand 98 enthält
einen ersten Abschnitt 100, einen zweiten Abschnitt 102,
einen dritten Abschnitt 104, einen vierten Abschnitt 106 und
einen fünften
Abschnitt 108. Eine Mittelachse 97 der Welle ist
in der Mitte des Clips 84 gezeigt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
steht der Clip 84 mit dem Gehäuse 14 durch die Öffnung 99 in
Eingriff (und einen Verankerungskanal, der durch Ausrichtung der Öffnungen 99 gebildet
ist), wie oben beschrieben ist. Der zweite Abschnitt 102 hat
denselben Durchmesser wie der erste Abschnitt 100 der dritte
Abschnitt 104 und der fünfte
Abschnitt 108. Auf diese Weise ist nur eine einzige Tasche
durch den vierten Abschnitt 106 gebildet, und der erste,
der zweite, der dritte und der vierte Abschnitt 100, 102, 104 und 108 berühren die
Welle 16.
-
8 zeigt
einen Clip 114. Der Clip 114 hat allgemein die
Form eines Fragezeichens. Der Clip 114 enthält einen
Vorsprung 116, erste, zweite und dritte Taschen 118, 120 und 122 und
eine Öffnung 124.
Bei dieser Ausführungsform
wird der Clip 114 mit Reibung auf der Welle 16 befestigt
und steht durch den Vorsprung 116 mit dem Gehäuse 14 in
Eingriff. Das Gehäuse 14 umgibt
vollständig
den Vorsprung 116, so dass es damit in Eingriff steht.
Die ersten, zweiten und dritten Taschen 118, 120 und 122 werden
mit Schmiermitteln gefüllt,
um die Abnutzung zwischen der Welle 16 und dem Clip 114 zu
verringern. Diese Taschen 118, 120 und 122 (oder
wenigstens eine von diesen) werden benötigt, da jedes Schmiermittel,
das in dem Bereich der Öffnung 124 angeordnet
wird, verdrängt
wird, wenn das Gehäuse 14 über den
Clip 114 geformt wird, wie oben beschrieben ist.
-
9 zeigt
einen Clip 134. Der Clip 134 ist allgemein C-förmig. Der
Clip 134 enthält
einen Vorsprung 126 und eine Öffnung 138. Bei dieser
Ausführungsform
wird eine Vielzahl von Clips 134 mit Reibung auf der Welle 16 befestigt
und stehen mit dem Gehäuse 14 durch
den Vorsprung 136 in Eingriff. Das Gehäuse 14 umgibt vollständig den
Vorsprung 136, so dass es mit diesem in Eingriff steht.
Es können
aus Taschen vorgesehen sein, ähnlich
wie diejenigen, die mit Bezug auf den Clip 24 oben beschrieben
sind.
-
10 zeigt
einen Clip 154. Der Clip 154 ist allgemein O-förmig. Der
Clip 154 enthält
erste, zweite und vierte Nuten 156, 158, 160 und 162.
Bei dieser Ausführungsform
wird eine Vielzahl von Clips 154 unter Reibung auf einer
Welle 16 befestigt, und die Clips stehen in Eingriff mit
dem Gehäuse 14 über die
Nuten 156, 158, 160 und 162,
wie oben beschrieben ist. Die Clips 154 enthalten außerdem erste
und zweite Abschnitte 164 und 166, die Taschen
bilden, wie oben beschrieben ist.
-
Der
Fachmann des Gebiets erkennt auch, dass verschiedene Konfigurationen
von Reibungselementen verwendet werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise zeigt 11 eine
alternative Reibungselement-Wellenanordnung 180, die verwendet
wird, um ein Reibungsscharnier zu bilden, das nicht einen Teil der
vorliegenden Erfindung bildet. Die Reibungselement-Wellenanordnung 180 enthält eine
Welle 182, einen Gleitring 184, eine Ringfeder 186 und
eine Gegenmutter 188. Die Welle 182 enthält eine
Schulter 190, einen Gewindeabschnitt 192 und einen
geriffelten Abschnitt 194. Der Gleitring 184 enthält auch Flansche.
-
Der
Gewindeabschnitt 192 der Welle 182 ist doppelt „D"-förmig, indem
er allgemein zylindrisch geformt ist mit zwei abgeflachten Seiten.
Der Gleitring 184 ist über
der Welle 182 gegen die Schulter 190 platziert
und frei drehbar gegenüber
der Welle 182. Die Ringfeder 186 ist dann unmittelbar
neben dem Gleitring 184 platziert. Die Ringfeder 186 hat eine Öffnung,
die zu dem Außendurchmesser
der Welle 182 passt, d.h. sie ist ebenfalls doppelt „D"-förmig.
Auf diese Weise ist die Ringfeder 186 mit der Welle 182 verriegelt
und dreht sich mit dieser. Die Gegenmutter 188 ist auf
dem Gewindeabschnitt 192 der Welle 182 aufgeschraubt
und zwängt
die Ringfeder 186 gegen den Gleitring 184.
-
Die
Reibungselement-Wellenanordnung 180 wird in einem unteren
Formrahmen angeordnet, um ein Reibungsscharnier ähnlich demjenigen zu bilden, das
oben beschrieben und in den 5 und 6 gezeigt
ist. Flansche 196 stehen in einem festen Eingriff mit dem
Reibungselementgehäuse 14,
das über diesem
Abschnitt der Reibungselement-Welleanordnung 180 geformt
wird, und drehen zusammen mit diesem Abschnitt des Gehäuses. Der
geriffelte Abschnitt 194 der Welle 182 steht in
einem festen Eingriff mit dem Endgehäuse 12, das über diesem
Abschnitt der Welle 182 geformt wird. Somit dreht sich die
Welle 182 zusammen mit dem Endgehäuse 12. Wenn die Gehäuse 12 und 14 relativ
zueinander gedreht werden, erzeugt die Kraft der Ringfeder 186, die
gegen den Gleitring 184 gedrückt wird, eine Reibungskraft
in dem Reibungsscharnier.
-
Die
Ringfeder 186 ist ein Ring eines Belleville-Typs, weshalb
sich seine äußeren Ränder von
seiner Öffnung
erstrecken. Wenn sein äußerer Rand
gegen den Gleitring 184 gedrückt wird, wird eine Tasche gebildet.
Ein Schmierfett oder ein anderes Schmiermittel kann in die Tasche
injiziert werden und durch die Überformung
des Gehäuses 14 abgedichtet
und nicht gestört
werden.