DE102011006647A1

DE102011006647A1 - Mechanische Vorrichtung zur Realisierung einer Öffnung mit veränderlichen Öffnunggsweiten

Info

Publication number: DE102011006647A1
Application number: DE102011006647A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hanke; Thomas Seliger; Andreas Gruhl
Original assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Current assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: DE102011006647A8; DE102011006647B4

Abstract

Es wird eine mechanische Vorrichtung vorgestellt, die eine Öffnung mit geschlossener Umrandung und veränderlichem Radius realisiert. Dies erfolgt, indem eine Reihe von Linearführungen, die sich jeweils aus einem Antriebsstab und einem Formstab zusammensetzen, auf einem ringförmigen Tragelement so angeordnet werden, dass die aufeinander verschiebbar angeordneten Formstäbe eine polygonale Öffnung umgeben, und die Öffnungsweite dadurch geändert wird, dass die Antriebsstäbe auf dem Tragelement gleichzeitig um den gleichen Winkel verschwenkt werden. Fortgeschrittene Ausführungsformen sehen Kopplungselemente zwischen verschiedenen Linearführungen vor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Vorrichtung, die eine Öffnung mit einem umlaufenden Rand realisiert, wobei diese Öffnung mittels geeigneter Antriebe auf verschiedene Öffnungsweiten eingestellt werden kann.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, bei denen eine Öffnung mit einem geschlossenen umlaufenden Rand gefordert wird. Diese Anwendungsfälle reichen von der Blendenöffnung einer Kameralinse über das Flechtauge einer Wickel- oder Flechtmaschine bis hin zu Öffnungsmechanismen für Fensterabdeckungen oder Zuflussregler für Strömungsmaschinen. Es ist eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Lamellenblenden, die auch Irisblenden genannt werden, bekannt. Bei dieser Lösung sind eine Vielzahl, meist mindestens 8, halbmondförmiger Lamellen teilweise überlappend angeordnet, wobei sie an einem Ende auf einem Ring drehbar befestigt sind, während sie auf der anderen Seite verschiebbar auf diesem Ring aufliegen. Die Lamellen bilden in der Mitte des Ringes eine Öffnung aus, die durch die konkaven Teile der halbmondförmigen Lamellen begrenzt wird. Durch gleichzeitiges Drehen der Lamellen kann die Weite der Öffnung verändert werden. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Lamellen auf beiden Seiten des Rings abgestützt werden und sich daher in der Mitte, rund um die Öffnung überlappen müssen. Dies führt dazu, dass die Materialdicke der Lamellen reduziert werden muss, um die Beweglichkeit sicherzustellen. Daraus resultiert eine verringerte Belastbarkeit parallel zu der Achse, die senkrecht zur Öffnung und durch deren Mittelpunkt verläuft.
Die US 6,679,152 B1 beschreibt ein Flechtauge für das Flechten auf Formkernen, wie es beispielsweise bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffprodukte eingesetzt wird. Dieses Flechtauge weist eine Öffnung verstellbarer Größe auf. Es wird eine Vielzahl von Ausführungsformen vorgestellt, die sich in der überwiegenden Zahl der Fälle an bekannten Blendenmechanismen mit auf beiden Seiten eines Rings gelagerten halbmondförmigen Lamellen orientieren. Diese Konstruktionen haben die bereits oben benannten Nachteile. Insbesondere in den 20 und 21 der US 6,679,152 B1 werden jedoch Konstruktionen vorgestellt, die auf lediglich einer Seite abgestützt sind und die Öffnung durch in der Mitte zusammenlaufende, übereinander liegende Enden der Lamellen realisieren. Da diese Lamellen jedoch rund um die zu formende Öffnung in ihrer gesamten Materialdicke aufeinander aufliegen, ist die mögliche Materialdicke begrenzt, da ansonsten die Beweglichkeit der Lamellen gegeneinander verloren geht. Daraus resultiert wiederrum, dass die Kraftaufnahme, durch die Oberfläche der Lamellen stark begrenzt ist. Dies stellt beispielsweise auch die Eignung für eine Flechtaugenkonstruktion in Frage.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine in ihrer Öffnungsweite mechanisch einstellbare Öffnung vorzuschlagen, die bei relativ geringer Bauhöhe eine hohe Aufnahme von Kräften auch parallel zur Öffnungsachse und nicht nur radial zu dieser ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit mechanisch veränderbarer Öffnungsweite weist ein ringförmiges Tragelement auf. Es werden eine erste und eine zweite Drehrichtung definiert, wobei die erste Drehrichtung um eine Achse, die durch den Mittelpunkt des ringförmigen Tragelements und senkrecht zur Ebene, in der das ringförmige Tragelement liegt, verläuft. Diese Achse entspricht der Achse der Öffnung. Die zweite Drehrichtung verläuft ebenfalls um diese Achse, ist der ersten Drehrichtung jedoch entgegengesetzt.
Auf diesem Tragelement sind mindestens drei stabförmige Lineartührungen äquidistant angeordnet.
Aufgrund der Anordnung der Lineartührungen auf dem ringförmigen Tragelement weist jede Linearführung zwei benachbarte Lineartührungen auf, eine in Richtung der ersten Drehrichtung und eine in Richtung der zweiten Drehrichtung.
Jede Linearführung weist zwei Abschnitte auf, einen Formstab und einen Antriebsstab, wobei der Formstab einem Abschnitt der Linearführung entspricht, der einen Abschnitt der Öffnung bei Ihrer maximalen Öffnungsweite umrandet. Die Querschnitte von Formstab und Antriebsstab können verschiedene Formen haben. Neben einem ovalen oder kreisförmigen Querschnitt sind auch verschiedene polygonale Querschnitte möglich. Es können auch Leichtbauprofile mit den dementsprechenden Querschnitten zum Einsatz kommen. Formstab und Antriebsstab weisen jeweils ein erstes und ein zweites Ende auf und sind miteinander verbunden. Eine Gerade, die entlang der Achse des Formstabes verläuft, ist parallel zu einer Geraden, die entlang der Achse des Antriebsstabs verläuft. Somit sind die Achsen von Formstab und Antriebsstab parallel zueinander, wobei Formstab und Antriebsstab auch hintereinander angeordnet sein können und ihre Achsen dann auf einer gemeinsamen Geraden verlaufen. Die Achsen von Antriebsstab und Formstab werden dabei als entlang ihrer größten Ausdehnung und parallel zu den Seitenkanten verlaufend angesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Ende des Antriebsstabs direkt mit dem ersten Ende des Formstabs verbunden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Formstab und/oder Antriebsstab teleskopierbar und so in ihrer Länge veränderbar.
Der Antriebsstab ist mit seinem ersten Ende drehbar bzw. schwenkbar auf dem ringförmigen Tragelement so befestigt, dass er in einer Ebene parallel zur Ebene des Tragrings liegt und in dieser beweglich ist, wobei das zweite Ende des Antriebsstabs in das Innere des ringförmigen Tragelements gerichtet ist.
Die Achse der Öffnung fällt mit der Achse des ringförmigen Tragelements zusammen.
Die Linearführungen sind achsialsymmetrisch so um die Achse der Öffnung angeordnet, dass das zweite Ende jedes Formstabs auf einem, in der ersten Drehrichtung, benachbarten Formstab verschiebbar gelagert ist. Die Abschnitte der Formstäbe, zwischen zweitem Ende und Punkt der verschiebbaren Lagerung des zweiten Endes eines, in der zweiten Drehrichtung, benachbarten Formstabs bilden dann die Abschnitte der Umrandung der Öffnung. Die Umrandung der Öffnung ist somit polygonal.
Werden nun alle Antriebsstäbe zeitgleich um den gleichen Verstellwinkel verdreht, so verschieben sich die zweiten Enden jedes Formstabs des, jeweils in die erste Drehrichtung gesehen, benachbarten Formstabs derart auf dem jeweils betrachteten Formstab, dass die Abschnitte der Formstäbe die aktuell die Umrandung bilden, je nach Verstellwinkel kürzer oder länger werden und so die Öffnung größer oder kleiner wird.
Im Allgemeinen gibt es eine minimale Öffnungsweite, d. h. die Öffnung ist nicht vollständig verschließbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Enden der Formstäbe jedoch so gestaltet, dass sie beim weitest möglichen Schließen der Öffnung ineinandergreifen und die Öffnung vollständig geschlossen ist.
Bevorzugt ist die Zahl der Linearführungen ein echter Teiler größer 2 von 360. Dies hat fertigungstechnische Vorteile bei der gleichmäßigen Aufteilung des Umfanges des ringförmigen Tragelements zur äquidistanten Anbringung der Linearführungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Formstäbe in der Nähe Ihres zweiten Endes, in dem Bereich, in dem das zweite Ende der benachbarten Formstäbe verschiebbar gelagert ist (Gleitbereich), Nuten oder Führungen auf, in die die zweiten Enden der benachbarten Formstäbe vorteilhaft formideal eingreifen. Besonders bevorzugt ist der Gleitbereich einseitig auf etwa die Hälfte der Materialdicke der Formstäbe reduziert. Das zweite Ende der Formstäbe das in diesem Bereich gelagert sein soll, weist ebenfalls eine reduzierte Materialdicke, allerdings auf der gegenüberliegenden Seite auf. So können die beiden Teile verschiebbar aufeinander gelagert sein, ohne dass die Gesamtdicke eines Formstabs überschritten würde.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht im Gleitbereich jedes Formstabs eine Nut vor, die in der Ebene der Bewegung der Formstäbe liegt. Die Form der Nut ist bevorzugt als einfache rechtwinklige Aussparung entlang der Kante des Formstabes ausgeführt. Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen Nutformen, die das zweite Ende der benachbarten Formstäbe an zwei oder drei, vorzugsweise sogar teilweise an der (im Querschnitt gesehen) vierten Seite umgeben und führen. Entsprechende Gestaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt Das zweite Ende der benachbarten Formstäbe ist dann formideal gestaltet und greift in diese Nut und gleitet in ihr. Die Wände der Nut nehmen dann die Kräfte auf, die parallel zur Richtung der Achse der Öffnung verlaufen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bahn, die das zweite Ende eines Formstabes im Gleitbereich bei der Änderung der Öffnungsweite von minimal zu maximal bzw. umgekehrt, beschreibt, eine leicht in das Innere der Öffnung gewölbte Krümmung aufweist. Vorteilhaft wird dies bei der Ausbildung des Gleitbereichs berücksichtigt, indem eine Führung, bspw. eine Nut, so tief gestaltet wird, dass das zweite Ende bei seiner Bewegung den Gleitbereich nicht verlässt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Form der Führung der Bahn dieser Bewegung exakt folgt, so dass eine Abstützung des zweiten Endes in der Führung für jeden Abschnitt der Öffnung gegen radial nach außen gerichtete Kräfte möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Achsen von Antriebsstab und Formstab parallel, liegen jedoch nicht auf einer Geraden. Die Achsen von Antriebsstab und Formstab sind somit parallel nebeneinander angeordnet. Die Verbindung von Antriebsstab und Formstab erfolgt bevorzugt über eine verschiebbare, vorzugsweise gleitende, Lagerung des Formstabs seitlich am Antriebsstab. Das zweite Ende des Formstabs verläuft vorteilhaft in einer Führung, die sowohl Druck- als auch Zugkräfte an das zweite Ende des Formstabes weitergibt. Bei einer Veränderung des Winkels (α1, bzw. α2) der Antriebsstäbe verschieben sich die Formstäbe auf den Antriebsstäben und die zweiten Enden der Antriebsstäbe verschieben sich in den Führungen der jeweils benachbarten Formstäbe.
Die beschriebenen Linearführungen können dicker und steifer ausgeführt werden, als dies bei Lamellen der Fall wäre. Die Formstäbe müssen nicht mehr, quasi umeinander herum, geflochten werden, wie dies bei herkömmlichen Konstruktionen der Fall war. Diese erfindungsgemäßen Linearführungen ermöglichen es somit, eine variable Öffnung zu gestalten, die auch Kräfte parallel zur Richtung der Achse der Öffnung aufnehmen kann, wobei die Lagerung der Linearführungen lediglich an einem Ende der Linearführungen erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform existiert ein Stützring, dessen Achse deckungsgleich mit der der Öffnung ist. Der Durchmesser dieses Rings ist mindestens so groß wie die maximale Öffnungsweite der Öffnung. Die Linearführungen gleiten vorteilhaft auf diesem Stützring und werden von diesem abgestützt. So ist es möglich, dass die Linearführungen größere Kräfte parallel zur Achse der Öffnung aufnehmen können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform existiert auf jeder Seite der Öffnung ein solcher Stützring.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht eine stabilisierte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, bei der die Linearführung realisiert wird, indem der Antriebsstab und der Formstab durch ein Koppelelement verbunden sind.
Die Vorrichtung wird ebenfalls von einem ringförmigen Tragelement gehalten. Äquidistant sind auf diesem Tragelement mindestens drei Antriebsstäbe angeordnet, indem sie an ihrem ersten Ende schwenkbar befestigt sind, wobei das zweite Ende in das Innere des Tragelements weist.
Die Umrandung der veränderlichen Öffnung wird von Formstäben gebildet. Die Formstäbe weisen eine Führung auf, in der das Ende des in eine Richtung benachbarten Formstabs gelagert ist, während das Ende des Formstabes seinerseits in der Führung des in die andere Richtung benachbarten Formstabes gelagert ist.
Die Vorrichtung weist weiterhin Koppelelemente mit einer Abwinklung sowie einem ersten und einem zweiten Ende auf. Ein Koppelelement verbindet zwei Antriebsstäbe und trägt einen Formstab.
Das erste Ende des Koppelelements ist mit einem benachbarten Formstab zwischen dessen beiden Enden starr verbunden. Jedes Koppelelement ist zwischen Abwinklung und seinem ersten Ende gleitend in der Nähe des zweiten Endes des Antriebsstabs befestigt. Darüber hinaus ist es mit seinem zweiten Ende gleitend auf einem benachbarten Antriebsstab derart gelagert, dass dieses zweite Ende sich zwischen den beiden Enden des Antriebsstabs befindet. Ein Verschwenken aller Antriebsstäbe um den gleichen Winkel bewirkt eine Verschiebung des Koppelelements auf den beiden Antriebsstäben auf denen es gelagert ist. Durch die dabei stattfindende Mitführung der Formstäbe wird eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Öffnung erreicht.
Auch in dieser Ausführungsform sind also die mindestens drei stabförmigen Linearführungen äquidistant und an einem Ende schwenkbar auf dem Umfang des Tragelements angeordnet. Weiterhin existiert eine Anzahl von Koppelelementen, wobei jedes Koppelelement mittig in der Ebene des Tragringes um einen Winkel von 360°/Anzahl abgewinkelt (Abwinklung) ist und ein erstes und ein zweites Ende aufweist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Anzahl von Formstäben auf, wobei jeder Formstab ein erstes und ein zweites Ende sowie eine Führungsnut zur gleitenden Führung des zweiten. Endes eines benachbarten Formstabs aufweist. Die jeweilige Anzahl von Antriebsstäben, Koppelelementen und Formstäben ist größer als 2.
Jeder Antriebsstab ist an seinem ersten Ende in der Ebene des Tragrings bzw. in einer dazu parallelen Ebene drehbar (schwenkbar) auf dem Tragring befestigt, wobei das zweite Ende jedes Antriebsstabs in das Innere des Tragrings gerichtet ist.
Jedes Koppelelement ist mit seinem zweiten Ende verschiebbar auf einem Antriebsstab derart gelagert, dass dieses zweite Ende sich zwischen den beiden Enden des Antriebsstabs befindet. Zwischen der Abwinklung und dem ersten Ende des Koppelelements ist dieses verschiebbar so auf einem benachbarten Antriebsstab gelagert, dass das erste Ende näher am zweiten Ende des Antriebsstabs liegt, als das zweite Ende des benachbarten Koppelelements. Die Verschiebbarkeit wird bevorzugt durch eine gleitende Lagerung erreicht.
Im Unterschied zu einer ersten Ausführungsform wird die Linearführung in der zweiten Ausführungsform durch Antriebsstab und Formstab realisiert, die getrennt voneinander, als Einzelelemente existieren, jedoch durch die Koppelelemente verbunden sind. Die Gesamtheit der Koppelelemente sorgt durch ihre Verbindung untereinander, die durch die Formstäbe erfolgt, dafür, dass ein stützender Ring ausgebildet wird. Dieser verändert im Gegensatz zu dem stützenden Ring der ersten Ausführungsform seinen Durchmesser mit der Öffnungsweite. Darüber hinaus sorgt die Führung über die Koppelelemente vorteilhaft dafür, dass die gesamte Konstruktion sich bei der Verstellung der Öffnung durch das Verschwenken der Antriebsstäbe nicht verhakt.
Das Koppelelement ist bevorzugt als flaches Bauelement, vorzugsweise als Blech ausgeführt. Es liegt vorzugsweise vollständig in einer Ebene, die parallel zu der Ebene des ringförmigen Tragelements ist. Die Abwinklung des Koppelelements schließt einen Winkel ein, der sich aus der Relation 360°/(Anzahl der Koppelelemente) errechnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Mechanische Vorrichtung eine erste und eine zweite Art von Linearführungen auf. Die erste Art von Linearführung verfügt über einen Antriebsstab, auf dem verschiebbar (bevorzugt gleitend) ein Formstab und verschiebbar (bevorzugt gleitend) das zweite Ende eines Koppelelements mit Abwinklung angeordnet sind. Die zweite Art von Linearführungen weist einen Antriebsstab auf, auf dem lediglich verschiebbar (bevorzugt gleitend) das erste Ende eines Koppelelements angeordnet ist, wobei am ersten Ende des Koppelelements ein Formstab starr und parallel zur Achse des Antriebsstabs gehalten wird. Der Formstab der Linearführungen der ersten Art hat jedoch keine Verbindung zu einem Koppelelement. Das zweite Ende dieses Formstabes wird in der Führung eines in eine zweite Richtung benachbarten Formstabes so geführt, dass sowohl Zug als auch Druckkräfte übertragen werden. Auf diese Weise wird auch diesem Formstab die Bewegungsrichtung beim Verschwenken der Antriebsstäbe aufgeprägt.
Die Abwinklung des Koppelelements realisiert einen Innenwinkel von 360°/(2·Anzahl der Koppelelemente). Die erste und die zweite Art von Linearführungen sind alternierend achsialsymmetrisch um die Achse der Öffnung angeordnet. Zur Realisierung dieser Ausführungsform sind mindestens vier Linearführungen notwendig, wobei die Anzahl gerade sein muss, so dass eine gleiche Anzahl von Linearführungen der ersten und der zweiten Art existiert. Die Verstellung der Öffnungsweite der Öffnung erfolgt auch hier mittels der Verdrehung der Antriebsstäbe um einen Winkel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auch diese Ausführungsform von einem Stützring auf einer Seite bzw. von zwei Stützringen, wobei dann auf jeder Seite der Vorrichtung ein Stützring angeordnet ist, verstärkt.
Die Änderung der Öffnungsweite der Öffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in allen Ausführungsformen mittels des Verschwenkens der Antriebsstäbe am ringförmigen Tragelement realisiert. Alle Antriebsstäbe einer Vorrichtung werden dabei zeitgleich um den gleichen Winkel verschwenkt. Dies erfolgt bevorzugt, indem an den Antriebsstäbe Stellelemente angeordnet sind, die über einen Koppelring miteinander verbunden sind. Dieser Koppelring wird bewegt, so dass sich die Bewegung über die Stellelemente auf die Antriebsstäbe überträgt.
Die Antriebsstäbe und Formstäbe sind bevorzugt von rundem, ovalem oder rechteckigem Querschnitt. Im Gleitbereich sind die Formstäbe vorzugsweise rechteckig ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Antriebsstäbe und Formstäbe aus Leichtbauprofilen hergestellt. Insbesondere die Ausführungsform mit zwei Arten von Linearführungen wird vorteilhaft aus Leichtbauelementen nach dem Stand der Technik gefertigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform tragen die Formstäbe weitere Elemente. Dies können beispielsweise Teile von Abdeckungen sein, die zum Öffnen bzw. Schließen einer Dachöffnung oder eines Durchlasses dienen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform tragen die Formstäbe Klingen, so dass ein Umlaufender teilweiser oder vollständiger Schnitt realisiert werden kann. Dies ist beispielsweise vorteilhaft für die Entisolierung von Kabelenden oder das Ablängen vor Kunststoffrohren anwendbar.
Bevorzugt erfolgt der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Flechtauge mit verstellbarer Öffnungsweite. Bei der flechttechnischen Herstellung von Faserpreforms erfolgt die Ablage von Einzelfäden auf einem Flechtkern derart, dass eine gewebeähnliche Textilstruktur entsteht. Die Qualität und Gleichmäßigkeit des so erzeugten Geflechts ist ausschlaggebend für die spätere Belastbarkeit des Faserverbundprodukts. Es hat sich gezeigt, dass die Qualität des Geflechts besonders gut ist, wenn die Fadenführung möglichst dicht bis an den Kern heranreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es nunmehr vorteilhaft, die Konturen eines rotationssymmetrischen Kernes bei dessen Bewegung durch das Flechtauge mittels Veränderung der Öffnungsweite nachzufahren und so eine besonders enge Fadenführung am Kern auch an Einschnürungen des Kernes beizubehalten.
Weitere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise bei der Herstellung von:

– Dachkonstruktionen mit variabel einstellbaren Dachöffnungen
– variablen Kaminöffnungen für Rauchabzug in Gartenpavillons
– variablen Drosselblende bzw. -ventilen zur Durchflussregulierung und Abschottung
– Luken, Durchgängen und Schleusen
– Formwerkzeugen in Extrudierprozessen für Kunststoffe, Lebensmittel usw. als variable einstellbare Strangpressmatrize
– Schmiedewerkzeugen für rotationssymmetrische Querschnitte

Ausführungsbeispiel
Das Ausführungsbeispiel beschreibt die Ausführungsform, die in 5 prinzipiell und in den 6a und 6b in Ausschnitten dargestellt ist.
Die Vorrichtung (1) wird von einem ringförmigen Tragelement (3) gehalten. Dieses Tragelement (3) wird seinerseits von den Halterungen (7) in der gewünschten Position gehalten. Das Tragelement (3) hat einen Außendurchmesser von 750 mm und ist aus Edelstahl gefertigt. Äquidistant sind auf diesem Tragelement (3) acht Antriebsstäbe (21) angeordnet. Die Antriebsstäbe (21) sind ebenfalls aus Edelstahl gefertigt und weisen einen Durchmesser von 12 mm auf.
Die Antriebsstäbe (21) sind an ihren ersten Enden (211) schwenkbar auf dem Tragelement (3) derart befestigt, dass ihre zweiten Enden (212) in das Innere des Tragelements (3) weisen.
Die Umrandung der veränderlichen Öffnung (4) wird von Formstäben (22) gebildet. Die Formstäbe (22) sind aus Edelstahl gefertigt. Sie weisen eine Führung (23) auf, in der das zweite Ende (222) des in eine Richtung benachbarten Formstabs (22) gelagert ist, während das zweite Ende (221) des Formstabes (22) seinerseits in der Führung (23) des in die andere Richtung benachbarten Formstabes (22) gelagert ist. Die zweiten Enden (222) der Formstäbe (22) sind ebenso wie die Führungen (23) mit einer Beschichtung versehen, die das Gleiten der Enden in der Führung (23) unterstützt. Hier kommt dazu Teflon zum Einsatz. Die Führung (23) ist als Nut ausgebildet.
Die Vorrichtung (1) weist weiterhin Koppelelemente (8) mit einer Abwinklung (83) von 45° sowie einem ersten und einem zweiten Ende (81, 82) auf. Ein Koppelelement (8) verbindet zwei Antriebsstäbe (21) und trägt einen Formstab (22). Das Koppelelement (8) ist als Koppelblech aus Edelstahl ausgeführt. Die Materialstärke des Koppelblechs beträgt 6 mm mm, bei einer Breite von 53 mm.
Das erste Ende (81) des Koppelelements ist mit einem benachbarten Formstab (22) zwischen dessen beiden Enden (221, 222) starr verbunden. Jedes Koppelelement (8) ist zwischen Abwinklung (83) und seinem ersten Ende (81) gleitend in der Nähe des zweiten Endes (212) des Antriebsstabs (21) befestigt. Darüber hinaus ist es mit seinem zweiten Ende (82) gleitend auf einem benachbarten Antriebsstab (21) derart gelagert, dass dieses zweite Ende (82) sich zwischen den beiden Enden (211, 212) des Antriebsstabs (21) befindet. Die Lagerung der Koppelelemente (8) erfolgt in Gleitlagern nach dem Stand der Technik.
Ein Verschwenken aller Antriebsstäbe (21) um den gleichen Winkel bewirkt eine Verschiebung des Koppelelements (8) auf den beiden Antriebsstäben (21) auf denen es gelagert ist. Durch die dabei stattfindende Mitführung der Formstäbe (22) wird eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Öffnung (4) erreicht.
Zum Verschwenken sind die Antriebsstäbe (21) mit Stellelementen (5) verbunden, die als kurze Hebel ausgeführt sind und am Punkt (2111) der schwenkbaren Befestigung der Antriebsstäbe (21) auf dem ringförmigen Tragelement (6) an den Antriebsstäben (21) angreifen. Die Stellelemente (5) aller Antriebsstäbe (21) sind gleich lang. Um eine gleichzeitige und gleichmäßige Bewegung der Stellelemente (5) zu gewährleisten sind die Stellelemente (5) untereinander durch einen Koppelring (6) verbunden. Der Koppelring (6) weist denselben Außendurchmesser wie das ringförmige Tragelement (3) auf. Die Stellelemente (5) werden ausgehend von der vollständig geöffneten Stellung um 26,1° verdreht, um die Stellung mit der minimalen Öffnungsweite (4) zu erreichen.
Figuren
1a und 1b zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) mit der Realisierung des maximalen Durchmessers (R) und des minimalen Durchmesser (r) der Öffnung (4). Die Öffnung (4) wird vollständig durch die Formstäbe (22) umrandet. Diese Umrandung bleibt bei jedem Öffnungsradius geschlossen. Die Linearführungen (2) bestehen hier aus dem Antriebsstab (21) mit dem ersten Ende (211) und dem zweiten Ende (212) sowie dem Formstab (22) mit dem ersten Ende (221) und dem zweiten Ende (222). Das erste Ende des Antriebsstabes ist im Befestigungspunkt (2111) drehbar auf dem ringförmigen Tragelement (3) befestigt. Das zweite Ende des Antriebsstabs (221) ist ins Innere des Tragelements (4) gerichtet. Die Achse des Antriebsstabes und des Formstabes liegen auf einer Geraden. Das zweite Ende (212) des Antriebsstabs (21) ist mit dem ersten Ende (221) des Formstabs (22) direkt verbunden. Das zweite Ende (222) jedes Formstabes (22) gleitet in einer Nut (231) des benachbarten Formstabes (22). Die Nut weist hier eine Krümmung auf, die ins Innere der Öffnung 4 gerichtet ist. Die Bewegung des zweiten Endes (222) des Formstabes (22) kann so entlang der Nut (231) erfolgen, ohne diese zu verlassen. Das zweiten Endes (222) des Formstabes (22) kann sich so ständig gegen die Wandung (232) der Nut (231) abstützen. Die Materialdicke des Formstabes ist im Nutbereich reduziert, der Teil des zweiten Endes (222) des Formstabes (22), der in der Nut (231) gleitet, weist ebenfalls eine Reduktion der Materialstärke auf. Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass sich die Formstäbe aufeinander abstützen, ohne durch übereinander liegende Bereich die Dicke der Konstruktion zu erhöhen. Obwohl die Linearführungen (2) nur auf einer Seite des Tragelements (3) aufliegen, weist die Konstruktion eine höhere Stabilität gegen Kräfte auf, die in der Darstellung der 1a und 1b in die Darstellungsebene hinein auf die Umrandung der Öffnung (4) wirken.
2a bis 2c zeigen eine weitere einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1). In 2a ist der Zustand mit einer maximalen und in 2b der Zustand mit einer minimalen Öffnungsweite abgebildet. 2c zeigt einen Zwischenzustand. Die Formstäbe (22) sind hier gerade und weisen keine in das Innere der Öffnung gerichtete Krümmung auf, wie in 1a und 1b. Aus diesem Grunde ist die Nut (23) tiefer in Richtung der Achse der Formstäbe (22) ausgebildet, so dass das zweite Ende (222) des Formstabs (22) auch bei der Ausführung der gekrümmten Bewegung die Nut (23) nicht verlässt und so die Umrandung um die Öffnung (4) stets geschlossen bleibt. Bei dieser Ausführungsform ist, wie in Bild (1c) dargestellt, während der Bewegung des zweiten Endes (222) des Formstabes (22) kein Kontakt zur Wandung (232) der Nut (23) gegeben. Der Formstab kann sich somit nicht mit seinem zweiten Ende gegen (aus Sicht der Achse der Öffnung (4)) radial wirkende Kräfte abstützen.
3a und 3b zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1), bei der die Achsen von Antriebsstab (21) und Formstab (22) parallel verlaufen, jedoch nicht auf einer Geraden liegen. Der Formstab (22) ist gleitend seitlich am Antriebsstab (21) gelagert. Das zweite Ende (222) des Formstabs (22) verläuft in einer Führung (24), die sowohl Druck- als auch Zugkräfte an das zweite Ende (222) des Formstabes (22) weitergibt. Bei einer Veränderung des Winkels (α1, bzw. α2) der Antriebsstäbe (21) verschieben sich die Formstäbe (22) auf den Antriebsstäben (21) und die zweiten Enden (222) der Formstäbe (22) verschieben sich in den Führungen (24) der jeweils benachbarten Formstäbe (22).
4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Verbindung von Antriebsstab (21) und Formstab (22) überein Koppelelement (8) erfolgt. Das Koppelelement (8) weist ein erstes Ende (81) und ein zweites Ende (82) sowie eine Abwinklung (83) auf.
5a und 5b zeigen einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 4. 5a in Draufsicht und 5b in der Seitenansicht. Der Antriebsstab (21) ist mit dem Formstab (22) über das Koppelelement (8) verbunden. Am zweiten Ende (82) des Koppelelements (8) ist dieses gleitend auf dem Antriebsstab (21) angeordnet. Zwischen zweitem Ende (82) des Koppelelements (8) und Abwinklung (83) des Koppelelements (8) ist das erste Ende (221) des Formstabs (22) starr befestigt. Durch das Koppelelement (8) wird der Formstab (22) so gehalten, dass seine Achse in ihrer Verlängerung parallel zur der des Antriebsstabes verläuft. Nach der Abwinklung (83) des Koppelelements (8) ist das Koppelelement (8) gleitend am zweiten Ende (212) eines benachbarten Antriebsstabes (21) gelagert. Am ersten Ende (81) des Koppelelements (8) ist starr ein benachbarter Formstab (22) zwischen seinen beiden Enden (211, 212) befestigt. Die Stellelemente (5) sind mit den Antriebsstäben (21) und dem Koppelring (6) so verbunden, dass bei einer Bewegung des Koppelrings (6) in einer Ebene, die parallel zur Ebene des ringförmigen Tragelements ist, alle Stellelemente (5) um den selben Winkel verstellt werden, wodurch die Antriebsstäbe (21) um ebendiesen Winkel verschwenkt werden. Die Koppelelemente (8) gewährleisten, dass die Antriebsstäbe (21) immer im gleichen Winkel und Abstand in Ihren Gleitlagern geführt werden. Beim Verschwenken der Antriebsstäbe (21) muss sich dazu die Position der Koppelelemente (8) auf den Antriebsstäben (21) verändern. Dabei werden die Formstäbe (22) mitgeführt, so dass sich auch die Öffnungsweite der Öffnung (4) verändert.
6 zeigt eine Abwandelung der Ausführungsform aus 5. Nunmehr kommen nur noch halb so viele Koppelelemente (8) wie Formstäbe (22) zum Einsatz. Jedes Koppelelement (8) ist seinem zweiten Ende (82) gleitend auf einem Antriebsstab (21) gelagert. Es ist hinter der Abwinklung (83) bei seinem ersten Ende, ebenfalls gleitend, auf einem in eine erste Richtung benachbarten Antriebsstab (21) gelagert. An diesem ersten Ende (81) wird auch der Formstab (22) gehalten. An dem Antriebsstab (21), an dem das zweite Ende (82) des Koppelelements (8) gelagert ist, ist auch eine weitere gleitende Lagerung für einen Formstab (22) angeordnet. Dieser Formstab (22) hat jedoch keine Verbindung zu einem Koppelelement (8). Das zweite Ende (222) des Formstabes (22) wird in der Führung (23) eines in eine zweite Richtung benachbarten Formstabes (22) so geführt, dass sowohl Zug als auch Druckkräfte übertragen werden. Auf diese Weise wird auch dem zweiten Formstab (22) die Bewegungsrichtung beim Verschwenken der Antriebsstäbe (21) aufgeprägt.
7a und 7b zeigen einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Ausführungsform von 6 bei verschiedenen Öffnungsweiten. Erkennbar ist der Winkel β in beiden Öffnungsstellungen identisch. Hier dargestellt ist der Stützring 9, der die Konstruktion zusätzlich gegen Kräfte, die parallel zur Öffnung der Achse wirken, abstützt. Darüber hinaus erzeugt führt er bei maximaler Öffnungsweite zu einer kreisförmigen Umrandung der Öffnung, wohingegen diese bei geringeren Öffnungsweiten eine polygonale Form hat.
8 zeigt die dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) entsprechend der Ausführungsform nach 6. Die Vorrichtung (1) weist insbesondere einen Stützring (9) auf. Es ist dargestellt, dass die Linearführungen insbesondere aus Leichtbauprofilen nach dem Stand der Technik hergestellt sind. Derartige Leichtbauprofile bringen vorteilhaft neben geringen Gewicht bei hoher Stabilität den Vorzug mit, dass sie als vorgefertigte Massenware, bereits mit den notwendigen Gleitmechanismen für die Ankopplung von Koppelblechen und Formstäben an die Antriebsstäbe versehen, erhältlich sind.
Bezugszeichenliste

1: erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Öffnung mit veränderlichem Radius
2: Linearführung
21: Antriebsstab
211: erstes Ende des Antriebsstabs
2111: Befestigung des ersten Endes des Antriebsstabs am ringförmigen Tragelement
212: zweites Ende des Antriebsstabs
22: Formstab
221: erstes Ende des Formstabs
222: zweites Ende des Formstabes
23: Nut im Formstab
231: gewölbte Nut im Formstab
232: Wandung der Nut
24: Führung im Formstab
3: ringförmiges Tragelement
4: Öffnung
5: Stellelement
6: Koppelring
7: Halterung der Vorrichtung
8: Koppelelement
81: erstes Ende des Koppelelements
82: zweites Ende des Koppelelements
83: Abwinklung der Koppelelements
84: Gleitführung des Koppelelements
9: Stützring
R: maximaler Durchmesser der Öffnung
r: minimaler Durchmesser der Öffnung
α1: Winkel der Linearführung für eine Öffnung mit maximalem Radius
α2: Winkel der Linearführung für eine Öffnung mit minimalem Radius
β: Winkel zwischen zwei Antriebsstäben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6679152 B1 [0004, 0004]

Claims

Mechanische Vorrichtung (1) die eine Öffnung (4) mit geschlossener Umrandung und veränderlichem Radius (R, r) realisiert, wobei eine erste Drehrichtung um eine Achse, die durch den Mittelpunkt eines ringförmigen Tragelements (3) und senkrecht zur Ebene, in der das ringförmige Tragelement (3) liegt verläuft und eine zweite Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung ist, umfassend: – ein ringförmiges Tragelement (3) – eine Anzahl von mindestens drei äquidistant auf dem Umfang des Tragelements (3) angeordneten stabförmigen Linearführungen (2), wobei: – jede Linearführung (2) zwei Abschnitte aufweist, einen Formstab (22) und einen Antriebsstab (21), wobei der Formstab (22) einen Abschnitt der Öffnung (4) bei Ihrer maximalen Öffnungsweite umrandet, – Formstab (22) und Antriebsstab (21) jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen und Antriebsstabs (21) und Formstab (22) so verbunden sind, dass die Gerade, auf der die Achse des Formstabes (22) liegt parallel zu der Geraden ist, auf der die Achse des Antriebsstabs (21) liegt, – der Antriebsstab (21) an seinem ersten Ende (211) in der Ebene des ringförmigen Tragelements (3) und in dieser drehbar auf dem ringförmigen Tragelement (3) befestigt ist, – das zweite Ende (212) des Antriebsstabs (21) in das Innere des ringförmigen Tragelements (3) gerichtet ist, – die Linearführungen (2) achsialsymmetrisch so um die Achse der Öffnung (4) angeordnet sind, das das zweite Ende (222) jedes Formstabs (22) auf einem, in der ersten Drehrichtung, benachbarten Formstab (22) verschiebbar gelagert ist, und die Abschnitte der Formstäbe (22), zwischen zweitem Ende (222) und Punkt der verschiebbaren Lagerung des zweiten Endes (222) eines, in der zweiten Drehrichtung, benachbarten Formstabs (22) Abschnitte der Umrandung der Öffnung (4) bilden – alle Linearführungen (2) zeitgleich um einen gleichen Verstellwinkel verstellbar sind und die zweiten Enden (222) jedes Formstabs (22) sich auf dem, jeweils in die erste Drehrichtung gesehen, benachbarten Formstab (22) derart verschieben, dass die Abschnitte der Formstäbe (22) die die Umrandung bilden, je nach Verstellwinkel größer oder kleiner werden und so der Radius der Öffnung (4) größer oder kleiner wird.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (212) des Antriebsstabs (21) direkt mit dem ersten Ende (221) des Formstabs (22) verbunden ist.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (212) jedes Antriebsstabs (21) über ein mit einer Abwinklung (83) versehenes Koppelelement (8) mit einem Formstab (22) verbunden ist und wobei jedes Koppelelement (8): – mit seinem zweiten Ende (82) verschiebbar auf einem Antriebsstab (21) derart gelagert ist, dass dieses zweite Ende (83) sich zwischen den beiden Enden (211, 212) des Antriebsstabs (21) befindet, – zwischen Abwinklung (83) und seinem ersten Ende (81) das Koppelelement (8) verschiebbar so auf einem in der zweiten Richtung benachbarten Antriebsstab (8) gelagert ist, dass das erste Ende (81) näher am zweiten Ende (212) des Antriebsstabs (21) liegt, als das zweite Ende (82) des in zweiter Richtung benachbarten Koppelelements (8), – am ersten Ende (81) ein Formstab (22) zwischen seinen beiden Enden (221, 222) starr so gehalten wird, dass seine Achse parallel zu der Achse des in der zweiten Richtung benachbarten Antriebsstabs (21) verläuft.
Mechanische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Formstäben (22), Antriebsstäben (21) und ggf. Koppelelementen (8) gleich ist.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinklung (83) des Koppelelements (8) einen Innenwinkel von 360°/(Anzahl der Koppelelemente (8)) realisiert.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Linearführungen (2) Antriebsstäbe (21) einer ersten und einer zweiten Art aufweist, wobei auf jedem Antriebsstab (21) der ersten Art ein Formstab (22) verschiebbar gelagert ist sowie das zweite Ende (81) eines mit einer Abwinklung (83) versehenen Koppelelements (8) verschiebbar gelagert ist, wobei jedes Koppelelement (8): – zwischen Abwinklung (83) und seinem ersten Ende (81) gleitend auf einem in der zweiten Richtung benachbarten Antriebsstab (21) der zweiten Art gelagert ist, – am ersten Ende (81) ein in zweiter Richtung benachbarter Formstab (22), dessen Achse parallel zu der Achse des Antriebsstabs (21) zweiter Art ist, zwischen seinen beiden Enden (221, 222) starr gehalten wird, und die zweiten Enden der Formstäbe (22), die auf den Antriebsstäben (21) der ersten Art verschiebbar gelagert sind so in den benachbarten Formstäben (22) geführt sind, dass sowohl Zug- als auch Druckkräfte auf diese übertragen werden und wobei Linearführungen (2) mit Antriebsstäben (21) der ersten Art und der zweiten Art alternierend auf dem ringförmigen Tragelement (3) angeordnet sind.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Linearführungen (2) gerade und größer als 2 und die Zahl der Koppelelemente (8) halb so groß wie die Zahl der Linearführungen (2) ist.
Mechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinklung (83) des Koppelelements (8) einen Innenwinkel von 360°/(2·Anzahl der Koppelelemente (8)) realisiert.
Mechanische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum ringförmigen Tragelement (3) und auf einer oder auf beiden Seiten von diesem ein Stützring (9) angeordnet ist, der in Kontakt mit den Antriebsstäben (21) steht und Kräfte aufnimmt, die parallel zur Achse der Öffnung (4) auf wirken.