DE112011104654T5

DE112011104654T5 - Rastscharnier

Info

Publication number: DE112011104654T5
Application number: DE112011104654T
Authority: DE
Inventors: Eugene Novin
Original assignee: Southco Inc
Current assignee: Southco Inc
Priority date: 2011-01-01
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: TW201239186A; US20120174339A1; TWI550175B; KR20130128448A; CN103502551B; CN103502551A; US8555465B2; WO2012092615A1; DE112011104654B4

Abstract

Ein Scharnieraufbau umfasst eine Feder, welche eine oder mehrere Nadelwalzen in Eingriff mit der Außenoberfläche der Scharnierwelle vorspannt. Die Nadelwalzen treten mit einer oder mehreren Nuten in der Oberfläche der Scharnierwelle in Eingriff, um die Rastfunktion des Scharniers bereitzustellen. Die Feder hat die Form eines federnden Bandes, welches zumindest einen Abschnitt des Umfanges der Scharnierwelle umfasst. Die Feder ist mit einer Vertiefung versehen, welche der Oberfläche der Scharnierwelle gegenüberliegt und einen Abschnitt der Nadelwalze aufnimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Scharnieraufbau für das drehbare Anbringen eines ersten Teiles an einem zweiten Teil, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zu ermöglichen, wobei der Aufbau an einer oder mehreren vorbestimmten Winkelpositionen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil einen erhöhten Widerstand gegenüber der relativen Drehung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil bietet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Scharnieraufbauten für das drehbare Anbringen eines ersten Teiles an einem zweiten Teil, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zu ermöglichen, sind im Stand der Technik bekannt. Darüber hinaus sind Scharnieraufbauten bekannt, die an einer oder mehreren vorbestimmten Winkelpositionen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil einen erhöhten Widerstand gegenüber der relativen Drehung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil bieten, ebenfalls bereits im Stand der Technik bekannt. Beispiele derartiger Scharnieraufbauten, die als „Rastscharniere” bekannt sind, findet man in dem US-Patent Nr. 5,412,842 , ausgegeben für Allen Riblett am 9. Mai 1995, US-Patent Nr. 6,941,617 B2 , ausgegeben für Ana Christina Pinto am 13. September 2005, US-Patent Nr. 7,320,152 B2 , ausgegeben für David A. Lowry et al. am 22. Januar 2008, US-Patent Nr. 6,141,831 , ausgegeben für Eugene Novin et al. am 7. November 2000, US-Patent Nr. 7,065,834 B2 , ausgegeben für David A. Lowry am 27. Juni 2006 und US-Patent Nr. 5,765,263 , ausgegeben für Andres A. Bolinas et al. am 16. Juni 1998.
Im Allgemeinen haben Scharniere ein erstes Scharnierteil, welches für die Anbringung an einem ersten mit Scharnier versehenen Teil ausgelegt ist und ein zweites Scharnierteil, welches für die Anbringung an einem zweiten mit Scharnier versehenen Teil ausgelegt ist. Eine Scharnierwelle trägt die ersten und zweiten Scharnierteile für eine relative Drehung zueinander, was wiederum eine relative Drehung zwischen den ersten und zweiten mit Scharnier versehenen Teilen erlaubt. Der Begriff „mit Scharnier versehene Teile” bezieht sich auf die ersten und zweiten Teile, die unter Verwendung des Scharnieres miteinander verbunden sind, sodass sie sich relativ zueinander drehen oder verschwenken können. Rastscharniere haben eine zusätzliche Funktion, die an einer oder mehrere Winkelpositionen des ersten Scharnierteiles relativ zu dem zweiten Scharnierteil einen erhöhten Widerstand gegenüber relativer Drehung zwischen dem ersten Scharnierteil und dem zweiten Scharnierteil bereitstellt, um ein Halten des ersten mit Scharnier versehenen Teiles an einer oder mehreren gewünschten Winkelpositionen relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil bereitzustellen. Diese zusätzliche Funktion ist es, was als die „Rastfunktion” des Scharnieres bezeichnet wird.
Die US-Patente Nr. US 5,412,842 und US 6,941,617 B2 zeigen Rastscharniere, die Schraubenfedern verwenden, welche so positioniert sind, dass sie sich relativ zu der Längsachse der Scharnierwelle quer erstrecken, um Teile, wie zum Beispiel Kugellager, in Eingriff mit Nuten in der Scharnierwelle vorzuspannen, um die Rastfunktion des Scharnieres bereitzustellen. Der für die Schraubenfedern benötigte Platz, der sich seitlich bezüglich der Scharnierwelle erstreckt, verhindert, dass diese aus dem Stand der Technik bekannten Scharniere für gewisse Anwendungen kompakt genug sind.
Die US-Patente Nr. US 7,320,152 62 , US 6,141,831 und US 7,065,834 B2 zeigen Rastscharniere, die Schraubenfedern verwenden, die um die Scharnierwelle herum passen und die sich in Längsrichtung entlang der Scharnierwelle erstrecken. Die Feder spannt einen Nocken vor, der in einer Richtung vor- und zurückgleiten kann, welche mit der Längsachse der Scharnierwelle zusammenfällt. Der Nocken wird an einer Drehung relativ zu den ersten und zweiten Scharnierteilen gehindert, was wir der Einfachheit halber dem zweiten Scharnierteil zuordnen. Üblicherweise ist dies dasjenige Scharnierteil, das die Feder aufnimmt. Der Nocken hat einen oder mehrere Vorsprünge, die mit entsprechenden Vertiefungen, welche in dem anderen Scharnierteil, welches in dem vorliegenden Fall das erste Scharnierteil wäre, vorgesehen sind, welches in diesem Teil das erste Scharnierteil wäre, um die Rastfunktion des Scharniers bereitzustellen. Diese Art von Rastscharnier kann in sehr kompakter Weise hergestellt werden; jedoch hat dieser Typ von Rastscharnier den Nachteil, dass seine Teile einer Gleitreibung ausgesetzt sind, was im Vergleich zu dem Verschleiß aufgrund von Rollreibung der Kugellager in dem vorherigen Typ eines Rastscharniers nach dem Stand der Technik einen schnelleren Verschleiß verursachen kann.
Das US-Patent Nr. 5,765,263 zeigt einen dritten Typ eines Rastscharniers nach dem Stand der Technik. Bei diesem Typ von Scharnier ist ein Teil vorgespannt, sodass es von der Scharnierwelle radial nach außen vorsteht. Die Scharnierwelle ist an dem zweiten Scharnierteil befestigt und erstreckt sich in eine Bohrung in einem ersten Scharnierteil, sodass der erste Scharnierteil sich auf der Scharnierwelle drehen kann. Das Teil, welches in radialer Richtung von der Welle vorsteht, steht mit einer oder mehreren Nuten in der Bohrung des ersten Scharnierteiles in Eingriff, um die Rastfunktion des Scharniers zu gewährleisten. Dieser Typ eines Rastscharniers kann für einige Anwendungen nicht kompakt genug hergestellt werden, da die Scharnierwelle sowohl hinsichtlich Durchmesser als auch hinsichtlich Länge genügend groß sein muss, um das radial vorstehende Teil aufzunehmen. Diese Art von Rastscharnier hat den zusätzlichen Nachteil, dass seine Teile einer Gleitreibung ausgesetzt sind, was gegenüber dem Verschleiß aufgrund von Rollreibung der Kugellager, die in dem ersten Typ eines Rastscharniers nach dem Stand der Technik verwendet werden, einen schnelleren Verschleiß verursachen kann.
Keiner der Scharnieraufbauten nach dem Stand der Technik lehrt die einzigartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen, noch legen sie diese nahe.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Scharnieraufbau für das drehbare Anbringen eines ersten Teils an einem zweiten Teil gerichtet, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zu ermöglichen. Der Scharnieraufbau der vorliegenden Erfindung weist eine Feder auf, die eine oder mehrere Nadelwalzen, die auch als „Nadellager” bezeichnet werden, in Eingriff mit der Außenfläche der Scharnierwelle vorspannen. Die Nadelwalzen stehen mit einer oder mehreren Nuten in der Oberfläche der Scharnierwelle in Eingriff, um die Rastfunktion des Scharniers bereitzustellen. Die Feder liegt in Form eines federnden Bandes vor, welches zumindest einen Teil des Umfanges eines Querschnitts der Scharnierwelle umgibt. Das nachgiebige bzw. federnde Band kann bezüglich eines Krümmungsradius gekrümmt sein, der in etwa mit der Längszentralachse der Scharnierwelle zusammenfällt. Die Feder ist mit einer Vertiefung bzw. Eindrückung versehen, welche der Oberfläche der Scharnierwelle zugewandt ist und einen Abschnitt der Nadelwalze bzw. des Nadellagers aufnimmt. Die Feder, welche die Nadelwalze in Eingriff mit der Oberfläche der Scharnierwelle vorspannt, die nachstehend als „Rastfeder” bezeichnet wird, ist aus ihrem entspannten Zustand heraus nach außen vorgespannt, um um die Achse und die Nadelwalze herumzupassen, insbesondere wenn die Nadelwalze außerhalb der Nuten in der Oberfläche der Scharnierwelle liegt, sodass die Rastfeder eine Kraft auf die Nadelwalze ausübt, die so wirkt, dass sie die Nadelwalze gegen die Oberfläche der Scharnierwelle drückt. Die durch die Rastfeder auf die Nadelwalze ausgeübte Kraft erzeugt eine Kraft zwischen der Nadelwalze und der Oberfläche der Scharnierwelle, die im Wesentlichen radial in Richtung der Längszentralachse der Scharnierwelle gerichtet ist. Die Rastfeder drück die Nadelwalze mit einer gewissen Kraft gegen die Oberfläche der Scharnierwelle, zumindest dann, wenn das Nadellager nicht in einer der Nuten der Oberfläche der Scharnierwelle liegt und am meisten bevorzugt ist es, wenn diese immer der Fall ist. Die Nadelwalze kann auf der Oberfläche der Scharnierwelle abrollen, wenn die Scharnierwelle relativ zu der Feder gedreht wird.
Die Scharnierwelle ist an dem ersten Scharnierteil befestigt, sodass die Scharnierwelle sich mit dem ersten Scharnierteil als eine Einheit und wiederum mit dem ersten Scharnierteil dreht, wenn das erste Scharnierteil an dem ersten mit Scharnier versehenen Teil befestigt ist. Die Scharnierwelle wird durch das zweite Scharnierteil relativ zu dem zweiten Scharnierteil drehbar gelagert. Die Rastfeder ist in dem zweiten Scharnierteil aufgenommen und wird an einer Drehung relativ zu dem zweiten Scharnierteil gehindert. Dementsprechend ist der Rastscharnieraufbau mit Einrichtungen versehen, welche die Drehung der Rastfeder relativ zu dem zweiten Scharnierteil verhindern.
Der Scharnieraufbau weist auch einen Reibungsmechanismus auf, der eine ausreichende Reibungskraft auf die Scharnierwelle ausübt, sodass bei einer unbeabsichtigten Bewegung des ersten mit Scharnier versehenen Teiles relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil ein Widerstand entgegengesetzt wird, selbst wenn das erste mit Scharnier versehene Teil sich nicht in irgendeiner seiner Rastpositionen relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil befindet. Die Rastposition des ersten mit Scharnier versehenen Teiles oder des ersten Scharnierteiles entspricht einer Winkelposition des ersten mit Scharnier versehenen Teiles bzw. des ersten Scharnierteiles relativ zu dem zweiten Scharnierteil und dann wiederum relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil, bei welcher eine oder mehrere der Nadelwalzen in eine Nut in der Oberfläche der Scharnierwelle eingreifen. Nichts aus dem Stand der Technik lehrt die besondere Rastfeder der vorliegenden Erfindung oder legt diese nahe. Zusätzlich lehrt der Stand der Technik nicht die Verwendung von Nadelwalzen in einem Rastscharnier oder legt diese nahe.
Der Rastmechanismus des Rastscharnieres bezieht sich auf denjenigen Abschnitt des Scharnieraufbaus, der für die Bereitstellung des erhöhten Widerstandes gegenüber einer Relativdrehung zwischen den ersten und zweiten Scharnierteilen vorgesehen ist, wenn die ersten und zweiten Scharnierteile sich an einer oder mehreren der vorbestimmten Winkelpositionen relativ zueinander befinden, die ihren Rastpositionen entsprechen. Der erhöhte Widerstand gegenüber relativer Drehung der ersten und zweiten Scharnierteile in der Rastposition wird relativ zu dem Widerstand gegenüber einer Relativdrehung zwischen den ersten und zweiten Scharnierteilen festgelegt, wenn sie sich nicht in ihren Rastpositionen befinden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Rastscharnier bereitzustellen, welches kompakte Abmessungen hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rastscharnier bereitzustellen, welches in dem Rastmechanismus eine Rollreibung verwendet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rastscharnier bereitzustellen, welches zusätzlich zu dem Rastmechanismus, der einen vorbestimmten Widerstand für die relative Drehung der ersten und zweiten Scharnierteile bereitstellt, einen Reibungsmechanismus bereitstellt, selbst wenn die ersten und zweiten Scharnierteile nicht in einer Rastposition relativ zueinander stehen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rastscharnier bereitzustellen, das einen Rastmechanismus einschließlich einer Rastfeder in Form eines Bandes bereitstellt, das um zumindest einen Teil des Umfanges eines quer verlaufenden Abschnittes der Scharnierwelle herumgewickelt ist.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rastscharnier bereitzustellen, das einen Rastmechanismus verwendet, der zumindest eine Nadelwalze umfasst, die mit einer Nut in der Scharnierwelle in Eingriff steht, wenn die ersten und zweiten Scharnierteile sich relativ zueinander in einer Rastposition befinden.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rastscharnier bereitzustellen, welches einen Rastmechanismus mit einer Rastfeder in Form eines Bandes bereitstellt, welches zumindest um einen Teil des Umfanges eines Querabschnittes der Scharnierwelle herumgewickelt ist und zumindest eine Nadelwalze verwendet, die durch die Rastfeder vorgespannt ist, um mit einer Nut in der Scharnierwelle in Eingriff zu treten, wenn die ersten und zweiten Scharnierteile sich in einer Rastposition relativ zueinander befinden.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Figuren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1–4 sind Außenansichten des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
5–11 sind Ansichten des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
12A–12B sind Explosionsdarstellungen des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Führungsansicht, welche die Schnittlinien für die Schnitte A-A und B-B zeigt.
14–16 sind Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie A-A.
17–18 sind Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie B-B.
19–23 sind Ansichten des Adapters des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
24–26 sind Ansichten des Scharnierwellenabschnittes des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
27–29 sind Ansichten des Hülsenabschnittes der Scharnierwelle des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
30–41 sind Ansichten der Scharnierbasishälften des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
42–45 sind Ansichten von Nieten zum Anbringen der Scharnierbasishälften des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
46–48 sind Ansichten der Rastfeder des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
49–50 sind Ansichten der Nadelwalzen des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
51–53 sind Ansichten des Reibungselementes des Scharnieraufbaus der vorliegenden Erfindung.
54 ist eine Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform eines Rastscharniers, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Ähnliche bzw. gleiche Bezugszeichen kennzeichnen durchgehend konsistent entsprechende Merkmale in den beigefügten Zeichnungen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß den 1–53 ist die vorliegende Erfindung auf einen Scharnieraufbau 200 gerichtet, der für das drehbare Anbringen eines ersten Teiles an einem zweiten Teil vorgesehen ist, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zwischen vorbestimmten Positionen zu ermöglichen, die geschlossene und offene Positionen, Rastpositionen, eingefaltete und angehobene Positionen, etc. umfassen können. Der Scharnieraufbau 200 ist von dem Typ, der als Rastscharnier oder Rastscharnieraufbau bekannt ist. Scharnier und Scharnieraufbau werden hier synonym verwendet.
Das Rastscharnier 200 kann verwendet werden, um ein erstes Teil an einem zweiten Teil drehbar anzubringen, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zu ermöglichen. In dem dargestellten Beispiel ist das erste Teil ein Kastendeckel 204 und das zweite Teil ist der Kasten 202. Das Scharnier 200 wäre aber generell verwendbar als ein Scharnier für das schwenkbare Anbringen irgendeiner Art von Tür, Deckel, Bildschirm eines Laptop-Computers, Bildschirm eines DVD-Players und dergleichen, an irgendeinem Typ eines Basisteils oder eines Rahmens einer Öffnung. In dem dargestellten Beispiel werden zwei Scharnieraufbauten 200, die Spiegelbilder voneinander sind, verwendet, um einen Kastendeckel 204 an dem Kasten 202 anzubringen. Das Rastscharnier 200 umfasst eine Scharnierwelle 210, ein erstes Scharnierteil 240, ein zweites Scharnierteil 260, einen Rastmechanismus 280 und einen Reibungsmechanismus 300.
Gemäß den 1–29 hat die Scharnierwelle 210 zumindest einen ersten Endabschnitt 212, einen zweiten Abschnitt 214 und einen dritten Abschnitt 216. Der erste Endabschnitt 212 der Welle 210 ist mit einer Mehrzahl von länglichen Zähnen 218 von dreieckigem Querschnitt versehen, die gleichmäßig um den Umfang des ersten Endabschnittes 212 der Welle 210 verteilt sind. Jeder aus der Mehrzahl länglicher Zähne 218 erstreckt sich zumindest über den größten Teil der Länge des ersten Endabschnittes 212 der Welle 210.
In dem dargestellten Beispiel liegt das erste Scharnierteil 240 in Form eines Adapters 240 vor, der für die Anbringung an dem ersten Teil 204 ausgelegt ist. Der Adapter 240 ist an der Welle 210 an dem ersten Endabschnitt 212 der Welle 210 angebracht. Der Adapter 240 ist an dem ersten Endabschnitt 212 der Welle 210 derart angebracht, dass der Adapter 240 darauf beschränkt ist, sich mit der Welle 210 als Einheit zu drehen. Der Adapter 240 ist für die Anbringung an dem ersten Teil 204 vorgesehen, um sich als eine Einheit mit dem ersten Teil zu bewegen. Gemäß den 1–29 hat der Adapter 240 einen Hauptabschnitt 242. Der Hauptabschnitt 242 des Adapters 240 ist mit einer Mehrzahl von Bohrungen bzw. Löchern 244 versehen, um zu ermöglichen, dass der Adapter 240 mit Hilfe von Schrauben 246 sicher an dem ersten Teil 204 befestigt werden kann.
Der Adapter 240 hat eine Bohrung 248, die auf einer Seite des Hauptabschnittes 242 vorgesehen ist. Die Bohrung 248 des Adapters 240 ist dafür ausgelegt, den ersten Endabschnitt 212 der Welle 210 in einer Presspassung aufzunehmen, sodass die Welle 210 sicher an dem Adapter 240 befestigt ist und die Welle 210 und der Adapter 240 bezüglich Drehungen so verbunden sind, das sie sich gemeinsam als eine Einheit drehen. Die Zähne 218 an dem Endabschnitt 212 der Welle helfen dabei, die Welle 210 drehfest mit dem Adapter 240 zu verbinden, indem sie einen festeren Griff zwischen der Innenoberfläche der Bohrung 248 des Adapters 240 und der Außenfläche des ersten Endabschnittes 212 der Welle 210 bereitstellen. Die Bohrung 248 des Adapters 240 und die gezahnte Außenfläche des ersten Endabschnittes 212 der Welle 210 bilden die Mittel zum sicheren Befestigen der Welle 210 an dem Adapter 240 und für das drehfeste Verbinden der Welle 210 und des Adapters 240 miteinander in der dargestellten Ausführungsform.
Viele andere geeignete Mittel können ebenfalls für das sichere Befestigen der Welle 210 an dem Adapter 240 und das drehfeste Verbinden der Welle 210 und des Adapters 240 miteinander verwendet werden. Die Außenfläche des ersten Endabschnittes 212 der Welle 210 kann glatt sein und mittels Presspassung in die Bohrung 248 eingesetzt sein, um die Welle 210 und den Adapter 240 drehfest aneinander zu befestigen. Ein Keil, der mit Schlitzen in der Welle 210 und der Bohrung 248 zusammenwirkt, kann ebenfalls verwendet werden, um die Welle 210 und den Adapter 240 drehfest aneinander zu befestigen. Befestigungsmittel, welche sich durch die Wand der Bohrung 248 erstrecken und die sich entweder in entsprechende Bohrungen in der Welle 210 erstrecken oder mit der Welle 210 in Reibeingriff stehen, können verwendet werden, um die Welle 210 drehfest an dem Adapter 240 zu befestigen. Der Adapter 240 kann auch unter Verwendung einer Klemmanordnung mit der Welle 210 verklemmt werden, wie zum Beispiel durch Bereitstellen eines Längsschlitzes, der sich vollständig durch die Wand der Bohrung 248 erstreckt, und durch Bereitstellen einer oder zweier Flansche neben dem Längsschlitz mit Schrauben, die festgezogen werden können, um die Ränder des Längsschlitzes zusammenzuziehen, um den Adapter 240 an der Welle 210 anzuklemmen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Scharnierteil 260 ein Gehäuse oder ein Basisteil 260. Sowohl der Reibungsmechanismus 300 als auch der Rastmechanismus 280 sind in dem Scharnierbasisteil 260 aufgenommen. Das Scharnierbasisteil 260 ist für eine feste Anbringung an dem zweiten Teil 202 ausgelegt, um sich mit dem zweiten Teil als eine Einheit zu bewegen. Das Scharnierbasisteil 260 hat zumindest eine Lagerfläche 262, 264, welche die Welle 210 drehbar aufnimmt, sodass, wenn der Adapter 240 an dem Endteil 204 angebracht ist und das Scharnierbasisteil 260 an dem zweiten Teil 202 angebracht ist, das erste Teil drehbar an dem zweiten Teil angebracht ist, sodass das erste Teil sich relativ zu dem zweiten Teil drehend bewegen kann. Die Lagerflächen 262, 264 des Scharnierbasisteiles 260 lagern entsprechende Abschnitte 220, 222 der Welle 210, um eine drehbare Lagerung der Welle 210 durch das Scharnierbasisteil zu gewährleisten.
Gemäß den 1–45 hat das Scharnierbasisteil 260 in dem dargestellten Beispiel zwei Lagerflächen 262 und 264. Das Scharnierbasisteil 260 hat eine Seite 266, die dem Adapter 240 am nächsten liegt und eine Seite 268, die von dem Adapter 240 am weitesten entfernt ist. Die Seite 266 hat eine Öffnung 270, welche es erlaubt, dass die Welle 210 sich von dem Scharnierbasisteil 260 nach außen zu dem Adapter 240 hin erstreckt. Das Scharnierbasisteil 260 ist mit einer Mehrzahl von Bohrungen 274 versehen, um zu ermöglichen, dass das Scharnierbasisteil 260 sicher mit Hilfe von Schrauben 276 an dem zweiten Teil 202 befestigt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist das Scharnierbasisteil 260 in einer Ausgestaltung als Klemmhülse mit zwei Hälften 290, 292 hergestellt, die zusammenpassen, um das Basisteil 260 zu bilden. In dem dargestellten Beispiel werden Nieten 291 und 293 verwendet, um die beiden Hälften 290, 292 des Scharnierbasisteils 260 sicher miteinander zu verbinden, um das Basisteil 260 zu bilden.
Gemäß den 1–53 ist das Rastscharnier 200 mit einem Rastmechanismus 280 versehen, welcher einen vergrößerten Widerstand bezüglich relativer Drehung zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 bereitstellt und damit wiederum zwischen dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 und dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202, und zwar an einer oder mehreren vorbestimmten Winkelpositionen des ersten Scharnierteiles 240 relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260, was einer oder mehreren vorbestimmten Winkelpositionen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teils 202 entspricht. Die einen über mehrere vorbestimmten Winkelpositionen des ersten Scharnierteiles 240 relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260, an welchen ein erhöhter Widerstand gegenüber relativer Drehung zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 vorliegt, entsprechen den Rastpositionen des ersten Scharnierteils 240 oder des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 bzw. relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202. Der erhöhte Widerstand gegenüber relativer Drehung zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 oder zwischen dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 und dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 bezieht sich auf die Tatsache, dass ein Drehmoment, welches gleich oder größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 oder zwischen dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 und dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 aufgebracht werden muss, um eine Relativdrehung zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 und damit wiederum zwischen dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 und dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 hervorzurufen. Dieser vorbestimmte Drehmomentgrenzwert ist größer als der Drehmomentgrenzwert, der erforderlich ist, um eine relative Drehung zwischen dem ersten Scharnierteil 240 und dem zweiten Scharnierteil 260 und damit wiederum zwischen dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 und dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 zu bewirken, wenn das erste Scharnierteil 240 und in Erweiterung das erste mit Scharnier versehene Teil 204 sich nicht in einer ihrer Rastpositionen befinden.
Der Einfachheit halber werden Aussagen wie zum Beispiel „das Scharnier 200 ist in einer Rastposition” hier als Kurzform für die Aussage verwendet, dass „das erste Scharnierteil 240 oder das erste mit Scharnier versehene Teil 204 sich in einer Rastposition relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 oder relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 befindet”. Der Drehmomentgrenzwert für das Bewegen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teils 202 aus einer Rastposition des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 ist beträchtlich größer als der Drehmomentgrenzwert für das Bewegen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teils 202, wenn das erste mit Scharnier versehene Teil 204 sich nicht in einer Rastposition befindet. Der Drehmomentgrenzwert für das Bewegen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teils 202 aus einer Rastposition des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 sollte genügend groß sein, um die meisten unbeabsichtigten Bewegungen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 aufgrund von Beschleunigungen und/oder Anstoßen des ersten mit Scharnier versehenen Teils 204, von denen man erwarten kann, dass letzteres in seiner vorgesehenen normalen Betriebsumgebung solchen Beschleunigungen und/oder solchen Stößen ausgesetzt ist, zu verhindern, während eine beabsichtigte Bewegung des ersten Scharnierteils 204 relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202 durch einen menschlichen Benutzer ermöglicht sein soll.
Der Rastmechanismus 280 weist eine oder mehrere Federn 282 auf, die eine oder mehrere Nadelwalzen 284, die auch als Nadellager bekannt sind, in Eingriff mit der Außenfläche der Scharnierwelle 210 vorzuspannen. Die Nadelwalzen 284 stehen in Eingriff mit einer oder mehreren Nuten 286 in der Oberfläche der Scharnierwelle 210, um die Rastfunktion des Scharniers 200 bereitzustellen. Jede Feder 282 hat die Form eines federnden Bandes, welches zumindest einen Teil des Umfanges der Scharnierwelle 210 umgibt. Jede Feder 282 ist mit einer oder mehrerer Vertiefungen oder Taschen 288 versehen, welche der Oberfläche der Scharnierwelle 210 zugewandt sind und welche einen Abschnitt einer entsprechenden Nadelwalze 284 aufnehmen. Jede Feder 282, welche die Nadelwalze 284 in Eingriff mit der Oberfläche der Scharnierwelle 210 vorspannt, und die demnach im Folgenden als eine Rastfeder 282 bezeichnet wird, wird aus ihrem entspannten Zustand nach außen gedehnt, um um die Welle 210 und die Nadelwalze 284 herum zu passen, insbesondere wenn die Nadelwalze 284 sich außerhalb der Nuten 286 in der Oberfläche der Scharnierwelle 210 befindet, sodass jede Rastfeder 282 eine Kraft auf die Nadelwalze 284 ausübt, die die Nadelwalze 284 gegen die Oberfläche der Scharnierwelle 210 drückt. Die durch jede Rastfeder 282 auf die Nadelwalze 284 ausgeübte Kraft erzeugt eine Kraft zwischen der Nadelwalze 284 und der Oberfläche der Scharnierwelle 210, die im Wesentlichen radial in Richtung der Längszentralachse der Scharnierwelle 210 gerichtet ist. Jede Rastfeder 282 drückt die Nadelwelle 284 mit einer gewissen Kraft gegen die Oberfläche der Scharnierwelle 210, zumindest dann, wenn das Nadellager 284 sich nicht in einer der Nuten 286 in der Oberfläche der Scharnierwelle 210 befindet, jedoch bewirkt jede Rastfeder 282 noch bevorzugter dies zu jedem Zeitpunkt. Die Nadelwalze 284 kann auf der Oberfläche der Scharnierwelle 210 abrollen, während die Scharnierwelle 210 relativ zu der Feder 282 gedreht wird.
Die Scharnierwelle 210 ist an dem ersten Scharnierteil 240 derart befestigt, dass die Scharnierwelle 210 sich mit dem ersten Scharnierteil 240 als eine Einheit dreht und damit wiederum mit dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 dreht, wenn das erste Scharnierteil 240 an dem ersten mit Scharnier versehenen Teil 204 befestigt ist. Die Scharnierwelle 210 wird durch das zweite Scharnierteil 260 für eine Drehbewegung relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 gelagert. Die Rastfeder 282 ist in dem zweiten Scharnierteil 260 aufgenommen und wird an einer Drehung relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 gehindert. Dementsprechend ist der Rastscharnieraufbau 200 mit Einrichtungen zur Verhinderung der Drehung der Rastfeder 282 relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 versehen. Die Rastpositionen des ersten mit Scharnier versehenen Teiles 204 oder des ersten Scharnierteiles 240 entspricht einer Winkelposition des ersten mit Scharnier versehenen Teiles 204 bzw. dem ersten Scharnierteil 240 relativ zu dem zweiten Scharnierteil 260 und damit relativ zu dem zweiten mit Scharnier versehenen Teil 202, an welcher eine oder mehrere der Nadelwalzen 284 mit einer Nut 286 in der Oberfläche der Scharnierwelle 210 in Eingriff steht.
In dem dargestellten Beispiel hat jede Rastfeder 282 einen gekrümmten Abschnitt 294, der nachgiebig ist und zumindest einen Abschnitt der Scharnierwelle 210 umgibt. Der gekrümmte Abschnitt 294 bildet das nachgiebige bzw. federnd nachgiebige Band, welches zumindest einen Teil der Scharnierwelle 210 umgibt, was oben beschrieben wurde. Der gekrümmte Abschnitt 294 hat zwei freie Enden 296. Jedes freie Ende 296 ist mit einer Tasche 288 versehen. Der gekrümmte Abschnitt 294 ist dafür ausgelegt, die Taschen 288 derart zu positionieren, dass die Taschen 288 der Oberfläche der Scharnierwelle 210 gegenüberliegen. Die Taschen 288 nehmen jeweils einen Abschnitt einer entsprechenden Nadelwalze 284 auf. Der gekrümmte Abschnitt 294 ist vorzugsweise so bemessen, dass die Taschen 288 an den Enden des gekrümmten Abschnittes 294 die Nadelwalzen 284 auf jeder Seite der Welle 210 und einander gegenüber positionieren. Der gekrümmte Abschnitt 294 ist bevorzugter so bemessen, dass die Taschen 288 an den Enden des gekrümmten Abschnittes 294 einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Nadelwalzen 284 auf jeder Seite der Welle 210 und einander gegenüber näherungsweise auf einem Niveau mit der zentralen Längsmittelachse der Welle 210 positionieren.
Die Taschen 288 stellen eine Lagerfläche für das drehbare Haltern der Nadelwalzen 284 gegen die Oberfläche der Scharnierwelle 210 bereit. Vorzugsweise haben die Lagerflächen der Taschen 288 die Form der äußeren Oberfläche eines Sektors eines regelmäßigen Zylinders. Die Rastfedern 282 üben eine Druckkraft auf den zentral angeordneten, im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt 214 der Scharnierwelle 210 aus, welcher die Rastnuten 286 hat. Die durch die Rastfedern 282 erzeugte Kraft wird über die zylindrischen Nadelwalzen 284 auf die Scharnierwelle 210 aufgebracht und hält die Nadelwalzen 284 in Kontakt mit der Oberfläche der Scharnierwelle 210 und stellt sicher, dass die Nadelwalzen 284 mit den Rastnuten 286 in Eingriff treten, wenn die Rastnuten 286 mit den Nadelwalzen 284 ausgerichtet sind. Die Nadelwalzen 284 sind teilweise in den Taschen 288 der Rastfedern 282 positioniert. Jede der Nadelwalzen 284 ist zumindest teilweise in einer entsprechenden Nut 286 aufgenommen, wenn die Nadelwalzen 284 mit den Nuten 286 in Eingriff stehen. Jede Nadelwalze 284 hat die Form eines regelmäßigen Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt, der einen kegelstumpfförmigen Abschnitt an einem Ende hat. Dementsprechend hat jede Nadelwalze 284 erste und zweite Endabschnitte mit einer sich dazwischen erstreckenden zylindrischen Oberfläche. Der Begriff „zylindrische Walze” wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jegliche Walzen, deren Lagerfläche zylindrisch ist, selbst wenn ihre Endflächen von einem perfekten Zylinder abweichen.
Die Scharnierwelle 210 kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen, einschließlich einstückiger und zweistückiger Ausgestaltungen. In dem dargestellten Beispiel ist die Scharnierwelle 210 von einem zweistückigen Aufbau und weist einen Schaftabschnitt 224 und einen Hülsenabschnitt 226 auf, die aneinander angebracht sind, sodass sie sich als eine Einheit drehen. Die Rastnuten 286 sind in der Außenfläche des Hülsenabschnittes 226 vorgesehen. Diese Anordnung erlaubt einen gewissen Grad von Anpassung des Scharniers, um die speziellen Anforderungen eines Kunden mit einer minimalen Menge an Werkzeug und Austauschteilen und den entsprechenden Kosten zu erfüllen. Einfach durch Austauschen der Anzahl und Positionen der Rastnuten 286 können die Rastpositionen des Scharniers 200 nach Kundenwunsch angepasst werden, um die individuellen Erfordernisse des Kunden zu erfüllen. In dem dargestellten Beispiel hat der Hülsenabschnitt 226 innere Zähne 228, die mit äußeren Zähnen 229, welche an einem Abschnitt des Wellenabschnittes 224 vorgesehen sind, und welcher dem Abschnitt 214 der Scharnierwelle 210 entspricht, in Eingriff stehen, sodass der Schaftabschnitt 224 und der Hülsenabschnitt 226 sich als eine Einheit drehen.
Grundsätzlich kann man sich jede Rastfeder 282 in Form von zwei Federarmen 281, 283 vorstellen, die aneinander befestigt sind, um den federnd nachgiebigen Abschnitt 294 der Rastfeder zu bilden. Die Befestigung zwischen den Federarmen 281, 283 definiert den mittleren oder zentralen Abschnitt 285 der Feder 282 und die äußeren Endabschnitte 287, 289 der Federarme 281, 283 definieren die Endabschnitte 296 der Rastfeder 282. Die äußeren Endabschnitte 287, 289 der Federarme 281, 283 und dementsprechend die Endabschnitte 296 der Rastfeder 282 sind voneinander beabstandet, sodass sie eine Lücke 289 in dem nachgiebigen Abschnitt 294 der Rastfeder definieren. Die Befestigung zwischen den Federarmen 281, 283, welche das Zentrum oder die Mitte 285 des Federabschnittes 294 der Rastfeder bilden, ist gegenüber von der Lücke 299 angeordnet. Ausschnitte in den Endabschnitten 296 des Federabschnittes 294 der Rastfeder bilden Taschen 288, welche Oberflächen definieren, die mit einem Abschnitt der äußeren zylindrischen Oberfläche der Walzen 284 zusammenpassen, um Wälzlager zu bilden, die dafür ausgelegt sind, die Walzen 284 drehbar zu lagern und dabei zu helfen, die Walzen 284 in dem montierten Scharnier 200 an einer festen Stelle relativ zu der Rastfeder 282 zu halten. Wenn das Scharnier 200 vollständig montiert ist, werden die Endabschnitte 296 der Rastfeder 282 aufgrund der Positionierung der Scharnierwelle 210 und der Nadelwalzen 284 im Vergleich zu dem entspannten Zustand der Rastfeder 282 auseinandergespreizt. Diese Anordnung resultiert in der durch die Rastfedern 282 erzeugten Kraft, welche die eine oder die mehreren Nadelwalzen 284, welche zumindest teilweise durch eine oder mehrere Taschen 288 der Rastfeder 282 gehaltert bzw. gelagert werden, in Kontakt mit der Oberfläche der Scharnierwelle 210 und stellt sicher, dass die Nadelwalzen 284 mit den Rastnuten 286 in Eingriff treten, wenn die Rastnuten 286 mit den Nadelwalzen 284 ausgerichtet sind.
Wie zuvor erwähnt, ist jede oder einige der Rastfedern 282 des Scharniers 200 mit Einrichtungen versehen, um eine Drehung der Rastfeder 282 relativ zu den Scharnierbasisteil oder dem Gehäuse 260 zu verhindern. In dem dargestellten Beispiel hat jede Rastfeder 282 einen Vorsprung 295, der an dem federnden bzw. nachgiebigen Abschnitt 294 angebracht ist und sich von dem Außenumfang des federnden Abschnittes 294 nach außen erstreckt. In dem vollständig montierten Scharnier 200 ist der Außenumfang des Federabschnittes 294 von der Scharnierwelle 210 abgewandt und der Innendurchmesser des Federabschnittes 294 ist der Scharnierwelle zugewandt. Dementsprechend erstreckt der Vorsprung 295 sich von dem Federabschnitt 294 nach außen in einer Richtung weg von der Scharnierwelle 210 und in radialer Richtung relativ zu der zentralen Längsachse der Scharnierwelle 210. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Vorsprung 295 vom Zentrum des Federabschnittes 294 und hat die Form eines Schenkels, der im Wesentlichen die Form eines „T” hat. Die Schenkel 295 der Rastfedern 282 sind in einem Kanal 297 aufgenommen, der in dem Scharnierbasisteil oder Gehäuse 260 ausgebildet ist, um zu verhindern, dass die Rastfedern 282 sich mit der Welle 210 drehen. Demnach werden die Rastfedern 282 an einer Drehung relativ zu dem Scharnierbasisteil 260 gehindert. Im Prinzip kann der Schenkel 295 jeder Rastfeder 282 eine beliebige Form haben, die in der Lage ist, mit einer blockierenden Struktur in dem Scharnierbasisteil 260 in Eingriff zu treten, um zu verhindern, dass die Rastfeder 282 sich relativ zu dem Scharnierbasisteil 260 dreht. Die Schenkel 295 können sogar dieselbe Form haben wie der Zapfen bzw. Stängel 308 des Reibungselementes 302. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Schenkel 295 so geformt sind, dass sie die radiale Position der Rastfeder 282 relativ zu der zentralen Längsachse der Welle 210 vollständig festlegen, um die Walzen 284 relativ zu der Welle 210 genauer zu positionieren, um die vorgesehenen Rastpositionen innerhalb engerer Toleranzen bereitzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform hat der Kanal 297 im Wesentlichen die Querschnittsform eines „T”, um zu der Form der Schenkel 295 der Rastfedern 282 zu passen. In der dargestellten Ausführungsform werden der Kanal 297 und der Kanal 278 durch einen einzigen Kanal 298 gebildet, der sich parallel zu einem Abschnitt der Welle 210 erstreckt, wobei ein Kanal die Verlängerung des anderen ist. Es ist jedoch möglich, dass die Kanäle 297 und 278 getrennt wären oder unterschiedliche Formen hätten.
Gemäß den 1–53 ist das Rastscharnier 200 mit einem Reibungsmechanismus 300 versehen, um einer Drehbewegung der Welle 210 relativ zu der Scharnierbasis 260 einen Reibungswiderstand entgegenzusetzen. Der Reibungsmechanismus 300 ist optional und bietet einen kontrollierten Widerstand gegenüber der Drehung der Welle 210, wenn der Adapter 240 sich von einer vorbestimmten Rastposition zu einer anderen bewegt. Der Reibungsmechanismus 300 wird durch die Scharnierbasis 260 gehaltert. Der Reibungsmechanismus 300 ist in dem Basisteil 260 an einer Position angeordnet, welcher dem dritten Abschnitt 216 der Welle 210 entspricht. Der Reibungsmechanismus 300 umfasst eines oder mehrere Reibungselemente 302, einen Kanal 278 und den dritten Abschnitt 216 der Welle 210. Die Scharnierbasis 260 hat einen Kanal 278, der sich über die Länge zumindest eines Teils des dritten Abschnittes 216 der Welle 210 in einer Richtung parallel zur Längsachse der Welle 210 erstreckt. Die Reibungselemente 302 sind von dem symmetrischen Reibungsklammertyp und haben einen C-förmigen Abschnitt 306 und einen Schaft 308. Der Schaft 308 steht von der Außenfläche des C-förmigen Abschnittes 306 an einer Stelle vor, die der Lücke zwischen den Spitzen 310 und 312 des C-förmigen Abschnittes 306 gegenüberliegt. Das Reibungselement 302 steht mit dem dritten Abschnitt 216 der Welle 210 in Eingriff. Der innere Radius des C-förmigen Abschnittes 302 ist kleiner als der Radius der Außenoberfläche des dritten Abschnittes 216 der Welle 210, sodass sich der C-förmige Abschnitt 306 aufweitet, wenn er um den dritten Abschnitt 216 der Welle 210 herum angeordnet wird. Die federnde Nachgiebigkeit des C-förmigen Abschnittes 306 der Reibungselemente 302 bewirkt, dass die C-förmigen Abschnitte 306 der Reibungselemente 302 eine Greifkraft auf den dritten Abschnitt 216 der Welle 210 ausüben. Damit üben die Reibungselemente 302 einen Druck auf die Oberfläche der Welle 210 aus, um zu dem Widerstand gegen eine Rotation der Scharnierwelle beizutragen.
Die Schäfte 308 der Reibungselemente 302 sind in den Kanal 278 aufgenommen, um zu verhindern, dass die Reibungselemente 302 sich mit der Welle 210 drehen. Damit werden die Reibungselemente 302 an einer Drehung relativ zu der Scharnierbasis 260 gehindert. Die Greifkraft, die durch die C-förmigen Abschnitte 306 der Reibungselemente 302 auf die Welle ausgeübt wird, erzeugt ein Reibungsmoment, welches einer Drehbewegung der Welle 210 relativ zu der Scharnierbasis 260 einen Widerstand entgegensetzt. Das Reibungsmoment, welches durch die Reibungselemente 302 erzeugt wird, kann auf irgendeinen gewünschten Wert für eine bestimmte Anwendung angepasst werden, indem die Geometrie, Anzahl und das Material der Reibungselemente 302 eingestellt wird. Das Basisteil 260 umfasst die Reibungselemente 302 und hält Schmutz und abrasive Partikel aus dem Reibungsmechanismus 300 heraus und hält Schmiermittel, welches benötigt wird, um einen gleichmäßigen Scharnierbetrieb sicherzustellen und einen vorzeitigen Ausfall des Reibungselementes zu verhindern, welches im Inneren des Basisteils 260 eingeschlossen ist. In dem dargestellten Beispiel ist ein Reibungselement 302 vorgesehen.
Die Welle 210 ist aus Stahl hergestellt. Der Adapter 240 und die Scharnierbasis 260 können aus einem druckgegossenen Metall, wie zum Beispiel Aluminium oder Zink, oder einem stoßfesten Kunststoff hergestellt sein.
Die dargestellte Ausführungsform des Rastscharniers 200 kann beispielsweise für die schwenkbare Anbringung des Bildschirmes eines Laptop-Computers vom LCD-Typ oder eines DVD-Players verwendet werden, ebenso wie als der Kastendeckel 204, wie er in den Figuren dargestellt ist. Das Scharnier 200 ist mit zwei Rastpositionen versehen. Im Gebrauch sind zwei Scharniere 200 auf bzw. entlang einer gemeinsamen Achse montiert. Jedes der dargestellten Scharniere 200 stellt ein Profil einer Drehbewegung mit zwei Rastpositionen bei 100° und bei 120° gegenüber der Horizontalen bereit. Das Haltemoment des Scharniers 200 in seiner Rastposition soll bis zu etwa 20 lb – in betragen. Der Drehwiderstand des Scharnieres 200, wenn es außerhalb seiner Rastpositionen ist, beträgt weniger als 10% des Haltemomentes in seinen Rastpositionen. Der gesamte Bewegungsweg des Scharniers 200 beträgt etwa 180°. Die maximale Dicke der Scharnierbasis 260, gemessen in einer Richtung parallel zur Achsrichtung der Befestigungsbohrungen 274, beträgt etwa 10 mm oder weniger.
Das Scharnier 200 hat weniger Teile und seine Teile sind einfach herzustellen. Das Scharnier 200 bietet einen hohen Betrag an Rastmoment und ermöglicht es, dass die Winkeldrehung zwischen seinen Rastpositionen kleiner gemacht werden kann als es bisher möglich war, und dies alles in einer eng eingeschlossenen radialen Umhüllung bzw. Raum. Dieser Kombination von Merkmalen sind die Entwickler auf diesem Gebiet bisher ausgewichen. Der Schlüssel zum Erzielen dieser Kombination von Eigenschaften ist die Verwendung des jochförmigen Rastfederelementes 282, um durch Nadel- oder Stiftwalzen 284 von relativ kleinem Durchmesser, welche zwischen den Jocharmen der Feder 282 und der Wellenoberfläche angeordnet sind, in radialer Richtung eine Federkraft auf beide Seiten einer Welle 210 auszuüben. Die Jocharme 281, 283 sind nicht nur so geformt, dass sie in effizienter Weise die Federlastspannungen optimieren (die insgesamt sichelförmige Form jedes Armes), sondern auch mit Taschen 288 in den Enden jedes Arms ausgebildet, um die Nadelwalzen 284 zu halten und über den Durchmesser der Welle 210 einander gegenüberliegend zu positionieren. Die Nadelwalzen 204 rollen, wenn sich die Welle 210 relativ zu dem Gehäuse 260 dreht. Die Rastfedern 282 sind relativ steife Federn, die sehr hohe Lasten bei relativ geringer Deformation erzeugen.
In dem Scharnier 200 können die Rastpositionen in etwa 20° oder weniger auseinanderliegen. In der dargestellten Ausführungsform sind zwei Paare von einander gegenüberliegenden Nuten 286 in der Welle 210 vorgesehen. Jedes Paar von gegenüberliegenden Nuten 286 entspricht einer der beiden Rastpositionen des Scharniers 200. Jede der Nuten, die ein Paar von gegenüberliegenden Nuten 286 bilden, welche einer gegebenen Rastposition entsprechen, steht gleichzeitig in Eingriff mit einem entsprechenden Paar von Nadelwalzen 284, um das Scharnier in dieser gegebenen Rastposition zu halten. Jedes Paar von gegenüberliegenden Nuten 286, das einer gegebenen Rastposition entspricht, ist auf gegenüberliegenden Seiten der Scharnierwelle 210 entlang einer Linie angeordnet, die durch die zentrale Längsachse der Welle 210 hindurchverläuft. Die imaginäre Linie, welche sich zwischen dem ersten Paar von Nuten 286 durch die Welle 210 hindurcherstreckt, und die imaginäre Linie, welche sich zwischen dem zweiten Paar von Nuten 286 durch die Welle 210 hindurcherstreckt, bilden einen spitzen Winkel von etwa 20°. Demnach entspricht jedes Paar von Nuten 286 einer entsprechenden der Rastpositionen bei 100° und 120° von der Horizontalen aus gesehen. Die Nadelwalzen 284 verteilen die Federkraft entlang ihrer Länge, sodass der Druck auf die Welle 210 vermindert wird, was zu einem geringeren Verschleiß der Scharnierwelle 210 führt, die im Vergleich zu Rastscharnieren, welche Kugellager für den Rastmechanismus des Scharnieres verwenden, eine der teureren Komponenten des Scharniers 200 ist. Die Rastfeder 282 ist im Vergleich zu den Schraubenfedern gemäß Scharnieren nach dem Stand der Technik in sich abgeschlossen bzw. unabhängig in dem Sinne, dass sie keine Reaktionskräfte zwischen der Feder und dem Gehäuse benötigt, um die Vorspannkraft zu erzeugen, die auf die Nadelwalzen 284 ausgeübt wird, sodass die Rastfeder 282 die Spannungen reduziert, welchen das Scharniergehäuse ausgesetzt ist. Das Haltemoment an den Rastpositionen des Scharniers 200 kann wahlweise angepasst werden, um Kundenanforderungen zu erfüllen, indem die Anzahl von Rastfedern 282 in dem Scharniergehäuse variiert wird. In dem dargestellten Beispiel werden drei Rastfedern 282 verwendet. Der Drehwiderstand des Scharnieres 200, wenn das Scharnier 200 außerhalb seiner Rastpositionen ist, kann nach Kundenwunsch angepasst werden, indem die Anzahl oder die Steifigkeit des Reibungselementes oder der Elemente 302 variiert wird.
Als eine Alternative zu der ersten Ausführungsform 200 ist es möglich, die Positionen des Kanals 297 und der Nuten 286 auszutauschen, wie in 54 dargestellt. In einer solchen Ausführungsform sind die Nuten 286a in der Scharnierbasis 260a vorgesehen und der Kanal 297a ist in der Scharnierwelle 210a vorgesehen. Wenn dieses alternative Scharnier vollständig zusammenmontiert ist, werden die Endabschnitte 296a der Rastfeder 282a im Vergleich zu dem entspannten Zustand der Rastfeder 282a enger zusammengedrückt aufgrund der Positionierung der Innenfläche der Scharnierbasis und der Nadelwalzen 284a. Die Wälzlagerflächen 288a würden dann am Außendurchmesser des federnden Abschnittes 294a vorgesehen anstatt auf dem Innendurchmesser des Federabschnittes 294, wie es bei der Ausführungsform 200 der Fall war. Diese Anordnung verursacht, dass die von den Rastfedern 282a erzeugte Kraft, um die eine oder mehreren Nadelwalze 284a, die zumindest teilweise durch eine oder mehrere der Wälzlagerflächen 288a der Rastfeder gehaltert werden, mit der Innenfläche der Scharnierbasis 260a in Kontakt zu halten, und stellt sicher, dass die Nadelwalzen 284a mit den Rastnuten 286a in Eingriff treten, wenn die Nadelwalzen 284a mit den Rastnuten 286a ausgerichtet sind. Die Arme der Rastfedern 282a drücken die Walzen demnach gegen die Innenfläche der Scharnierbasis. Der Vorsprung 295a der Rastfedern 282a würde sich in Richtung der Lücke zwischen den freien Enden des federnden Abschnittes 294a erstrecken und würde in den Kanal 297a in der Welle 210a eingreifen, um eine Relativdrehung zwischen den Rastfedern 282a und der Welle 210a zu verhindern. Ansonsten wären die beiden Ausführungsformen im Wesentlichen identisch. Die Nuten 286a können in ähnlicher Weise in einer getrennten Hülse 226a vorgesehen sein, welche an dem Scharnierbasisteil 260a angebracht und gegenüber einer Drehung relativ zu dem Scharnierbasisteil 260a befestigt ist, um eine einfache Anpassung nach Wunsch zu ermöglichen.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern jegliche und alle Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5412842 [0002, 0004]
US 6941617 B2 [0002, 0004]
US 7320152 B2 [0002]
US 6141831 [0002, 0005]
US 7065834 B2 [0002, 0005]
US 5765263 [0002, 0006]
US 732015262 [0005]

Claims

Scharnieraufbau für das drehbare Anbringen eines ersten Teiles an einem zweiten Teil, um eine Drehbewegung des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil zu ermöglichen, wobei der Scharnieraufbau aufweist: (a) eine Welle, die zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt hat, (b) einen Adapter, der an dem ersten Abschnitt der Welle angebracht ist, sodass der Adapter darauf beschränkt ist, sich mit der Welle als eine Einheit zu drehen, wobei der Adapter für die Anbringung an einem ersten Teil ausgelegt ist, um sich mit dem ersten Teil als eine Einheit zu bewegen, (c) eine Scharnierbasis, die für die Anbringung an dem zweiten Teil ausgelegt ist, sodass sie sich mit dem zweiten Teil als eine Einheit bewegt, wobei die Scharnierbasis die Welle drehbar haltert, sodass, wenn der Adapter an dem ersten Teil angebracht ist und die Scharnierbasis an dem zweiten Teil angebracht ist, das erste Teil drehbar an dem zweiten Teil angebracht ist, sodass das erste Teil sich schwenkbar relativ zu dem zweiten Teil bewegen kann, und (d) einen Rastmechanismus, um den Adapter in zumindest einer Rastposition relativ zu der Scharnierbasis zu halten, solange ein zwischen Adapter und Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger als ein Drehmomentgrenzwert ist, wobei der Rastmechanismus zumindest eine zylindrische Walze mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Abschnitt und einer zylindrischen Oberfläche zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Walze hat, wobei zumindest eine Nut entweder in dem zweiten Abschnitt der Welle oder der Scharnierbasis vorgesehen ist, und eine Vorspanneinrichtung für das Vorspannen der Walze in Eingriff mit der Nut, sodass die Walze in die Nut eingreift, wenn der Adapter sich relativ zu der Scharnierbasis in der Rastposition befindet.
Scharnieraufbau nach Anspruch 1, wobei die Vorspanneinrichtung zumindest eine Wälzlagerfläche aufweist, die zumindest einem Teil der zylindrischen Fläche der Walze angepasst ist, um die Walze drehbar zu halten, sodass die Wälzlagerfläche die Form eines Zylinderflächensektors hat.
Scharnieraufbau nach Anspruch 2, wobei die Vorspanneinrichtung weiterhin aufweist: zumindest einen federnd nachgiebigen Arm, der zumindest einen freien Endabschnitt hat, wobei die Wälzlagerfläche an dem freien Endabschnitt des federnd nachgiebigen Arms vorgesehen ist, und Einrichtungen zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen der Vorspanneinrichtung und entweder der Welle oder der Scharnierbasis.
Scharnieraufbau nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine Walze eine von einem Paar von Walzen ist, wobei die zumindest eine Wälzlagerfläche eine von einem Paar von Wälzlagerflächen ist, wobei die zumindest eine Nut eine von einem Paar von Nuten ist und wobei die Vorspanneinrichtung weiterhin aufweist: erste und zweite Federarme, die jeweils zumindest einen freien Endabschnitt haben, wobei je eine des Paares von Wälzlagerflächen an dem freien Endabschnitt jeweils eines der ersten und zweiten Federarme vorgesehen ist, und Einrichtungen zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen der Vorspanneinrichtung und entweder der Welle oder der Scharnierbasis, wobei jede aus dem Paar von Walzen in eine entsprechende aus dem Paar von Nuten eingreift, wenn der Adapter sich relativ zu der Scharnierbasis in der Rastposition befindet.
Scharnieraufbau nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Federarme aneinander angebracht sind, sodass sie einen Federabschnitt bzw. nachgiebigen Abschnitt der Vorspanneinrichtung bilden, wobei die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Federarmen den mittleren Abschnitt des Federabschnittes der Vorspanneinrichtung definiert und das freie Ende des ersten Federarmes von dem freien Ende des zweiten Federarmes beabstandet ist, um auf diese Weise eine Lücke zwischen dem freien Ende des ersten Federarmes und dem freien Ende des zweiten Armes zu definieren, wobei der Mittelteil des Federabschnittes der Vorspanneinrichtung der Lücke gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Einrichtung zum Verhindern einer Relativdrehung an dem Mittelteil des Federabschnittes der Vorspanneinrichtung angebracht ist.
Scharnieraufbau nach Anspruch 5, wobei das Paar von Nuten in dem zweiten Abschnitt der Welle vorgesehen ist und wobei die Einrichtung zum Verhindern einer Relativdrehung einen Vorsprung aufweist, der sich von dem Mittelteil des Federabschnittes der Vorspanneinrichtung in einer Richtung weg von der Lücke erstreckt, und ein Kanal in der Scharnierbasis vorgesehen ist, wobei der Vorsprung in den Kanal eingreift, um eine Relativdrehung zwischen der Vorspanneinrichtung und der Scharnierbasis zu verhindern.
Scharnieraufbau nach Anspruch 6, wobei der Vorsprung im Wesentlichen die Form eines „T” und der Kanal einen Querschnitt hat, der im Wesentlichen der ”T”-Form des Vorsprunges angepasst ist.
Scharnieraufbau nach Anspruch 6, wobei die Vorspanneinrichtung eine Rastfeder definiert und die Scharnierbasis dafür ausgelegt ist, zu ermöglichen, dass eine Anzahl von einer oder mehreren Rastfedern in dem Scharnieraufbau enthalten ist, sodass der Drehmomentgrenzwert durch Variieren der Anzahl von Rastfedern variiert werden kann.
Scharnieraufbau nach Anspruch 1, wobei die Vorspanneinrichtung eine Rastfeder definiert und die Scharnierbasis dafür ausgelegt ist, zu ermöglichen, dass eine Anzahl von einer oder mehreren Rastfedern in dem Scharnieraufbau enthalten ist, sodass der Drehmomentgrenzwert durch Variation in der Anzahl von Rastfedern variiert werden kann.
Scharnieraufbau nach Anspruch 2, wobei die Vorspanneinrichtung eine Rastfeder definiert und die Scharnierbasis dafür ausgelegt ist, zu ermöglichen, dass eine Anzahl von einer oder mehreren Rastfedern in dem Scharnieraufbau enthalten ist, sodass der Drehmomentgrenzwert durch Variation in der Anzahl von Rastfedern variiert werden kann.
Scharnieraufbau nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine Rastposition eine erste Rastposition ist, wobei das Paar von Nuten ein erstes Paar von Nuten ist und wobei der Scharnieraufbau weiterhin ein zweites Paar von Nuten aufweist, die in dem zweiten Abschnitt der Welle vorgesehen sind, sodass das Paar von Walzen in ein erstes Paar von Nuten eingreift, wenn der Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der ersten Rastposition ist, um den Adapter in der ersten Rastposition relativ zu der Scharnierbasis zu halten, solange ein auf den Adapter und die Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger als der Drehmomentgrenzwert ist, und sodass das Paar von Walzen in das zweite Paar von Nuten eingreift, wenn der Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der zweiten Rastposition ist, um den Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der zweiten Rastposition zu halten, solange ein zwischen Adapter und der Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger ist als der Drehmomentgrenzwert.
Scharnieraufbau nach Anspruch 4, wobei die zumindest eine Rastposition eine erste Rastposition ist, wobei das Paar von Nuten ein erstes Paar von Nuten ist und wobei der Scharnieraufbau weiterhin ein zweites Paar von Nuten aufweist, welche entweder in dem zweiten Abschnitt der Welle oder in der Scharnierbasis vorgesehen sind, sodass das Paar von Walzen in ein erstes Paar von Nuten eingreift, wenn der Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der ersten Rastposition ist, um den Adapter in der ersten Rastposition relativ zu der Scharnierbasis zu halten, solange ein auf den Adapter und die Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger als der Drehmomentgrenzwert ist, und sodass das Paar von Walzen in das zweite Paar von Nuten eingreift, wenn der Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der zweiten Rastposition ist, um den Adapter relativ zu der Scharnierbasis in der zweiten Rastposition zu halten, solange ein zwischen Adapter und der Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger ist als der Drehmomentgrenzwert.
Scharnieraufbau nach Anspruch 12, wobei der Drehmomentgrenzwert ein erster Drehmomentgrenzwert ist, wobei der Adapter an einer Drehung relativ zu der Scharnierbasis gehindert wird, solange ein zwischen Adapter und Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger ist als ein zweiter Drehmomentgrenzwert, wenn der Adapter sich nicht in einer Rastposition relativ zu der Scharnierbasis befindet, und wobei der zweite Drehmomentgrenzwert niedriger ist als der erste Drehmomentgrenzwert.
Scharnieraufbau nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentgrenzwert ein erster Drehmomentgrenzwert ist, wobei der Adapter an einer Drehung relativ zu der Scharnierbasis gehindert wird, solange ein zwischen Adapter und Scharnierbasis aufgebrachtes Drehmoment niedriger ist als ein zweiter Drehmomentgrenzwert, wenn der Adapter sich nicht in einer Rastposition relativ zu der Scharnierbasis befindet, und wobei der zweite Drehmomentgrenzwert niedriger ist als der erste Drehmomentgrenzwert.
Scharnieraufbau nach Anspruch 13, welcher weiterhin aufweist: einen Reibungsmechanismus, um einer Drehbewegung der Welle relativ zu der Scharnierbasis einen Reibungswiderstand entgegenzusetzen, wobei der Reibungsmechanismus eines oder mehrere Reibungselemente aufweist, die in der Scharnierbasis aufgenommen sind.
Scharnieraufbau nach Anspruch 14, welcher weiterhin aufweist: einen Reibungsmechanismus, um einer Drehbewegung der Welle relativ zu der Scharnierbasis einen Reibungswiderstand entgegenzusetzen, wobei der Reibungsmechanismus eines oder mehrere Reibungselemente aufweist, die in der Scharnierbasis aufgenommen sind.
Scharnieraufbau nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Nut in einer getrennten Hülse ausgebildet ist, die entweder an der Welle oder der Scharnierbasis angebracht und gegenüber einer Drehung relativ hierzu fixiert ist, um eine einfache Anpassung nach Bedarf zu ermöglichen.
Scharnieraufbau nach Anspruch 11, wobei die Nuten in einer getrennten Hülse ausgebildet sind, die an der Welle angebracht und bezüglich einer Drehung relativ zu der Welle fixiert ist, um eine einfache Anpassung nach Bedarf zu ermöglichen.
Scharnieraufbau nach Anspruch 5, wobei das Paar von Nuten in der Scharnierbasis vorgesehen ist und wobei die Einrichtung zum Verhindern einer relativen Drehung einen Vorsprung aufweist, der sich von dem Mittelteil des Federabschnittes der Vorspanneinrichtung in Richtung zu der Lücke erstreckt, und ein Kanal in der Welle vorgesehen ist, wobei der Vorsprung mit dem Kanal in Eingriff tritt, um eine Relativdrehung zwischen der Vorspanneinrichtung und der Welle zu verhindern.
Rastfeder, welche aufweist: zumindest einen Federarm, der einen freien Endabschnitt hat, zumindest eine Wälzlagerfläche, die dafür ausgelegt ist, eine Rolle bzw. Walze drehbar zu haltern, die an dem freien Endabschnitt des Federarmes vorgesehen ist, wobei die Wälzlagerfläche zumindest einem Teil einer zylindrischen Oberfläche der Walze bzw. Rolle angepasst ist, um die Walze drehbar zu haltern, sodass die Wälzlagerfläche die Form eines Zylinderflächensektors hat, und Einrichtungen zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen der Rastfeder und einer Halterungsstruktur.
Rastfeder nach Anspruch 20, wobei der zumindest eine Federarm ein erster Federarm ist, wobei die zumindest eine Wälzlagerfläche eine von einem Paar von Wälzlagerflächen ist und wobei die Rastfeder weiterhin aufweist: einen zweiten Federarm, der einen freien Endabschnitt hat, wobei jede aus dem Paar von Wälzlagerflächen an dem freien Endabschnitt des entsprechenden der ersten und zweiten Federarme vorgesehen ist.
Rastfeder nach Anspruch 21, wobei die ersten und zweiten Federarme aneinander angebracht sind, sodass sie einen Federabschnitt der Rastfeder definieren, wobei die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Federarmen den Mittelteil des Federabschnittes der Rastfeder definiert und das freie Ende des ersten Federarms von dem freien Ende des zweiten Federarms beabstandet ist, um eine Lücke zwischen dem freien Ende des ersten Federarms und dem freien Ende des zweiten Federarms zu definieren, wobei der Mitteilteil des Federabschnittes der Rastfeder der Lücke gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Einrichtung zum Verhindern einer Relativdrehung an dem Mittelteil des Federabschnittes der Rastfeder angebracht ist.
Rastfeder nach Anspruch 22, wobei die Mittel zum Verhindern der Relativdrehung einen Vorsprung aufweist, welcher sich von dem Mittelteil des Federabschnittes der Rastfeder in einer Richtung weg von der Lücke erstreckt.
Rastfeder nach Anspruch 23, wobei das Paar von Wälzlagerflächen an einem inneren Umfang des Federabschnittes der Rastfeder vorgesehen ist.
Rastfeder nach Anspruch 22, wobei die Mittel zum Verhindern einer Relativdrehung einen Vorsprung aufweisen, der sich von dem Mitteilteil des Federabschnittes in Richtung auf die Lücke erstreckt.
Rastfeder nach Anspruch 25, wobei das Paar von Wälzlagerflächen an einem Außenumfang des Federabschnittes der Rastfeder vorgesehen ist.