Anwendungsgebiet

Das Kraftspeicherfedergelenk ist überall dort einsetz¬ bar, wo zwei Teile zueinander drehend bewegt werden. Dabei kann ein Teil feststehen oder es können sich auch beide Teile gegenläufig oder mit zueinander unter¬ schiedlichen Geschwindigkeiten drehen.

Die Erfindung betrifft ein Kraftspeicherfedergelenk zur Speicherung von Energie, zum Einsatz zwischen zwei zueinander bewegbaren Teilen, die durch das Kraftspei¬ cherfedergelenk verbunden sind.

Stand der Technik

Kraft-, Arbeits- und Energiespeicher sind in den ver¬ schiedensten Ausführungsformen bekannt. So sind auch Uhrfederwerke oder Spielzeug-Federmotoren bekannt. Mit diesen kann beispielsweise durch Beaufschlagung durch eine Kraft in den Energiespeicher geladene Energie ge¬ speichert und wieder abgerufen werden.

Diese bekannten Energiespeicher geben die Energie zu¬ meist kontinuierlich oder mit abnehmender Stärke wie¬ der ab. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, wo der Einsatz eines Energiespeichers gewünscht wird, der Energie nach Vorgaben und/oder bedarfsorientiert über einen Weg oder zeitbezogen mit unterschiedlicher Stärke wie¬ der abgibt.

Ein besonders geeigneter Einsatzbereich ist bei Schar¬ nieren im Fahrzeugbereich gegeben.

Bei Anhängern von LKW oder im landwirtschaftlichen Bereich sind in den meisten Ausführungsformen Lade¬ klappen vorgesehen, die mittels einfacher Scharniere am Anhänger angelenkt sind. Die Scharniere sind oft¬ mals an der Unterkante der Ladeklappe vorgesehen, so daß beim Öffnen und Schließen per Hand mitunter er¬ hebliche Kräfte aufgebracht werden müssen, um die Klappe zu bewegen, wobei der Krafteinsatz naturge¬ mäß am größten ist, wenn der Winkel von Ladeklappe zur Senkrechten 90° beträgt.

Aufgabe, Lösung, Vortei1e

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kraftspeicher¬ federgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, das Energie so speichern kann, daß es möglich ist, Energie über einen Bewegungsweg so zu speichern, daß bei einer gegenläufigen oder rückläufigen Bewegung über den Bewegungsweg die Energie in ganz bestimmter, vorgegebener und über Stärke über den Weg unterschied¬ lich abgegeben werden kann.

Diese Aufabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeich¬ neten Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Gedanke ist dabei, daß bei der Bewe¬ gung von zwei Teilen relativ zueinander entstehende Kräfte wie Gewichtskräfte, Kräfte aufgrund abzubrem¬ sender kinetischer Energie usw. abgestützt und im Ener-

giespeicher in Form von potentieller Energie abgespei¬ chert werden. Um die Energie dann auch wieder konti¬ nuierlich abgeben zu können, ist vorgesehen, daß min¬ destens ein oder zwei voneinander unabhängige Energiespei¬ cher geladen werden. Diese können nacheinander mit poten¬ tieller Energie geladen werden, oder es handelt sich um unterschiedliche Energiespeicher, die parallel ge¬ laden werden. Beides kann auch kombiniert werden. Wich¬ tig ist, daß über einen Bewegungsablauf eine Energie¬ abgabe, z.B. zur Unterstützung der Bewegung der Teile zueinander möglich ist, und zwar erfindungsgemäß mit einem bestimmten, vorgebbaren Energieabgabeverlauf. Das bedeutet, daß beispielsweise zu Beginn der Bewe¬ gung aus dem oder den Energiespeichern nur eine ge¬ ringe oder eine besonders hohe Energie einer Kraft ent¬ nommen wird und anschließend eine Energieentnahme auf einem anderen ggf. wieder wechselnden Energieniveau erfolgt.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, daß die Energiespei¬ cher durch Federn gebildet werden. Diese werden erfin¬ dungsgemäß entweder so hintereinander geschaltet, daß in ihnen jeweils nacheinander die volle mögliche Ener¬ giemenge gespeichert wird, wobei die geladenen Federn in ihrem Ladungszustand bzw. in ihrer Spannung gehal¬ ten werden, bis alle Federn beaufschlagt wurden. Ein weiterer Kerngedanke ist dann, daß der oder die Ener¬ giespeicher so gegen eine Entladung gesperrt oder blok- kiert werden, daß eine weitere Bewegung der beiden Tei¬ ler zueinander möglich ist. Es ist daher möglich, dann auch noch eine weitere Bewegung der Teile vorzusehen, bei der keine weitere Energiespeicherung erfolgt. Bei einer Rückbewegung der Teile erfolgt dann die Entspannung zu vorggebbarer Zeit und/ oder Wegpunkten.

Hierbei kann vorgesehen sein, daß mindestens zwei Fe¬ dern unterschiedliche Federkonstanten oder eine unter¬ schiedliche Feder charakteristisch wie eine progres¬ sive oder degressive Änderung der Federkonstanten über den Federweg aufweisen und/oder daß die Energiespei¬ cher bei einer Bewegung der Teile zueinander über ei¬ nen Gesamtbewegungsweg alle aufladbar und bei einer Bewegung im gegenläufiger Richtung über den Gesamtbe¬ wegungsweg alle entladbar sind. Die Federn sind dabei als Zug-, Druck-, Biege- oder Verdrehfedern ausgebil¬ det, und können in ihrer Vorspannung einstellbar aus¬ gebildet und abgeordnet sein.

Ein ganz spezielles Ziel besteht darin, ein Kraftspei¬ cherfedergelenk zu schaffen, das Energie speichern kann, so daß das Öffnen und Schließen z.B. von Ladeklappen derart unterstützt wird, daß nur noch minimale Kräfte aufgewandt werden müssen, wobei der Grad der Unter¬ stützung variiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 7 gekenn¬ zeichneten Merkmale gelöst.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, ein Spiral¬ federsystem zu schaffen, die mit mehreren Spiral¬ federn versehen sind, die unterschiedliche Feder¬ konstanten aufweisen und die beim Herunterklappen der Bordwand freiwerdende Energie speichern, so daß diese zum Hochklappen mit verwandt werden kann, wobei der Einsatzbereich überall dort zu sehen ist, wo zwei miteinander verbundene Teile unter Anwendung von Kraft gegeneinander verschwenkt werden müssen. Es ist allerdings vorteilhaft, wenn in eine Schwenk¬ richtung die Schwerkraft ausgenutzt werden kann.

Ein derartiges Spiralfedersystem für z.B. ein Klap¬ penscharnier besteht aus einem einseitig geschlos¬ senem Mantelrohr als Mantelhülse, das mit einem Be¬ festigungsmittel versehen ist, das an der Hängerklappe befestigt wird.

Im Mantelrohr als Mantelhülse weist das Klappenscharnier mehrere Spiralfedern auf, durch die eine Achse geführt ist, die am Hänger festgelegt ist. Die Spiralfedern sind auf der Achse ebenfalls festgelegt und finden ihr Wi¬ derlager im Anschlagteil des Mitnehmers auf der Innen¬ seite des Mantelrohres. Zwischen Mantelrohr als Mantel¬ hülse und Spiralfeder befindet sich eine Führungshülse, die fest mit dem Hänger verbunden ist und die Führungs¬ schlitze aufweist, wobei je ein freies Ende einer Spi¬ ralfeder in einem Führungsschlitz so geführt ist, daß dieses von einem Mitnehmernocken beaufschlagt werden kann. Wird nun die Klappe betätigt, so dreht sich das Mantelrohr und spannt in der Regel nacheinander durch den Mitnehmer die Spiralfedern, deren freies Ende sich dadurch in den Führungsschlitzen der Führungshülse fort¬ bewegen, und zwar in dem zur Achse etwa rechtwinkligen Hauptteil des Führungsschlitzes. Die Führungsschlitze verlaufen im Endbereich in etwa parallel zur Achse. Durch das Verschieben in den Endabschnitt wird das Ende der Spiralfeder aus dem Bereich des Mitnehmers her¬ ausgeführt und wird in eine Speicherstellung gebracht, in der sie nicht weiter gespannt werden kann aber die bisherige Spannung beibehalten wird. Der Mitnehmer, der als Wulst teilringartig im Inneren der Mantelhülse umlaufend angeordnet ist, gleitet dann mit dem An¬ schlagteil an dem in den Endbereich des Führungs-

Schlitzes abgedrängten Ende der Spiralfeder vorbei und das freie Ende wird an einer seitlichen Gleit¬ bahn des Mitnehmers entlanggleitend in seiner Stel¬ lung gehalten, auch wenn die Mantelhülse weiterge¬ dreht wird. Wird die Bewegung entgegengesetzt ausge¬ führt, d.h. die Klappe wird geschlossen, rutscht die Feder aus der Speicherposition heraus, wenn das An¬ schlagteil des Mitnehmers bei der Rückdrehung an dem Ende der Spiralfeder vorbeigedreht worden ist, da sie durch die Ausformung des Endbereiches in den Bereich des Mitnehmernockens drängt, und drückt dann gegen den Anschlagteil des Mitnehmers, wodurch das Schließen unterstützt wird. Die Federkonstanten und die Anordnung von Nocken und Schlitzen werden derart ausgewählt, daß sie den Energieverlauf des Schließens der Klappe angepaßt sind.

Es kann dabei auch vorgesehen werden, daß sich der Mitnehmer über 360° oder mehr an der Innenseite des Mantelrohres erstreckt. In diesem Fall muß der Wulst nicht im rechten Winkel zur Achse, sondern spiralför¬ mig nach Art eines Gewindewulstes verlaufen, wobei die Steigung des Gewindewulstes und die Länge des Endbereichs des Führungsschlitzes so abgestimmt sein müssen, daß bei Erreichen des Endes des Mitnehmerwul¬ stes das freie Ende der Feder sich im Endbereich des Endabschnittes befindet.

Die Anschlagfläche des Anschlagteils weist einen Win¬ kel zur Längserstreckung des Mitnehmers so auf, daß sich das freie Ende der Spiralfeder so anlegt, daß es gleichzeitig an einer Wandung des Führungsschlitzes

anliegt und von diesem im Zusammenwirken mit der An¬ schlagfläche in den Endbereich des Führungsschlitzes geführt wird.

Dieses Spiralfedersystem läßt sich in vielfältiger Weise in allen Bereichen, in denen Spiralfedern be¬ nötigt werden, einsetzen, wobei durch die Auswahl der Federkonstanten und die Plazierung der Mitnehmer¬ nocken bzw. der Führungsschlitze immer eine indivi¬ duelle Anpassung möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Wirkungs¬ richtung der Energiespeicherung in beide Bewegungs¬ richtungen durch entsprechende Plazierung der Füh¬ rungsschlitze und der Spiralfedern ermöglicht wird.

Durch die Auswahl und Einschaltung von Federn mit unterschiedlichen Federkonstanten und sich über den Spannweg ändernden Federkonstanten wird es auch mög¬ lich, sich über den Schwenkweg eines Scharniers er¬ gebende unterschiedliche Kräfte, beispielsweise un¬ terschiedliche Gewichtskräfte abzufangen, so daß eine leichte Bewegbarkeit erreicht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspüchen gekennzeichnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach¬ stehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenan¬ sicht ein erfindungsgemäßes Spiralfedersystem in Form eines Klappenscharnier,

Fig. 2 in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes

Spiralfedersystem in Form eines Klappenschar¬ nier,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene seitliche Detail¬ ansicht einer Spiralfeder mit Führungsschlitz und Mitnehmern in ungespanntem Zustand und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene seitliche Detail¬ ansicht der Spiralfeder mit Führungsschlitz und Mitnehmern in gespanntem Zustand.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spiralfedersystem in Form eines Klappenscharniers 100 für z.B. Anhänger für LKW, bei dem der einfachheithalber zur Veranschau¬ lichung Mitnehmernocken lOa-e für Spiralfedern lla-e in einer Ebene dargestellt sind.

Das Klappenscharnier 100 weist eine Achse 12 auf, die an einem in der Zeichnung nur angedeuteten Teil 30, z.B. dem Anhänger, festgelegt ist und die durch mehrere Spiralfedern lla-e geführt ist und auf der die Spiral¬ federn lla-e mit einem Ende festgelegt sind. Die feien

Enden 13a-e der Spiralfedern lla-e sind durch Führungs¬ schlitze 14a-e einer Führungshülse 15 geführt, wobei die Führungshülse 15 in Relation zur Achse 12 unbeweg¬ lich ist, da beide über ein Befestigungsmittel 12a mit¬ einander verbunden sind, wobei dieses auch zur Festle¬ gung am Hänger dient. Die Achse 12, Spiralfedern lla-e und Führungshülse 15 befinden sich in einer einseitig geschlossenen Mantelhülse 16. Die Mantelhülse ist an einem zweiten Teil 40, z.B. der Hängerklappe befestigt.

Auf der geschlossenen Seite 16a befinden sich auf der Innenseite 17 der Mantelhülse 16 eine Führung 18 für die Achse 12 und einem Führungsring 19 für das* Führungs¬ rohr 15. Auf der Innenseite 17 der Mantelhülse 16 fin¬ den sich die Mitnehmer lOa-e, die auch als Nocken ausgebildet sein können und die bei ein der Drehbewegung der Mantelhülse 16 gegenüber der Achse 12 die freien Enden 13a-e der Spiralfedern lla-e beaufschlagen.

In Fig. 2 ist das Klappscharnier 100 im Querschnitt dargestellt, um eine mögliche Anordnung der Mitnehmer lOa-e zu zeigen.

Fig. 3 und 4 verdeutlichen die Arbeitsweise bzw. die Speicherung der Federenergie durch das spezielle Zu¬ sammenwirken von Mitnehmer lOa-e und dem Führungs¬ schlitzen 14a-e. Die Führungsschlitze 14a-e verlaufen rechtwinklig zur Achse 12 in der Führungshülse 15, wo¬ bei der Endbereich zur Seite nahezu rechtwinklig ab¬ knickend ausläuft. Der gerade Abschnitt des Führungs¬ schlitzes 14a-e verläuft deckungsgleich mit dem Weg der Mitnehmer lOa-e für die Spiralfeder lla-e.

während der Endbereich das freie Ende der Spiralfeder lla-e aus dem Beaufschlagungsbereich des Mitnehmer¬ nockens lOa-e herausführt. Beim Drehen der Achse 12 gegenüber der Mantelhülse 16 in Richtung X beaufschlagt jeder Mitnehmer lOa-e ein Ende einer Spiralfeder lla-e, wodurch diese gespannt wird. Dabei bewegt sich das Ende der Spiralfeder entlang des geraden Abschnittes des Führungsschlitzes und das abgewinkelte Ende wird in eine Position gedreht (Fig. 4) , in der die Feder die Energie nicht wieder abgeben kann, da die Spiralfeder lla-e in dieser Position durch den Führungsschlitz I4a-e und durch die Außenseite des Mitnehmers 10a-e, der auf der Innen¬ seite 17 der Mantelhülse 16 umläuft, fixiert wird.

Außerdem ist vorgesehen, daß die Mitnehmer (lOa-e) als auf der Innenseite (17) der Mantelhülse (16) verlaufende wulstartige oder stegartige Teilringe oder Gewinderinge ausgebildet sind, die mit je einem Anschlagteil (20) zur Beaufschlagung des freien Endes (I3a-e) einer Spiralfeder (lla-e) und je einer seitlichen Gleit¬ bahn (21) versehen sind. Es ist möglich, den gleichen Grundaufbau zu verwenden und anstelle jedes Mitnehmers in der Mantelhülse eine Führungskulisse in Form eines Führungsschlitzes so auszubilden, daß eine entsprechende Führung des freien Endes der Feder erreicht wird. Auch ist es möglich, die Anordnung in kinematischer Umkehr vorzunehmen. Hierzu können die Federn in der Mantel¬ hülse fest gelagert, das freie abgewinkelte Ende durch den Führungsschlitz in der Führungshülse geführt und der Endbereich im Bereich eines auf der Achse ausge¬ bildeten Mitnehmers oder Führungsschlitzes angeordnet werden. Auch ist es bevorzugterweise möglich, das Ge¬ lenk mit nur einer geeignet ausgebildeten Feder auszu¬ bilden.