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Gegenstand der Erfindung ist ein Friktionsscharnier nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige Friktionsscharniere werden für Fensterflügel, Türen, an Fahrzeugen, beispielsweise für Fahrzeugtüren oder Motorhauben, an Maschinen oder für sonstige Zwecke verwendet. Die Scharniere sind so ausgebildet, dass sie eine gute Führung des von ihnen getragenen, schwenkbaren Teiles gewährleisten und für ausreichend Friktion sorgen, um beispielsweise eine Abdeckung in einem beliebigen Winkel, zu halten. Dazu wird durch die Drehung der beiden Scharnierflügel des Scharniers relativ zueinander ein Reibungsdrehmoment erzeugt, um die notwenige Friktion bereitzustellen.
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Das Reibungsdrehmoment ist ein Drehmoment, das an der Achse des Scharniers auftritt und die kinetische Reibung zwischen Festkörpern beschreibt. Während der Bewegung der beiden Scharnierflügel zueinander, d.h. bei einer Geschwindigkeit ungleich null, wirkt dieses Drehmoment entgegen der Bewegungsrichtung.
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Zur Erzeugung des Reibungsdrehmoment werden sogenannte Reibfedern verwendet, die um eine zylindrische Achse gelegt werden und diese klemmen, um Reibung zu erzeugen.
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Die
DE 10 2004 043 899 A1 offenbart ein Friktionsscharnier zum schwenkbeweglichen Verbinden zweier Bauteile mit einer ersten Scharnierhülse, die zu einer weiteren Scharnierhülse fluchtend angeordnet ist sowie eine Welle, die durch die Scharnierhülsen hindurch verläuft. Eine mit beiden Scharnierhülsen verbundene Reibfeder kann ein Reibmoment auf die bewegliche Welle ausüben.
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Auch die die
US 5 771 539 A zeigt ein Torsionsscharnier zum Erzeugen eines Reibungsdrehmoment, das jedoch nicht als gattungsgemäßes Friktionsscharnier ausgebildet ist. Das Scharnier umfasst eine Achse und ein einzelnes spiralförmiges Element, welches reibschlüssig um die Achse gewickelt ist. Das Element weist ein erstes Ende auf, das mit einem ersten Gelenkelement gekoppelt ist sowie ein zweites Ende, das mit einem zweiten Gelenkelement gekoppelt ist. Bei einer Bewegung des ersten Gelenkelements relativ zum zweiten Gelenkelement erzeugt das spiralförmige Element ein Reibungsdrehmoment auf der Oberfläche der Achse und somit ein Drehmoment zwischen den beiden Gelenkelementen.
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Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist jedoch, dass immer ein Schlupf zwischen dem Band bzw. Reibfeder und der darin angespannten Achse bzw. Welle auftreten kann.
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Die
DE 691 16 545 T2 zeigt ein Friktionsscharnier zum schwenkbeweglichen Verbinden zweier Bauteile, mit einer beweglichen Scharnierhülse, die zwischen zwei feststehenden Scharnierhülsen angeordnet ist sowie einer Achse, die durch alle Scharnierhülsen hindurch verläuft. Um die Achse ist eine bandförmige Feder lose gewunden, auf deren hervorstehendes Ende ein elastisches Element einwirkt, um das Band bei Verschwenkung der beiden Scharnierflügel gegeneinander festzuziehen um somit ein Reibungsdrehmoment auf die Achse auszuüben.
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Nachteilig an diesem Friktionsscharnier ist jedoch das übermäßige Spiel, das zwischen den beweglichen Teilen besteht, womit das Reibungsdrehmoment nicht genau dimensioniert werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Scharnier der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass unter Berücksichtigung eines möglichst genauen Dimensionierens des Reibmoments eine vereinfachte Bauform des Scharniers möglich ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Eine erste bevorzugte Ausführung sieht vor, dass mindestens zwei zueinander fluchtende Reibfedern mit radialen Ansätzen drehfest mit der ersten Scharnierhülse verbunden sind, wobei die erste Scharnierhülse vorteilhaft zwischen mindestens zwei feststehenden Scharnierhülsen gelagert ist, wobei die Reibfedern ein Reibdrehmoment auf die drehfest in den weiteren Scharnierhülsen gelagerte Achse (Welle) ausüben.
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Im Folgenden werden die Begriffe „Achse“ und „Welle“ als gleichbedeutend angesehen, bevorzugt jedoch der Begriff „Achse“ verwendet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführung ist es vorgesehen, dass das Scharnier jedoch nur aus zwei Scharnierhälften besteht, wobei eine Hälfte die feststehende Seite übernimmt und die andere die lose Seite. Somit hätte man eine Art aushängbaren Scharniers.
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Von besonderem Vorteil ist, dass die mindestens zwei Reibfedern keine gegenseitige Kopplung haben und als parallel geschaltetes Federpaket wirken. Sie sind deshalb auf der Achse hintereinander liegend aufgereiht und jede Reibfeder wirkt für sich. Sie können deshalb leicht ausgewechselt werden und das Federpaket kann durch Hinzunahme weiterer Reibfedern in seiner Friktionskraft eingestellt werden. Die parallele Kopplung der Reibfedern erfolgt durch das Eingreifen des jeweiligen Federendes in die gemeinsame Längsnut der ersten Scharnierhülse.
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Eine einzelne Reibfeder besteht aus einem gebogenen Federdraht, mit mindestens einer und maximal fünf Windungen, wobei zwei Windungen bevorzugt sind. Versuche haben gezeigt, dass ab fünf Windungen der Effekt des „Zuschnürens“ nicht mehr in signifikantem Maß auftritt. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Reibfeder auch mehr als zwei Windungen aufweisen. Ein derartiger Federdraht kann ein Runddraht oder ein Draht mit einem eckigen, beispielweise viereckigen Querschnitt sein oder aber eine ganz andere Gestaltung aufweisen.
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Die Reibfeder ist so gebogen, dass eine kreisförmige Öffnung entsteht, durch die die Achse geführt ist. Die Reibfeder liegt mit ihren Reibflächen, welche die Kontaktfläche innerhalb der Öffnungen bilden, auf der Achse bzw. auf dem Außenumfang der Achse auf. Je nach Querschnittsform des Federdrahtes besteht bei einem runden Querschnitt nur ein kleiner Kontaktbereich, wobei die Reibflächen tangential auf der Achse aufliegen, während bei einem viereckigen Querschnitt ein großer Kontaktbereich vorhanden ist und die Reibflächen flächig aufliegen. Die Reibflächen greifen reibschlüssig in die Oberfläche der Achse ein und erzeugen ein Reibungsdrehmoment, wenn der eine Scharnierflügel, der mit den Reibfedern gekoppelt ist, relativ zur Achse gedreht wird.
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Die kreisförmig gebogene Reibfeder weist einen werkstoffeinstückigen Ansatz auf, der sich in radialer Richtung nach außen hin erstreckt und das Ende des Federdrahtes darstellt. Der Ansatz streckt sich somit in einer Ebene von der Achse weg und ist in der Scharnierhülse - in diesem bevorzugten Beispiel - in einer Längsnut bevorzugt spielfrei gelagert. Der Ansatz wird in einer Längsnut der Scharnierhülse aufgenommen, womit die Reibfeder mit der Scharnierhülse gekoppelt ist und die Bewegungen der Hülse auf die Feder übertragen werden. Es handelt sich deshalb um einen verdeckten Einbau der mindestens zwei Reibfedern im Innenraum der Scharnierhülse, was mit dem Vorteil einer präzisen Führung der Reibfedern und einem Schutz vor Verschmutzung verbunden ist.
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In einer anderen Ausführung kann auch ein offener Einbau der Federn erfolgen, die von außen sichtbar sind. In dieser offenen Variante sind die einzelnen Federn auch sichtbar. Eine solche Ausführung hat den Vorteil einer leichten Montage und die Möglichkeit der Überprüfung der Funktion der Federn.
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Die Längsnut erstreckt sich in Längsrichtung der Scharnierhülse und ist in die innere Umfangsfläche des Innenraumes eingebracht.
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Zur optimalen Erzeugung des Reibungsdrehmoments ist es erforderlich, dass mindestens ein Ende der Reibfeder, im Folgenden als Ansatz bezeichnet, eingespannt wird, wobei das größte Reibungsdrehmoment in der Rotationsrichtung erzeugt wird, bei der die Reibfeder dazu neigt, sich um die Achse festzuziehen, d.h. wenn die Öffnung der Reibfeder, welche die Achse umschließt, immer kleiner wird. Durch die derartige Erzeugung der Friktion ist es möglich eine bestimmte Winkelstellung des Scharniers aufrecht zu erhalten. Damit wird eine Arretierkraft erzeugt, die eine Blockierung des Scharniers ausführt.
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In dieser ersten Ausführung ist vorgesehen, dass sich die Reibfeder nur mit dem ersten radialen Federende an der als Anschlagfläche ausgebildeten Längsnut der Scharnierhülse abstützt und dass das zweite Federende reibschlüssig und anschlaglos an der Achse anliegt und von dieser mitgenommen wird.
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In einer zweiten Ausführung ist vorgesehen, dass sich die Reibfeder ebenfalls mit einem ersten radialen Federende an der als Anschlagfläche ausgebildeten Längsnut der Scharnierhülse abstützt und dass aber das zweite Federende anschlaggestützt an der Achse anliegt und von dieser mitgenommen wird.
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Das Friktionsscharnier weist bevorzugt zwei symmetrische Scharnierflügel auf, wobei der eine Scharnierflügel an einer feststehenden Oberfläche befestigt ist während der andere Scharnierflügel an einer relativ dazu beweglichen Oberfläche befestigt ist.
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Die Achse weist an ihrem vorderen und hinteren Ende jeweils eine Quernut auf. Diese Quernut ist eine ausgehend von der Stirnseite der Achse in Längsrichtung verlaufende Aussparung, welche in das vordere und hintere Ende der Achse eingefräst oder gesägt ist.
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Die Achse ist stirnseitig von einem hülsenförmigen Endstück abgedeckt, das die Quernut umschließt, und welches in den Innenraum der Scharnierhülse eingesteckt ist. Das Endstück weist einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ansatz auf, der formschlüssig in eine Nut im Innenraum der Scharnierhülse eingreift.
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Der Ansatz ist werkstoffeinstückig mit dem Endstück verbunden und hat gegenüber der Nut eine leichte Übermaßpassung, um einen Formschluss zu generieren.
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Der Ansatz und die dazu komplementäre Nut kann jegliche Formgebung, wie z.B. ein Polygon und eine dazu gehörige Aussparung aufweisen.
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Die Mantelfläche des hinteren und vorderen Endes der Achse weist ein Sägezahnprofil auf, welches seitlich von der Quernut unterbrochen ist. Das Endstück wird bei der Montage des Friktionsscharniers auf das Sägezahnprofil gepresst, um einen Formschluss zu generieren. Hierfür ist die Verzahnung im Durchmesser größer ausgebildet als der Inndurchmesser des Endstücks. Das Endstück kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein oder auch aus einem Zinkdruckguss, wenn eine sehr hohe Friktion zu erwarten ist. Alternativ kann das Endstück auch aus anderen Materialien gefertigt sein. Bevorzugt ist die Innenfläche des Endstücks glatt ausgebildet, jedoch kann diese auch ein Innenprofil aufweisen. Sämtliche Profilformen im Verbindungsbereich Endstück und Achse dienen dazu, die Achse axial und gegen Verdrehung zu sichern.
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Für eine axiale Sicherung kann alternativ auch eine lösbare Verbindung, z.B. eine Schraubverbindung verwendet werden.
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In dem Innenraum der Hülse kann eine Rippe angeordnet sein, die sich beim Aufstecken des Endstücks auf die Achse in die Quernut einfügt und somit eine drehfeste Verbindung herstellt. Die Rippe ist kann im Querschnitt des Endstücks diagonal angeordnet sein und ragt in den Innenraum.
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Somit wird ein Nut-Gabel-Formschluss geschaffen, um das generierte Drehmoment vom Innenflügel auf den Außenflügel oder umgekehrt zu übertragen.
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Anstatt einer Quernut sind auch andere Profilformen möglich, die mit einem Profil innerhalb des Endstücks eine formschlüssige Verbindung eingehen. In kinematischer Umkehrung kann es auch vorgesehen sein, dass am Ende der Achse eine Rippe angeordnet ist und innerhalb des Endstücks eine Nut, in die der Steg eingreift.
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So werden komplementäre Geometrien, wie z.B. ein Polygon beansprucht, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen Endstück und Achse ermöglichen.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist die Feder nicht beschichtet, jedoch ist eine Beschichtung möglich, um die Friktion zu erhöhen.
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Mit der der Anzahl der Federn kann die Friktion eingestellt werden, wobei eine höhere Anzahl an Reibfedern auch eine höhere Friktion zur Folge hat.
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Das Verhältnis der Friktion hängt von dem Reibungskoeffizienten zwischen der Reibfeder und der Achse sowie der Anzahl der Reibfedern ab.
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Ebenfalls kann natürlich die umschlungene Achse mit einer Beschichtung versehen werden, die dann ggf. die Reibung erhöht, oder aber auch den Verschleiß der Achse verringert.
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Ein Reibungsscharnier, welches in jeder Richtung die gleiche Friktion aufweist, kann verwirklicht werden, wenn mehrere Reibfedern verwendet werden, von denen jede an ihrem Ansatz befestigt ist. Die Hälfte der Reibfedern ist dabei in einer Richtung um die Achse geschlungen, und die andere Hälfte ist in der entgegengesetzten Richtung um die Achse geschlungen. Damit kann eine Scharnieranordnung mit unterschiedlichem Reibungsmoment für jede Drehrichtung geschaffen werden.
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So können ein Teil der Reibfedern mit dem Ansatz beginnend und mit dem Federende endend auf der Achse montiert werden, während der andere Teil der Reibfedern mit dem Federende beginnend und mit dem Ansatz endend auf der Achse angeordnet sind. Somit kann die Anordnung von Reibfedern und Achse bidirektional verwendet werden, um das maximale Drehmoment für beide Rotationsrichtungen des Friktionsscharniers zu erhalten.
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Ein asymmetrisches Reibmoment kann erhalten werden, wenn verschiedene Anzahlen von identischen Reibfedern in beiden Richtungen verwendet werden. Ein asymmetrisches Reibungsdrehmoment kann auch erhalten werden, wenn andere Parameter variiert werden, wie z.B. der Abstand zwischen den Reibfedern, ohne dass es notwendig ist Reibfedern mit verschiedenen Merkmalen bereitzustellen.
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Auch ist ein Platzhalter zwischen den einzelnen Federn möglich, um die Friktion zu reduzieren.
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Die Achse besteht bevorzugt aus einem Edelstahl, z.B. aus 1.4305 rostfreiem Stahl, welcher bevorzug plasmanitriert wird. Andere Stähle mit entsprechender Behandlung, sind selbstverständlich als Achsenmaterial auch geeignet.
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Die Oberfläche der Achse ist bevorzugt glatt. In einer anderen Ausführung kann die Oberfläche auch beschichtet oder künstlich angeraut sein um die Reibung zu erhöhen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Friktionsscharnier wird eine reibschlüssige Verbindung geschaffen, bei der kein Spiel auftritt.
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Die vorliegende Erfindung kann für jede Richtung ein anderes Drehmoment zur Verfügung stellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Friktionsscharnier ist somit in den Scharnierhülsen durch die einzelnen Reibfedern, also im unmittelbaren Schwenkbewegungsabschnitt, ein Friktions- oder Reibungselement integriert, über das bei einer Schwenkbewegung der beiden Scharnierteile relativ zueinander ein Reibungswiderstand, der die Schwenkbewegung dämpft bzw. der Schwenkbewegung entgegensteht, erzeugt wird.
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Hierzu sind die einzelnen Reibfedern mit der einen Scharnierhülse des einen Scharnierteils drehfest verbunden und mit dem anderen Scharnierteil über die Achse reibungsgekoppelt, womit mit dem anderen Scharnierteil eine Reibungsverbindung besteht. Diese Reibungsverbindung erzeugt den von der Schwenkbewegung zu überwindenden Reibungs- oder Dämpfungswiderstand.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
- 1: eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Scharniers
- 2: eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Scharniers
- 3: eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 4: eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 5: eine perspektivische Detailansicht der Achse mit Reibfedern einer ersten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 6: eine perspektivische Detailansicht der Achse mit Reibfedern einer zweiten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 7: eine Detailansicht der Reibfeder
- 8: eine Detailansicht des Endstücks
- 9: eine Detailansicht des Achsenendes mit Reibfeder und Quernut
- 10: eine perspektivische Detailansicht der Achse mit Reibfedern einer dritten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung
- 11: eine perspektivische Detailansicht der Achse mit Reibfedern einer vierten Ausführungsform eines Scharniers gemäß der vorliegenden Erfindung 12: eine Detailansicht der Reibfeder
- 13: eine Detailansicht der Scharnierhülse
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1 zeigt eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Friktionsscharniers 21, welches über zwei zueinander verschwenkbar gelagerte Scharnierflügel 1, 2 verfügt. Die Drehachse 30, über welche der linke Scharnierflügel 1 mit dem rechten Scharnierflügel 2 verschwenkt werden kann, befindet sich mittig der zylindrischen Scharnierhülsen 22, 24 und verläuft durch die Achse 11.
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In 1 ist die Achse 11 stirnseitig von dem hülsenförmigen Endstück 3 abgedeckt, welches in den Innenraum 23 der Scharnierhülse 22 eingesteckt ist. Das Endstück 3 weist einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ansatz 13 auf, der eine im Querschnitt halbkreisförmige Formgebung besitzt. Dieser Ansatz 13, welcher werkstoffeinstückig mit dem Endstück 3 ausgebildet ist, greift formschlüssig in eine, ebenfalls im Querschnitt halbkreisförmige, Nut 19 ein, welche den ansonsten im Querschnitt kreisförmigen Innenraum 23 an einer Stelle radial vergrößert.
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Die Nut 19 ist in der Scharnierhülse 22 eingebracht, wobei im gezeigten Beispiel nach 1, die Nut 19 auf vier Uhr Stellung angeordnet ist.
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Der Scharnierflügel 1 verfügt über die Auflagefläche 8 und der Scharnierflügel 2 über die Auflagefläche 9, mit denen das Friktionsscharnier 21 auf unterschiedlichen Oberflächen, welche relativ zueinander bewegt werden sollen, montiert werden kann.
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2 zeigt die Draufsicht auf das erfindungsgemäße Friktionsscharnier 21, mit den beiden Scharnierflügeln 1, 2, welche über die Befestigungsbohrungen 4-7 verfügen, die es ermöglichen, das Friktionsscharnier 21 mit den Auflageflächen 8, 9 auf Oberflächen zu montieren bzw. zu verschrauben.
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Der Scharnierflügel 2 verfügt über zwei Scharnierhülsen 22, welche einen Innenraum 23 begrenzen, in dem die in 3 gezeigte Achse 11 gelagert ist. Ebenso verfügt der Scharnierflügel 1 über eine Scharnierhülse 24 mit einem Innenraum 25, in welchem die Achse 11 gelagert ist. Die Scharnierhülse 24 ist zwischen den beiden Scharnierhülsen 22 angeordnet, wobei die Innenräume 23, 25 zueinander fluchten.
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Durch die in den Scharnierhülsen 22, 24 gelagerte Achse verläuft die Drehachse 30, um welche sich die Scharnierflügel 1, 2 des Friktionsscharniers 21 drehen können.
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In der Explosionsansicht nach 3 ist die Achse 11 dargestellt, welche an ihrem vorderen und hinteren Ende über jeweils eine Quernut 14 verfügt. Diese Quernut 14 ist eine, ausgehende von der Stirnseite der Achse 11 in Längsrichtung verlaufende Aussparung, welche in das vordere und das hintere Ende der Achse 11 eingefräst oder gesägt wurde. Die Mantelflächen der hinteren und vorderen Enden der Achse 11 weist zudem ein Sägezahnprofil 12 auf, welches seitlich von der Quernut 14 unterbrochen ist.
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Zwischen dem vorderen und hinteren Ende der Achse, d.h. zwischen dem Bereich an dem die Quernut 14 und das Sägezahnprofil 12 in das Material der Achse eingearbeitet sind, befindet sich der Außenumfang 17, welcher eine glatte Mantelfläche der Achse 11 ist.
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Die einzelnen Reibfedern 10 definieren je eine Öffnung mit einem Innendurchmesser 26, wobei die in Reihe angeordneten Reibfedern 10, bedingt durch die fluchtenden Öffnungen, einen gemeinsamen Innenraum bilden. In diesen Innenraum kann die Achse 11 eingeführt werden.
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Hierbei kommt der Außenumfang 17 der Achse 11 in Kontakt mit den Reibflächen 15 innerhalb der Öffnungen der einzelnen Reibfedern 10, wobei eine Reibfläche 15 die Kontaktstelle der Achse 11 mit einer Reibfeder 10 darstellt.
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Jede Reibfeder 10 weist einen Ansatz 16 auf, der sich von der ansonsten kreisförmigen Reibfeder 10 in radialer Richtung erstreckt.
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Dieser Ansatz 16, bzw. die in Reihe angeordneten Ansätze 16 sind bei einem zusammengebauten Friktionsscharnier 21 in einer Längsnut 18 innerhalb der Scharnierhülse 24 gelagert. Diese Längsnut 18 erstreckt sich in Längsrichtung im Innenraum 25 und ist in die innere Umfangsfläche des Innenraums 25 eingebracht.
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Das vordere und hintere Ende der Achse 11 ist von je einem Endstück 3 abgedeckt, welches in den Innenraum 23 der Scharnierhülse 22 eingesteckt bzw. eingepresst ist. Das Endstück 3 weist den Ansatz 13 auf, der sich in zusammengebautem Zustand formschlüssig in die Nut 19 einpasst. Diese Nut 19 erstreckt sich in Längsrichtung im Innenraum 23 und ist in die innere Umfangsfläche des Innenraums 23 der Scharnierhülse 22 eingebracht.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Friktionsscharniers 21 in zusammengebautem Zustand. Der Innenraum der Hülse 3 weist eine Rippe 20 auf, welche in die Quernut 14 eingebracht ist. Bedingt durch die Rippe 20 im Inneren der Hülse 3 und dem Ansatz 13 am Außenumfang der Hülse 3 wird die Achse 11 in der Scharnierhülse 22 lagegesichert. Hierbei verhindert der formschlüssige Eingriff der Rippe 20 in die Quernut 14 und der formschlüssige Eingriff des Ansatzes 13 in der Nut 19 ein Verdrehen der Achse 11 innerhalb der Scharnierhülse 22.
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5 zeigt die durch die Öffnungen der in Reihe angeordneten Reibfedern 10 durchgeführte Achse 11. In unbelastetem Zustand liegen die Reibflächen 15 der einzelnen Federn 10 auf dem Außenumfang 17 der Achse 11 auf. Jede Reibfeder 10 weist einen Ansatz 16 und eine von diesem Ansatz 16 abgehende Kreisbahn auf, welche nach weniger als zwei Windungen in einem Federende 28 endet. Durch den Versatz zwischen Ansatz 16 und Federende 28, welches weniger als zwei Windungen in Längsrichtung neben und unterhalb des Ansatzes 16 angeordnet ist, ist es möglich den Ansatz 16 der darauffolgenden Reibfeder 10 oberhalb des Federendes 28 anzuordnen, wodurch die Windungen dieser Folgereibfeder bündig an den Windungen der vorhergehenden Reibfeder 10 anliegen.
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Wird nun der Scharnierflügel 1, in dessen Scharnierhülse 24 die Ansätze 16 der Reibfedern 10 formschlüssig in der Längsnut 18 eingesteckt sind, in Pfeilrichtung 27 gedreht, werden die einzelnen Reibfedern 10 komprimiert und der Innendurchmesser 26 der Reibfedern 10 verringert sich. Bereits in den ersten Winkelminuten während der Verdrehung stellt sich die maximal konfigurierte Friktion ein und bleibt bis zur Endlage der Schwenkbewegung konstant. Eine Zunahme der Friktion in Abhängigkeit vom absoluten Winkel ist nicht gegeben.
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Gemäß 5 schnüren sich die Reibfedern somit in Drehbewegung um die Achse. Entgegen der Drehrichtung läuft das ganze System frei und bei diesem Freilauf kommt es zu deutlich weniger Friktion. Das Friktionsscharnier hat somit in der einen Bewegungsrichtung nach Pfeilrichtung 27 ein erhöhtes Reibungsdrehmoment und in der anderen Bewegungsrichtung, entgegen Pfeilrichtung 27 ein reduziertes Reibungsdrehmoment.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bei dem nur das halbe aus einzelnen Reibfedern 10 gebildete Federpaket die gleiche Ausrichtung aufweist, bei der jede Reibfeder 10 mit einem Ansatz 16 beginnt und in einem Federende 28 endet. Ab der Mitte der Achse 11 sind die folgenden Reibfedern 10' verkehrt herum angeordnet, so dass jede Reibfeder 10' mit dem Federende 28' beginnt und in dem Ansatz 16' endet.
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Wird nun die Achse in Drehrichtung 27 betätigt, verringert sich der Innendurchmesser 26 der links der Mitte angeordneten Reibfedern 10 und der lnnendurchmesser 26 der rechts der Mitte angeordneten Reibfedern 10' vergrößert sich. Somit kann bei einer Öffnung- und bei einer Schließbewegung des Scharniers eine Friktion auf die Achse 11 ausgeübt werden.
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Mit dem spiegelverkehrten Einbau der Hälfte der Federn hat man eine reduziertere gesamte Friktion, jedoch in beiden Drehrichtungen die gleiche Friktion.
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In 7 ist eine einzelne Reibfeder 10 dargestellt, welche aus einem Runddraht gebogen ist. Aufgrund des runden Querschnitts der Windungen ist die Reibfläche 15 zwischen Reibfeder 10 und Außenumfang 17 der Achse 11 verhältnismäßig klein und liegt tangential auf dem Außenumfang 17 auf.
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Die einzelnen Reibfedern 10 definieren je eine Öffnung mit einem Innendurchmesser 26, wobei die in Reihe angeordneten Reibfedern 10, bedingt durch die fluchtenden Öffnungen, einen Innenraum bilden. In diesen Innenraum kann die Achse 11 eingeführt werden.
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Die Reibfeder 10, 10' weist im unbelasteten Zustand den Durchmesser 26 auf, der sich je nach einwirkender Kraft stufenlos in einen kleineren Durchmesser reduzieren lässt oder in einen größeren Durchmesser erhöht werden kann. Bauartbedingt und materialabhängig kann kein genauer Durchmesser definiert werden, in den sich der Durchmesser 26 ändern kann.
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8 zeigt das Endstück 3 mit einer im Querschnitt des Endstücks 3 diagonal angeordneten Rippe 20, welche in den Innenraum 29 ragt. Diese Rippe 20 wird in die Quernut 14 der Achse 11, wie sie in 9 zu sehen ist, eingesteckt. Das Sägezahnprofil 12 der Achse 11 kommt dabei in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Innenraums 29 des Endstücks 3 und verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen des Endstücks 3 von der Achse 11.
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Das Endstück 3, welches über den Ansatz 13 mit der Nut 19 der Scharnierhülse 22 verbunden ist, verhindert über den Eingriff der Rippe 20 in die Quernut 14, dass sich die Achse 11 aufgrund der durch die Reibfeder 10 auf die Achse 11 wirkenden Reibungskraft dreht.
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Die 10 und 11 zeigen je eine Ausführungsform bei der eine Distanzhülse 31, 32 zwischen einem linken Reibfederpaar und einem rechten Reibfederpaar angeordnet ist, durch welche ebenfalls die Achse 11 geführt ist. Gemäß 10, analog zu 6, ist das rechte Reibfederpaar, gebildet durch die aufgereihten Reibfedern 10' gegenüber dem linken Reibfederpaar, gebildet durch die aufgereihten Reibfedern 10 spiegelverkehrt angeordnet und beginnt mit dem Federende 28'.
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Gemäß 11, analog zu 5, sind das linke und das rechte Reibfederpaar gleich ausgerichtet, jedoch ist die Distanzhülse 32 gegenüber der Distanzhülse 31 von 10 schmäler ausgebildet.
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12 zeigt eine Ausführungsform einer Reibfeder 10', welche aus einem Draht mit einem eckigen Querschnitt gebogen ist. Aufgrund des viereckigen Querschnitts der Windungen ist die Reibfläche 15' zwischen Reibfeder 10' und Außenumfang 17 der Achse 11 verhältnismäßig groß ausgebildet und liegt flächig auf dem Außenumfang 17 auf.
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13 zeigt den Innenraum 25 des Scharnierflügels 1, in dessen Innenumfangsfläche sich eine Längsnut 18 in Längsrichtung erstreckt. Die Längsnut 18 wird an ihrem Übergang zur zylindrischen Innenumfangsfläche von jeweils einer Fase 33, 34 begrenzt, welche sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckt. Diese beidseitigen Fasen 33, 34 ermöglichen einen Einbau der Reibfeder 10 unabhängig von der Ausrichtung des Ansatzes 16. So dient die Fase 33 für den Einbau der Reibfeder 10 mit dem Ansatz 16 beginnenden und mit dem Federende 28 endend (im Uhrzeigersinn) und die Fase 34 für den Einbau der Reibfeder 10 mit dem Federende 28 beginnend und mit dem Ansatz 16 endend (entgegen dem Uhrzeigersinn). Die Fasen 33, 34 dienen dabei als Einführhilfe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scharnierflügel
- 2
- Scharnierflügel
- 3
- Endstück
- 4
- Befestigungsbohrung
- 5
- Befestigungsbohrung
- 6
- Befestigungsbohrung
- 7
- Befestigungsbohrung
- 8
- Auflagefläche
- 9
- Auflagefläche
- 10, 10'
- Reibfeder
- 11
- Achse
- 12
- Sägezahnprofil
- 13
- Ansatz
- 14
- Quernut
- 15, 15'
- Reibfläche
- 16, 16'
- Ansatz
- 17
- Außenumfang
- 18
- Längsnut
- 19
- Nut
- 20
- Rippe
- 21
- Friktionsscharnier
- 22
- Scharnierhülse
- 23
- Innenraum (von 22)
- 24
- Scharnierhülse
- 25
- Innenraum (von 24)
- 26
- Innendurchmesser (von 10)
- 27
- Drehrichtung
- 28, 28'
- Federende
- 29
- Innenraum (von 3)
- 30
- Drehachse
- 31
- Distanzhülse
- 32
- Distanzhülse
- 33
- Fase
- 34
- Fase
