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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Aufhängungsanordnungen und ist insbesondere auf Aufhängungsanordnungen für Schwingungsenergiegewinner gerichtet.
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Stand der Technik
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Immer mehr Maschinenteile werden überwacht, um einen Zustand des Maschinenteils zu bestimmen. Die Überwachung wird üblicherweise mit einem oder mehreren Sensoren durchgeführt, um einen oder mehrere physikalische Parameter zu messen und diese physikalischen Parameter in elektrische Signale umzuwandeln, wobei die Signale unter Umständen signalverarbeitet werden. Um diese Signale als Rohdaten, als vorverarbeitete Daten oder nur als eine Anzeige des Zustands des Maschinenteils an einen geeigneten Ort, wie beispielsweise einem Steuerungsraum oder dergleichen, zu bekommen, gibt es irgendeine Art von Kommunikationseinheit. In den meisten Fällen überträgt die Kommunikationseinheit die Informationen drahtlos. An vielen Orten, an denen es wünschenswert ist, eine Zustandsüberwachung durchzuführen, ist eine Energieversorgung nicht einfach zugänglich. Eine Batterie wird dann notwendig, oder es wird, falls eine langfristige wartungsfreie Sensoreinheit gewünscht ist, eine Art von Energiegewinner notwendig werden.
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Energiegewinnung kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Solarzellen funktionieren in vielen Fällen nicht, da das Maschinenteil, das überwacht werden soll, sehr wahrscheinlich in einem geschlossenen Raum, wie beispielsweise einem Gebäude, ist. Schwingungsenergiegewinner arbeiten in jeder Umgebung, hell oder dunkel, solange Schwingungen verfügbar sind. Da eine Zustandsüberwachung häufig an rotierenden Maschinenteilen, wie beispielsweise Wellen und Lagern, vorgenommen wird, sind Schwingungen verfügbar.
US2015/0180374 und W02017/086785 beschreiben Schwingungsenergiegewinner. In der Theorie erzeugt ein Schwingungsenergiegewinner Energie, solange es Schwingungen gibt, jedoch umfasst ein Schwingungsenergiegewinner bewegbare Teile und diese bewegbaren Teile können sich in rauen Umgebungen mit Schwingungen von bis zu 100g, wie beispielsweise bei einer Zustandsüberwachung von Zuglagern und -achsen, schnell verschlechtern. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dass die Zustandsüberwachungsausrüstung keine häufigere Wartung benötigt als das Maschinenteil, das sie überwacht. Es gibt noch Raum für Verbesserungen.
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Zusammenfassung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Aufhängungsanordnung und einen Energiegewinner mit einer solchen Aufhängungsanordnung für raue Umgebungen, bei denen hohe G-Kräfte vorliegen, zu definieren.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Aufhängungsanordnung mit einer Federung und einen Schwingungsenergiegewinner mit einer solche Aufhängungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Aufhängungsanordnung umfasst einen Aufhängungsrahmen, der bewegbar mit einem Tragrahmen verbunden ist, so dass der Aufhängungsrahmen relativ zu dem Tragrahmen in einer Bewegungshauptrichtung bewegbar ist. Der Aufhängungsrahmen ist mit dem Tragrahmen durch zumindest eine Federung oder Feder (die Begriffe Federung und Feder werden im Folgenden als Synonyme verwendet), zum Beispiel in der Ausführungsform als eine oder mehrere orthoplanare Federn, bewegbar verbunden. Um die Belastungsmenge, der die Feder oder die Federn ausgesetzt sein können, zu begrenzen, umfasst der Aufhängungsrahmen einen oder mehrere Anschläge, die im Gebrauch mit einem oder mehreren Anschlägen, die der Tragrahmen aufweist, zusammentreffen. Dabei sind die zusammentreffenden Anschläge an dem Aufhängungs- und dem Tragrahmen derart ausgestaltet, dass eine definierte Bewegung des Aufhängungsrahmens relativ zu dem Tragrahmen unter normalen Schwingungsbedingungen ermöglicht wird, aber dass diese Bewegung im Fall von übermäßigen, extremen und/oder schlaglastähnlichen Schwingungsbedingungen begrenzt ist, um eine Überbelastung der Federungen zu verhindern. Dabei ist es nur eine Möglichkeit, dass die zusammentreffenden Anschläge derart ausgebildet sind, dass im Gebrauch, wenn der Aufhängungsrahmen sich ungestört (das heißt unter normalen Schwingungsbedingungen) relativ zu dem Tragrahmen in der Hauptbewegungsrichtung bewegt, der Abstand zwischen ihnen ungefähr gleichbleibt. Die Aufhängungsanordnung mit der Federung und der Schwingungsenergiegewinner mit einer solchen Aufhängungsanordnung sind für einen langfristigen Gebrauch in rauen Schwingungsumgebungen geeignet.
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Die voranstehend genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung ferner durch eine Aufhängungsanordnung mit einem Aufhängungsrahmen und einem Tragrahmen gelöst. Der Aufhängungsrahmen ist derart bewegbar mit dem Tragrahmen verbunden, dass der Aufhängungsrahmen relativ zu dem Tragrahmen bewegbar ist. Gemäß der Erfindung umfasst die Aufhängungsanordnung ferner zumindest eine orthoplanare Feder und der Aufhängungsrahmen ist bewegbar mit dem Tragrahmen mittels der zumindest einen orthoplanaren Feder verbunden. Der Tragrahmen umfasst zumindest einen Anschlag und der Aufhängungsrahmen umfasst zumindest einen Anschlag, wobei im Gebrauch in einem Betriebsbereich einer relativen Bewegung zwischen dem Tragrahmen und dem Aufhängungsrahmen der zumindest eine Aufhängungsrahmenanschlag auf den zumindest einen Tragrahmenanschlag trifft und die zusammentreffenden Anschläge derart ausgebildet sind, dass eine definierte Bewegung des Aufhängungsrahmens relativ zu dem Tragrahmen unter normalen Schwingungsbedingungen des Betriebsbereichs möglich ist, aber dass diese Bewegung im Fall von übermäßigen, extremen und/oder schlaglastähnlichen Schwingungsbedingungen begrenzt ist. Dies dient dazu, die Belastungen, die in die zumindest eine orthoplanare Feder eingebracht werden, wenn die Aufhängungsanordnung einer schädlichen Beschleunigung ausgesetzt ist, zu begrenzen.
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Geeigneterweise hat der zumindest eine Anschlag des Aufhängungsrahmens entweder eine größere Fläche, ein oder mehrere Kontaktstellen, ein oder mehrere Kontaktbereiche, wobei jeder Bereich kleiner als ein Bereich der größeren Fläche ist, oder ein oder mehrere Kontaktlinienabschnitte. Der zumindest eine Anschlag des Tragrahmens ist geeigneterweise entweder eine größere Fläche, ein oder mehrere Kontaktstellen, ein oder mehrere Kontaktbereiche, wobei jeder Bereich kleiner als ein Bereich der größeren Fläche ist, oder ein oder mehrere Kontaktlinienabschnitte. Die Art jedes Anschlags wird am besten gewählt, um am besten zu dem anderen zu passen. Eine Fläche passt leicht zu allen.
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In einigen Ausführungsformen sind der zumindest eine Anschlag des Tragrahmens und der zumindest eine Anschlag des Aufhängungsrahmens Flächen. Geeigneterweise sind die Anschlagsflächen geneigte Flächen. Alternativ sind die Anschlagsflächen gekrümmte Flächen. Gerade in einer möglichen Ausführungsform sind sie gewinkelt oder gekrümmt, so dass im Gebrauch im Betriebsbereich der relativen Bewegung zwischen dem Tragrahmen und dem Aufhängungsrahmen ein Abstand zwischen jedem Paar der zusammentreffenden, gekrümmten Flächen im Wesentlichen gleich bleibt. Wenn die zusammentreffenden Anschläge jedoch Schlägen und extremen Schwingungen unterworfen werden, treffen sie aufeinander und die Aufhängungsanordnung wird augenblicklich aufhören zu arbeiten. Da jedoch der Betriebsabstand zwischen den zusammentreffenden Anschlägen aufgrund ihrer Ausgestaltung sehr klein, in der Größenordnung von 0,1 mm, ist, werden die Federn/Federungen nur einer begrenzten Belastungsmenge ausgesetzt.
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In einigen Ausführungsformen haben die eine oder mehreren orthoplanaren Federn eine Dicke, eine Breite und eine Länge, wobei die Dicke zumindest eine Größenordnung kleiner ist als entweder die Länge oder die Breite, wobei die Länge der Federn größer ist als die Breite der Federn. Die Federn haben ferner über ihre Breite ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das erste Ende und das zweite Ende sind an gegenüberliegenden Enden entlang der Länge der Federn angeordnet, wobei die Federn drei Bereiche aufweisen. Ein erster Verbindungsbereich an dem ersten Ende der Federn spannt sich quer über die Breite der Fedem und von dem ersten Ende der Federn entlang eines Teils der Länge der Federn. Ein zweiter Verbindungsbereich an dem zweiten Ende der Feder spannt sich quer über die Breite der Federn und von dem zweiten Ende entlang eines Teils der Länge der Federn. Und ein Federbereich, der im Wesentlichen rechteckig ist, spannt sich zwischen dem ersten Verbindungsbereich und dem zweiten Verbindungsbereich quer über die Breite der Federn und entlang der Länge der Federn. Der Federbereich umfasst zumindest einen Schlitz mit einem ersten Endpunkt und einem zweiten Endpunkt. Der zumindest eine Schlitz verläuft entlang der Länge jeder Feder, so dass jede der Federn in einem Stück ist.
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Geeigneterweise tritt der erste Endpunkt in den ersten Verbindungsbereich ein und/oder der zweite Endpunkt tritt in den zweiten Verbindungsbereich von zumindest einem der zumindest einen Schlitze ein. Vorteilhafterweise ist der zumindest eine der zumindest einen Schlitze zumindest innerhalb der Federbereiche gerade. Vorzugsweise ist eine Breite des zumindest einen der zumindest einen Schlitze zumindest innerhalb des Federbereichs konstant. Geeigneterweise sind die Breiten der Federn zumindest innerhalb des Federbereichs konstant.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die orthoplanaren Federn aus einem metallischen Material hergestellt.
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Die unterschiedlichen zusätzlichen Verbesserungen der Aufhängungsanordnung gemäß der Erfindung können in einer jeder gewünschten Weise kombiniert werden, solange keine widersprüchlichen Merkmale kombiniert werden.
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Die voranstehende Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß durch einen Schwingungsenergiegewinner gelöst, der eine Aufhängungsanordnung mit einer Spule aufweist, die sich im Gebrauch relativ zu einem magnetischen Feld aufgrund von Schwingungen bewegt, denen die Aufhängungsanordnung ausgesetzt ist. Der Gewinner umfasst ferner eine Elektronikeinheit, die mit der Spule verbunden ist und die Mittel aufweist, um Energie, die durch die Spule, die sich in dem Magnetfeld bewegt, erzeugt wird, zu regulieren und zu speichem. Die Elektronikeinheit umfasst geeigneterweise Weise ein Schutzschaltungsmittel, um die Spule und die Elektronikeinheit zu schützen. Der Gewinner umfasst auch ein Ausgabeelement, um dadurch fähig zu sein, Energie von dem Energiegewinner an einen Energieverbraucher zu liefern. Gemäß der Erfindung ist die Aufhängungsanordnung eine Aufhängungsanordnung gemäß einer der zuvor beschriebenen Aufhängungsanordnungen. Ferner gibt es Magneten, die sich in einer festen Relation zu dem Tragrahmen der Aufhängungsanordnung befinden.
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Ein Hauptzweck der Erfindung ist, eine Aufhängungsanordnung mit einer oder mehreren Federungen und einen Energiegewinner mit einer solchen Aufhängungsanordnung bereitzustellen, die eine langen Nutzungsdauer auch in rauen Umgebungen hat. Dies wird durch die Verwendung von orthoplanaren Federn, Federungen erreicht, die in einem Stück sind, das leicht montierbar ist und noch geringe Belastungslevel haben, wenn sie Scherkräften ausgesetzt sind. Dies wird erreicht, indem parallele Federn durch das Hinzufügen von einem oder mehreren Schlitzen erzeugt werden. Um die Belastungsmenge, der die Federungen ausgesetzt sind, zu begrenzen, umfasst der Aufhängungsrahmen einen oder mehrere Anschläge, die im Gebrauch mit einem oder mehreren Anschlägen zusammentreffen, die der Tragrahmen umfasst. Andere Vorteile dieser Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun ausführlicher für erklärende und in keinem Sinne beschränkende Zwecke mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in welchen
- 1 eine isometrische Ansicht einer Aufhängungsanordnung darstellt, wobei Federungen/Federn gemäß der Erfindung als Aufhängungsfedern entsprechend montiert sind,
- 2 eine isometrische Ansicht einer Federung/Feder zeigt,
- 3 eine isometrische Ansicht einer Federung/Feder gemäß der Erfindung zeigt,
- 4 eine Seitenansicht einer Aufhängungsanordnung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung zeigt,
- 5 einen Graphen zeigt, der den Einfluss der Bewegung des Aufhängungsrahmens relativ zu dem Tragrahmen in Anbetracht der geneigten Anschlagsflächen zeigt,
- 6A - 6B eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung zeigt, die Anschläge gemäß der Erfindung aufweist,
- 7 eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung zeigt, die Anschläge gemäß der Erfindung aufweist,
- 8 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung gemäß der Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Um das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung deutlich zu machen, werden nun einige Beispiele ihrer Verwendung in Verbindung mit den 1 bis 5 beschrieben.
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1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Aufhängungsanordnung 100, bei den Federungen/Federn gemäß der Erfindung entsprechend als Aufhängungsfedern 112, 114 montiert sind. Die Aufhängungsanordnung 100 umfasst einen Tragrahmen 102 und einen Aufhängungsrahmen 104. Der Aufhängungsrahmen 104 ist in dem Tragrahmen 102 mittels einer oder mehrerer Aufhängungsfedern/-federungen 112, 114 abgehängt. Es gibt entsprechend zumindest zwei orthoplanare Federn 112, 114, um die Bewegung 150 des Aufhängungsrahmens 102 in einer vertikalen Richtung 142 so weit wie möglich zu beschränken.
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Die dargestellte Aufhängungsanordnung 100 ist dazu gedacht, in einem Schwingungsenergiegewinner verwendet zu werden, welcher dann auch eine gewickelte Spule in dem Aufhängungsrahmen und Magneten auf jeder Seite des Tragrahmens 102 umfasst, wodurch eine sich in dem Magnetfeld bewegende 150 Spule erzeugt wird. Wenn der Tragrahmen 102 im Gebrauch ist, ist der Tragrahmen 102 mit der Gravitation 199 derart ausgerichtet, dass der Aufhängungsrahmen 104 sich relativ zu dem Tragrahmen 102 bewegen 150 kann, wenn es Schwingungen in der vertikalen Richtung 142 gibt. In einer bevorzugten Situation sind die Eigenschaften der Aufhängungsfedern 112, 114 relativ zu dem Gesamtgewicht des Aufhängungsrahmens 104 mit einer Spule derart, dass in Ruhe der Aufhängungsrahmen 104 eine neutrale Position erreicht, so dass er sich innerhalb der Beschränkung der zwei Anschläge 122, 124 bewegen 150 kann. Wenn der Tragrahmen 102 Schwingungen in der vertikalen Richtung 142 ausgesetzt ist, bewegt sich der Tragrahmen 102 mit den Magneten mit den Schwingungen und aufgrund der Eigenschaften der Aufhängungsfedern 112, 114 reagiert der Aufhängungsrahmen 104 dynamisch auf die Schwingungen, was eine relative Bewegung zwischen der Spule und den Magneten erzeugt. Die Anschläge 122, 124, die hier als ein Teil des Aufhängungsrahmen 104 oder an ihm befestigt dargestellt sind, können natürlich auch ganz oder teilweise Teil des Tragrahmen 102 oder an ihm befestigt sein. Die Anschläge 122, 124 sind dafür, die vertikale 142 Bewegung 150 des Aufhängungsrahmens 104 relativ zu dem Tragrahmen 102 zu beschränken, wenn Schwingungen oder Schockwellen in der vertikalen Richtung 142 so groß werden, dass die Aufhängungsfedern 112, 114 schädlichen Belastungen ausgesetzt werden. In dieser Ausführungsform haben die Anschläge eine zweite Verwendung, bei der sie Verbindungs-/Befestigungsstellen der Aufhängungsfedern 112, 114 an dem Aufhängungsrahmen 104 sind.
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Idealerweise treten Schwingungen nur in der vertikalen Richtung 142 auf. Jedoch können Schwingungen und Schockwellen, insbesondere in rauen Umgebungen, wie beispielsweise bei einer Montage an einem Lager eines Güterzugs, auch in einer longitudinalen Richtung 144 und einer transversalen Richtung 146 auftreten. Der Aufhängungsrahmen 104 wird bis zu einem gewissen Grad Bewegungen in der longitudinalen Richtung 144 seiner selbst beschränken, aber es muss ein Gleichgewicht zwischen dem Beschränken der Bewegung in der longitudinalen Richtung 144 und dem benötigten Spiel zwischen der Spule und den Magneten herrschen, um nicht die Bewegung 150 in der vertikalen Richtung 142 zu beschränken. Die relative Bewegung der longitudinalen Richtung 144 zwischen dem Aufhängungsrahmen 104 und dem Tragrahmen 102 verursacht extrem schädliche Scherkräfte an den Aufhängungsfedern 112, 114, was in hohen Belastungslevel resultiert, die einen Materialverschleiß verursachen. Eine hohe Anzahl von Zyklen bei hohen Belastungslevel wird die Leistungsfähigkeit der Aufhängungsfedern 112, 114 verschlechtern und schließlich ihren Bruch verursachen. Jegliche Schwingungen oder Schockwellen in der transversalen Richtung 146 werden nur durch ein Spiel beschränkt, das zwischen dem Tragrahmen 102 und dem Aufhängungsrahmen 104 existiert. Auch wenn das Spiel klein sein kann, können sie, falls die Schockwellen und Schwingungen in der transversalen Richtung 146 groß und häufig sind, einen schweren Schaden an den Aufhängungsfedern 112, 114 aufgrund des Aussetzens hoher Belastungslevel verursachen.
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2 zeigt eine isometrische Ansicht einer orthoplanaren Federung/Feder 212. Die Federung 212 ist ein flaches Stück, das in drei Bereiche geteilt ist, die durch die zwei Linien 272, 278 geteilt sind. Es gibt einen ersten Verbindungs-/Befestigungsbereich 232, einen Feder-212-bereich 234 und einen zweiten Verbindungs-/Befestigungsbereich 238. Nur der Feder-212-bereich 234 fungiert als eine Feder und seine Eigenschaften hängen von der Länge 264, Breite 265, Dicke 262 und dem Material ab, aus dem er hergestellt ist. Das Material ist üblicherweise ein Metall, wie beispielsweise Federstahl. Die zwei Verbindungs-/Befestigungsbereiche 232, 238 sind für eine Verbindung und es wird für diese Darstellung angenommen, dass sie an den Verbindungsstellen bis zu ihren jeweiligen Linien 272, 278 über die Breite 265 der Federung 212 starr verklemmt sind. Im Gebrauch wird in einer Aufhängungsanordnung gemäß 1 eine Federung 212 für jede der zwei Aufhängungsfedern 112, 114 verwendet. Für diese Beschreibung wurde ausgewählt, dass für jede Federung 212 der Verbindungs-/Befestigungsbereich 238 an den Tragrahmen 102 verklemmt ist und der Verbindungs-/Befestigungsbereich 232 an den Aufhängungsrahmen 104 verklemmt ist. Es kann auch andersherum sein, da die Federung hinsichtlich beider Seiten die Gleiche ist. Das Ende jeder Federung 212, das an den Tragrahmen 102 verklemmt ist, ist hinsichtlich des Tragrahmens 102 fixiert. Das Ende jeder Federung 112, das an den Aufhängungsrahmen 104 verklemmt ist, wird sich zusammen mit dem Aufhängungsrahmen 104 bewegen 250.
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Wie voranstehend genannt, können Schwingungen und Schockwellen in der longitudinalen Richtung 244, insbesondere in rauen Umgebungen, wie beispielsweise Zuganwendungen, bei denen Schockwellen von bis zu 100g auftreten können und dadurch enorme Scherspannungen auf die Federung 212 bewirken, Probleme verursachen. Dies kann in einem Verschleiß der Federung 212 resultieren, was in einer begrenzten, nutzbaren Lebensdauer der Federung 112 resultiert und folglich der Aufhängungsanordnung 100 und eines Schwingungsenergiegewinners mit diesen Komponenten.
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3 zeigt eine isometrische Ansicht einer orthoplanaren Federung/Feder 315 gemäß der Erfindung. Die Federung 315 gemäß der Erfindung umfasst einen oder mehrere parallele, gerade Schlitze, wobei es in der dargestellten Ausführungsform zwei parallele, grade Schlitze 317, 318 gibt, die gleichmäßig verteilt sind. In anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Schlitze nicht gerade, beispielsweise gewellt oder gekrümmt, sein. In noch anderen Ausführungsformen sind der eine oder die mehrere Schlitze nicht gleichmäßig verteilt, was jeder der Federn unterschiedliche Eigenschaften gibt.
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Die Federung 315 ist in dieser Ausführungsform in fünf unterschiedliche Bereiche geteilt, die durch die zwei Linien 372, 378 und die zwei Schlitze 317, 318 geteilt sind. Die fünf Bereiche umfassen einen ersten Verbindungs-/Befestigungsbereich 332, drei Federbereiche 335, 336, 337 und einen zweiten Verbindungs-/Befestigungsbereich 338. Die geraden Schlitze 317, 318 kreuzen die zwei Linien 372, 378 und treten in die Verbindungs-/Befestigungsbereiche 332, 338 ein. Im Gebrauch sind die Enden der geraden Schlitze 317, 318 nicht sichtbar und in dieser Ausführungsform sieht es aus als gäbe es drei unabhängige, orthoplanare Federungen/Federn. In anderen Ausführungsformen kreuzen der eine oder die mehreren Schlitze die eine oder beide der zwei Linien 372, 378 nicht, was eine Kombination aus seriellen und parallelen Federn erzeugt. Nur die Feder-Bereiche 335, 336, 337 fungieren als Federn und ihre Eigenschaften hängen von der Länge 364, ihrer jeweiligen Breite 366, 367, 368, der Dicke 362 und dem Herstellungsmaterial ab. Die Breite jedes Schlitzes kann konstant oder variierend sein. Das Material ist üblicherweise ein Metall, wie beispielsweise Federstahl.
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Die drei Federbereiche 335, 336, 337 agieren als ein Set von drei parallelen Federn. Die Anzahl der parallelen Federn kann nur zwei sein, wobei es nur einen Schlitz gibt, oder es kann mehrere parallele Federn durch Einbringen von mehreren geraden Schlitzen geben. Durch Vorsehen von parallelen Federn gibt es eine reduzierte Belastung auf jeder Einzelnen der Federn im Vergleich zu der orthoplanaren Federung/Feder, wie sie in 2 dargestellt ist. Wenn es in der Scherrichtung 344 der Federung 315 Schwingungen oder Schockwellen gibt, gibt es eine signifikant reduzierte Belastung, da in dieser Richtung die Belastung sowie die zweiten Bewegungen des Bereichs signifikant reduziert sind. Dies resultiert in einer längeren Lebenserwartung der Federung relativ zu der Federung gemäß 2.
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Um die gleichen Eigenschaften in der Bewegungsrichtung 350 wie bei der Federung der 2 zu erhalten, wobei die Dicke 362 die Gleiche ist, sollten die Federbereiche ebenfalls die Gleichen sein, das heißt, die Federung 315 kann beispielsweise durch die hinzugefügten Breiten 369 aller Schlitze 317, 318 breiter sein.
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Ein großer Vorteil ist ebenfalls, dass die Federung weiterhin ein einzelnes Stück ist, was der Anordnung ermöglicht, als eine einzelne Federung hergestellt zu werden, nach dem Zusammenbau aber derart agiert als sei sie ein Set von mehreren parallelen Federn.
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Die zwei Verbindungs-/Befestigungsbereiche 332, 338 sind für eine Verbindung und es wird für diese Darstellung angenommen, dass sie an den Verbindungsstellen bis zu ihren jeweiligen Linien 372, 378 über die Breite der Federung 315 starr verklemmt sind, wodurch drei unabhängige, parallele Federn erzeugt werden. Im Gebrauch wird bei einer Aufhängungsanordnung gemäß der 1 eine Federung 315 für jede der zwei Aufhängungsfedern 112, 114 verwendet.
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Für diese Ausführungsform ist ausgewählt, dass bei jeder Federung 315 der Verbindungs-/Befestigungsbereich 338 an dem Tragrahmen 102 verklemmt ist und der Verbindungs-/Befestigungsbereich 332 an dem Aufhängungsrahmen 104 verklemmt ist. Es kann auch andersherum sein, da die Federung gleich ist, auch wenn sie von der anderen Seite betrachtet wird. Das Ende jeder Federung 315, das an den Tragrahmen 102 verklemmt ist, wird relativ zu dem Tragrahmen 102 fixiert. Das Ende jeder Federung 315, das an den Aufhängungsrahmen 104 verklemmt ist, bewegt 350 sich zusammen mit dem Aufhängungsrahmen 104.
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4 zeigt eine Seitenansicht einer Aufhängungsanordnung 400 gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, um insbesondere fähig zu sein, unerwünschte transversale Schwingungen und Schockwellen zu handhaben. Die Aufhängungsanordnung 400 umfasst einen Tragrahmen 402 und einen Aufhängungsrahmen 404. Der Aufhängungsrahmen 404 ist von dem Tragrahmen 402 mittels einer oder mehrerer Aufhängungsfedern 412, 414 abgehängt.
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Wenn der Tragrahmen 402 mit der Gravitation 499 ausgerichtet ist, kann der Aufhängungsrahmen 404 sich relativ zu dem Tragrahmen 402 bewegen 450. Der Aufhängungsrahmen 404 hat geeigneterweise Weise eine neutrale Position innerhalb der Begrenzung zweier Anschläge 422, 424.
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Idealerweise treten Schwingungen nur in der vertikalen Richtung auf. Jedoch können Schwingungen und Schockwellen, insbesondere in rauen Umgebungen, wie beispielsweise bei einer Montage an einem Lager eines Güterzugs, auch in einer transversalen Richtung 446 auftreten. Jegliche Schwingungen oder Schockwellen in der transversalen Richtung 446 sind durch einen Abstand beschränkt, der zwischen dem Tragrahmen 402 und dem Aufhängungsrahmen 404 existiert. Biegebelastungen der Federungen 412, 414 erhöhen sich bis der Aufhängungsrahmen 404 den Tragrahmen 402 an der Seite der Federung trifft.
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Auch wenn der Abstand nicht sehr groß sein mag, können sie, falls die Schockwellen und Schwingungen in der transversalen Richtung 446 groß und häufig sind, schwere Schäden an den Aufhängungsfedern 412, 414 durch das Aussetzen einer größeren Beugebelastung verursachen. Es ist der Zweck dieser Erfindung, die Überbelastung der Federungen oder andere äquivalente Mechanismen mittels eines Beschränkens einer mechanischen Bewegung aufgrund von Schockwellen durch Anschläge an sowohl dem Aufhängungsrahmen 404 als auch dem Tragrahmen 402 zu verhindern, die derart gebildet sind, dass ein Abstand zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und dem Tragrahmen 402 in einer kontrollierten Weise über die Betriebsbereichsbewegung 450 des Aufhängungsrahmens 404 relativ zu dem Tragrahmen 402 sehr kleingemacht werden kann. Die Anschläge sollten zumindest entlang dem Pfad der relativen Bewegung zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und dem Tragrahmen 402 zusammentreffen. Die Anschläge können zwei zusammentreffende Flächen, wie in der Ausführungsform gemäß 4, sein. Alternativ kann ein Anschlag an entweder dem Aufhängungsrahmen 404 oder dem Tragrahmen 402 eine Fläche sein, und ein zusammentreffender Anschlag an dem anderen Rahmen kann ein oder mehrere Kontaktstellen sein, ein oder mehrere Kontaktbereiche, wobei jeder Bereich kleiner ist als der Bereich der zusammentreffenden Anschlagsfläche, oder ein oder mehrere Kontaktlinienabschnitte sein. Die Kontaktstellen, -bereiche und -linienabschnitte sind Auskragungen. Es gibt auch die Möglichkeit einen oder mehreren Kontaktlinienabschnitten als beide zusammentreffenden Anschläge vorzusehen oder Kontaktlinienabschnitte als einen und ein oder mehrere kleinere Kontaktbereiche als den anderen vorzusehen, oder mehrere kleinere Kontaktbereiche als beide vorzusehen oder Kontaktstellen als einen und kleine Kontaktbereiche als den anderen vorzusehen. Es gibt verschiedene Arten diese anzuordnen, solange im Betriebsbewegungsbereich 450 die Anschläge an sowohl dem Aufhängungsrahmen 404 als auch dem Tragrahmen 402 so angeordnet sind, dass immer eine zugehörige Fläche, eine Stelle- oder einen Linienabschnitt gibt.
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Die Anschlagsflächen 481, 483, 485, 487, in dieser Ausführungsform geneigte Anschlagsflächen, werden ebenfalls während des Zusammenbaus eines Aufhängungsrahmens 404 in den Tragrahmen 402 verwendet. Der Zusammenbau der Aufhängungsfedern/-federungen 412, 415, 315 als Verbindungsstellen zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und einem Tragrahmen 402 wird mithilfe eines Zusammenbauwerkzeugs gemacht. Die Federungen 412, 414, 315 sind in einer geraden Position während des Zusammenbaus.
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Das Zusammenbauwerkzeug hält den Aufhängungsrahmen 404, so dass er sich relativ zu dem Tragrahmen 402 nur in der transversalen Richtung 446 bewegen kann. Geeignete Beilagen werden zwischen den zusammentreffenden, geneigten Anschlagsflächen 481, 483, 485, 487 verwendet, um dazu geeignet zu sein, einen gewünschten, kleinen Abstand zwischen den zusammentreffenden, geneigten Flächen 481, 483, 485, 487 im Gebrauch zu erhalten. Mit Beilagen zwischen den zusammentreffenden, geneigten Anschlagsflächen 481, 483, 485, 487 wird der Aufhängungsrahmen 104 in der transversalen Richtung 446 in Richtung der geneigten Anschlagsflächen 483, 487 des Tragrahmens 402 bewegt. Die Aufhängungsfedern/-federungen 412, 414, 315 werden dann an dem Tragrahmen 402 und dem Aufhängungsrahmen 404 befestigt.
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5 zeigt einen Graphen, der den Einfluss der Bewegung des Aufhängungsrahmens relativ zu dem Tragrahmen in Anbetracht der geneigten Anschlagsflächen zeigt. Eine oder mehrere Federungen, zwei gemäß der Ausführungsform der 4, erlauben dem Aufhängungsrahmen, sich relativ zu dem Tragrahmen zu bewegen und diktieren die Kinematik. Die Kinematik beschreibt einen Bewegungspfad, dem der Aufhängungsrahmen relativ zu dem Tragrahmen folgt und ist durch eine oder mehrere Federungen festgelegt.
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Mit Bezug auf sowohl 4 als auch 5 repräsentiert die negative Y-Achse 513 eine versetzte vertikale Bewegung 450 des Aufhängungsrahmens 404 über seinen Betriebsbereich 520 mit einer angezeigten, geeigneten Gleichgewichtsposition 521 des Aufhängungsrahmens 404. Die negative X-Achse 511 repräsentiert einen transversalen versetzten Abstand zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und dem Tragrahmen 402.
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Wenn sich der Aufhängungsrahmen 404 hoch und runter bewegt 450, bewegt sich der Aufhängungsrahmen 404 nicht in einer geraden Linie, sondern in einer leicht gekrümmten Linie 541. Dies ist das Ergebnis der sogenannten parasitischen Bewegung, die daran liegt, dass sich die Federungen 412, 414 beugen. Die Verbindungsstellen der Federungen 412, 414 mit dem Aufhängungsrahmen 404 folgen einem Bewegungspfad, der eine leicht gekrümmte Kurve ist, siehe 541 in 5. Dies resultiert in einer Lücke zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und dem Tragrahmen 402, die sich variiert. Gemäß diesem anderen Aspekt der Erfindung haben die Oberflächen 481, 483, 485, 487 zwischen dem Aufhängungsrahmen 404 und dem Tragrahmen 402, die am nächsten zueinander sind, lineare, auf beiden Seiten sich entsprechende Neigungen 551. Die lineare Flanke ist so, dass über den Betriebsbereich 520 des Aufhängungsrahmens die Lücke 525 zwischen den zusammentreffenden Flächen 481, 485 des Aufhängungsrahmens 404 und den zusammentreffenden Flächen 483, 487 des Tragrahmens 402 ziemlich konstant ist und sich nur wenig variiert.
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Dies resultiert in verschiedenen Vorteilen. Der Lückenabstand zwischen den zusammentreffenden Flächen 481, 483, 485, 487 kann angemessen gesteuert und extrem klein gemacht werden. Dies führt zu geringeren Belastungen der Federungen 412, 414, wenn es Schwingungen oder Schockwellen in der transversalen Richtung 446 gibt. Dies gibt den Federungen 412, 414 eine längere Lebensdauer.
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6A zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung in einem entspannten Zustand mit einer Federung 616 und mit Anschlägen 682, 684, 686, 688 gemäß der Erfindung. Ein Tragrahmen 603 ist mit einem Aufhängungsrahmen 605 über eine Federung 616 verbunden. Während einer ungestörten Bewegung 650 folgen die Kontaktstellen der Anschläge 682, 686 des Aufhängungsrahmens 605 einem Bewegungspfad 655, der im Prinzip äquidistant zu den gekrümmten Anschlägen 684, 688 des Tragrahmens 604 während einer ungestörten Bewegung über die Betriebsbereichsbewegung 650 ist. Der Bewegungsbereich ist in den meisten Ausführungsformen auch durch die Anschläge definiert/beschränkt (nicht gezeigt).
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6B zeigen eine Seitenansicht der Aufhängungsanordnung der 6A, aber in einem Zustand, der durch beispielsweise eine Schockwelle in der transversalen Richtung 646 auf die ungestörte Bewegungsrichtung 650 des Aufhängungsrahmens beeinflusst ist. Es kann deutlich gesehen werden, dass die Federung 618 in einem gebogenen Zustand ist und dass die zusammentreffenden Anschläge 682, 684, 686, 688 sich berühren. Dies begrenzt die Biegung der Federung auf jene, die gezeigt ist.
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7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung, die zwei Federungen 716, 717 und Anschläge 782, 784, 786, 788 gemäß der Erfindung aufweist. In dieser Ausführungsform ist eine Federung 716, 717 an jeder Seite eines Aufhängungsrahmens 705 platziert, wobei die Federungen relativ zueinander versetzt sind. Der Tragrahmen 703 wird nur schematisch zusammen mit seinen gebogenen Anschlagsflächen 784, 788 repräsentiert. Die Anschlagsflächen des Tragrahmens 703 sind in einer solchen Weise gebogen, dass sie in einer Äquidistanz zu einem ungestörten Bewegungspfad der Kontaktstellen der Anschläge 782, 786 des Aufhängungsrahmens 705 sind. Die Bewegung 750 des Aufhängungsrahmens wird auch in einem ungestörten Zustand nicht in einer geraden Linie sein, sondern um die Ruheposition gemäß den Kinematiken der Federungen geneigt sein, was in einer Kombination der Bewegungspfade 756 und 757 resultiert.
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8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung gemäß der Erfindung, ebenfalls in ihrer Grundform mit zwei Federungen 816, 817. Diese Federungen 816, 817 sind 90 Grad zueinander mit einem Aufhängungsrahmen 805 verbunden, wodurch eine kreisförmige Grundbewegung 851 erzeugt wird. Wie in 7 ist ein Tragrahmen 803 nur schematisch zusammen mit seinen gebogenen Anschlagsflächen 884, 886, 889 gezeigt. Die Anschlagsflächen des Tragrahmens 803 sind in einer solchen Weise gebogen, dass es eine Äquidistanz zu einem ungestörten Bewegungspfad 855 der Kontaktstellen der Anschläge 880, 882, 888 des Aufhängungsrahmens 805 gibt. Die Bewegung 851 des Aufhängungsrahmens ist auch im ungestörten Zustand nicht nur rotierend, sondern verschiebt sich ein bisschen.
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Wie voranstehend erwähnt, können die Anschläge unterschiedliche Formen annehmen. Die Anschläge können zwei zusammentreffende, geneigte oder gekrümmte Flächen sein. Alternativ können die zusammentreffenden Anschläge aus einer größeren Fläche genommen sein, ein oder mehrere Kontaktstellen sein, ein oder mehrere Kontaktbereiche sein, wobei jeder Bereich kleiner ist als ein Bereich der größeren Fläche, oder ein oder mehrere Kontaktlinienabschnitte sein. Die meiste Aufmerksamkeit muss wahrscheinlich der Verteilung und der Anzahl der Kontaktstellen gegeben werden, falls sie beide zusammentreffende Flächen benutzen. Die Kontaktstellen, -bereiche und -linienabschnitte sind Auskragungen.
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Die Erfindung basiert auf der grundlegenden erfinderischen Idee eines Vorsehens von einem oder mehreren Anschlägen auf sowohl dem Aufhängungsrahmen als auch dem Tragrahmen, so dass sie paarweise zusammentreffen und dass sie derart ausgebildet sind, dass sie eine definierte Bewegung des Aufhängungsrahmens relativ zu dem Tragrahmen unter normalen Schwingungszuständen des Betriebsbereichs ermöglichen, aber dass diese Bewegung im Fall von übermäßigen, extremen und/oder schocklastartigen Schwingungszuständen begrenzt ist. Die Erfindung ist nicht auf die voranstehend geschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Aufhängungsanordnung, wobei Federungen/Federn gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung als Aufhängungsfedern geeignet montiert sind:
- 100
- Aufhängunganordnung
- 102
- Tragrahmen
- 104
- Aufhängungsrahmen
- 112
- Erste Aufhängungsfeder
- 114
- Zweite Aufhängungsfeder
- 122
- Oberer Anschlag
- 124
- Unterer Anschlag
- 142
- Vertikale Richtung
- 144
- Longitudinale Richtung
- 146
- Transversale Richtung
- 150
- Richtung der Aufhängungsrahmenbewegung
- 199
- Gravitation
- 2 zeigt eine isometrische Ansicht einer Federung/Feder:
- 212
- Federung/Feder
- 232
- Verbindungs-/Befestigungsbereich mit einem Aufhängungsrahmen
- 234
- Federung-/Federbereich
- 238
- Verbindungs-/Befestigungsbereich mit einem Tragrahmen
- 244
- Longitudinale Richtung
- 250
- Federung/Feder und eine im Gebrauch verbundene Bewegungsrichtung des Aufhängungsrahmens
- 262
- Dicke der Federung/Feder
- 264
- Länge des Federung-/Federbereichs
- 265
- Breite des Federung-/Federbereich
- 272
- Federung-/Federbereichsgrenze zu einem Verbindungs-/Befestigungsbereich eines Aufhängungsrahmens
- 278
- Federung-/Federbereichsgrenze mit einem Verbindungs-/Befestigungsbereich eines Tragrahmens
- 3 zeigt eine isometrische Ansicht einer Federung/Feder gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung:
- 315
- Federung/Feder gemäß der Erfindung
- 317
- Erster Schlitz
- 318
- Zweiter Schlitz
- 332
- Verbindungs-/Befestigungsbereich mit einem Aufhängungsrahmen
- 335
- Erster Federung-/Federbereich
- 336
- Zweiter Federung-/Federbereich
- 337
- Dritter Federung-/Federbereich
- 338
- Verbindungs-/Befestigungsbereich mit einem Tragrahmen
- 344
- Longitudinale Richtung
- 350
- Federung/Feder und eine im Gebrauch verbundene Bewegungsrichtung des Aufhängungsrahmens
- 362
- Dicke der Federung/Feder
- 364
- Länge der Federung-/Federbereiche
- 366
- Breite des ersten Federung-/Federbereichs
- 367
- Breite des zweiten Federung-/Federbereichs
- 368
- Breite des dritten Federung-/Federbereichs
- 369
- Breite der Schlitze zwischen den Federung-/Federbereichen
- 372
- Federung-/Federbereichsgrenze mit einem Verbindungs-/Befestigungsbereich eines Aufhängungsrahmens
- 378
- Federung-/Federbereichsgrenze mit einem Verbindungs-/Befestigungsbereich eines Tragrahmens
- 4 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung gemäß der Erfindung:
- 400
- Aufhängungsanordnung
- 402
- Tragrahmen
- 404
- Aufhängungsrahmen
- 412
- Erste Aufhängungsfeder
- 414
- Zweite Aufhängungsfeder
- 422
- Oberer Anschlag
- 424
- Unterer Anschlag
- 446
- Transversale Richtung
- 450
- Federungen/Federn und die im Gebrauch verbundene Bewegungsrichtung des Aufhängungsrahmens
- 481
- Erste geneigte Anschlagsfläche an dem Aufhängungsrahmen
- 483
- Erste geneigte Anschlagsfläche an dem Tragrahmen, die mit der ersten geneigten Anschlagsfläche des Aufhängungsrahmens ineinandergreift
- 485
- Zweite geneigte Anschlagsfläche an dem Aufhängungsrahmen
- 487
- Zweite geneigte Anschlagsfläche an dem Tragrahmen, die mit der zweiten geneigten Anschlagsfläche des Aufhängungsrahmens ineinandergreift
- 489
- Gravitation
- 5 zeigt einen Graphen, der den Einfluss der Bewegung auf den Aufhängungsrahmen relativ zu dem Tragrahmen in Anbetracht der geneigten Anschlagsflächen zeigt:
- 511
- Transversaler Versatzabstand zwischen dem Tragrahmen und dem Aufhängungsrahmen
- 513
- Vertikaler Versatzabstand zwischen dem Tragrahmen und dem Aufhängungsrahmen
- 520
- Arbeitsbereich des Aufhängungsrahmens
- 521
- Mittelstelle des Arbeitsbereichs
- 525
- Lückenabstand zwischen den geneigten Anschlagsflächen an dem Aufhängungsrahmen und den geneigten Anschlagsflächen des Tragrahmens
- 581
- Arbeitsbereichsgrenze
- 539
- Geeigneter Abstand/Platz des unteren Anschlags
- 541
- Parasitische Bewegung des Aufhängungsrahmens
- 551
- Neigung der geneigten Flächen
- 6A & 6B zeigen eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung, die Anschläge gemäß der Erfindung aufweist:
- 603
- Tragrahmen
- 605
- Aufhängungsrahmen
- 616
- Erste Aufhängungsfeder in einem entspannten Zustand
- 618
- Erste Aufhängungsfeder in einem gebeugten Zustand
- 650
- Richtung der Aufhängungsrahmenbewegung
- 646
- Richtung der Kraft auf den Aufhängungsrahmen, transversale Richtung zu der ungestörten Bewegungsrichtung des Aufhängungsrahmens
- 655
- Bewegungspfad der Anschlagsgrenzflächen des Aufhängungsrahmens, wenn sich der Aufhängungsrahmen ungestört bewegt
- 682
- Erster Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 684
- Erster Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 686
- Zweiter Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 688
- Zweite Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer noch weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung, die Anschläge gemäß der Erfindung aufweist:
- 703
- Tragrahmen
- 705
- Aufhängungsrahmen
- 716
- Erste Aufhängungsfeder in einem entspannten Zustand
- 717
- Zweite Aufhängungsfeder in einem entspannten Zustand
- 750
- Richtung der Aufhängungsrahmenbewegung
- 756
- Bewegungspfad der Anschlagsgrenzflächen des Aufhängungsrahmens, wenn sich der Aufhängungsrahmen ungestört bewegt
- 757
- Bewegungspfad der Anschlagsgrenzflächen des Aufhängungsrahmens, wenn sich der Aufhängungsrahmen ungestört bewegt
- 782
- Erster Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 784
- Erster Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 786
- Zweiter Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 788
- Zweite Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufhängungsanordnung gemäß der Erfindung:
- 803
- Tragrahmen
- 805
- Aufhängungsrahmen
- 816
- Erste Aufhängungsfeder in einem entspannten Zustand
- 817
- Zweite Aufhängungsfeder in einem entspannten Zustand
- 851
- Richtung der Aufhängungsrahmenbewegung
- 855
- Bewegungspfad der Anschlagsgrenzflächen des Aufhängungsrahmens, wenn sich der Aufhängungsrahmen ungestört bewegt
- 880
- Optionaler Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 882
- Erster Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 884
- Erster Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 886
- Zweiter Anschlag und Anschlagsgrenzfläche des Aufhängungsrahmens
- 888
- Zweite Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
- 889
- Optionaler Anschlagsgrenzfläche des Tragrahmens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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