技术领域
本发明涉及用于致动机械装置的致动器的领域，尤其涉及例如Bowden 缆索的牵引装置，其用于移动座椅尤其是自动座椅中的人类工程支撑。
背景技术
许多机械装置需要被移动到用户选择的位置，然后相对用于将该装置 返回到其初始位置的偏置力而保持所述装置。这样的装置通常用于座椅中 的人类工程支撑，尤其是自动座椅的腰部支撑。腰部支撑对座上的人的腰 脊柱施加舒适的力。该力通过多种结构来机械地施加，这些结构包括弓形 结构、弯曲结构、紧固结构、延伸结构或者其它移动压力表面的结构。压 力表面同样具有多种变化，包括带状表面、桨状表面、“篮状”表面、拱 形表面、弓形表面等。这些装置必须允许用户选择压力表面的希望位置， 然后，无论使用了哪种装置和连接来将压力表面移动到选择的位置，都在 用户释放之后保持所述位置。所述连接具有多种变化，包括连杆、杠杆、 弹簧、缆索以及尤其是例如Bowden缆索的同轴牵索。例如Bowden缆索 的连接在其一端连接腰部支撑，在其另一端连接致动器。致动器位于用户 可操作的位置，通常在座椅的边缘。
存在多种用于这些目的的致动器结构，包括机械致动器和电致动器。 它们都具有这样的功能：将压力表面移动到选择的位置，然后相对由座椅 上的人的重量施加的力将压力表面保持在所述位置。所述力被偏置为朝向 将压力表面返回其初始位置的方向，所述初始位置通常是平面形的。最通 常的连接，即Bowden缆索柔软导管，也被称为“套管”或者“护套”， 缆线在所述导管中同轴滑动。致动器具有用于套管末端的支座和用于缆线 末端的支座。线和套管的相对端连接到腰部支撑或其它人类工程支撑的不 同部分，从而通过套管牵引缆线而将压力表面移动到希望的位置。因此， 最普遍使用的致动器被设计成通过Bowden缆索套管牵引Bowden缆线。 致动器必须施加必要的力以通过套管牵引缆线从而致动腰部支撑。所述致 动器还必须相对腰部支撑上的乘客的重量的回复力保持所述缆线，所述回 复力用于将所述线拉回套管。另外，致动器还必须能够从所述缆线释放保 持力，从而用户可以将人类工程装置返回到其初始位置或者另一个选择位 置。
在此引入美国专利5397164和6334651 B1作为参考。
致动器实现这些必要的移动功能，通过多种机构进行保持和释放。电 动致动器通常使用连接到收线轮或线筒的齿轮以用于牵引Bowden缆线。 手动致动器也可以使用齿轮和线筒，但是通常包括制动装置、棘轮或者离 合器。制动装置、棘轮和离合器由用户手调的杠杆或手轮驱动。对于所有 的机械装置和一些电装置共同的是，其都使用某种类型的摩擦表面。用于 收紧Bowden缆线的元件都必须移过摩擦表面，并与摩擦表面接合以保持 选择的位置，然后从摩擦表面释放，从而使得连接缆线的元件可以返回。 构造这些致动器尤其是离合器型机械致动器的材料，通常是塑料和具有钢 支撑的烧结金属。离合致动器包括凸轮和支承配置，其中支承件随着致动 器的移动而移动到选择的位置。支承件锁定凸轮和闭合环之间或者空转， 以保持选择的位置，并之后可以释放以用于返回移动。
目前，手动离合致动器具有的问题是，在塑料、烧结金属和钢元件之 间的相互作用存在滑动、并且是低耐久的。因此，需要一种致动器，尤其 需要一种不滑动且不磨损的手动离合致动器。
发明内容
本发明是一种具有摩擦表面的新型致动器。在一个优选实施例中，致 动器是手动离合器型致动器。该致动器具有外壳，该外壳具有用于Bowden 缆索套管的支座。在外壳的内部是收线轮或线筒，用于通过将线收紧在轮 上而在Bowden缆线上施加牵引力，并且从Bowden缆索套管牵引所述缆 线。该轮与轮毂同轴并且被固定到轮毂，其中轮毂具有多个凸轮形状的表 面。该凸轮由环围绕。当与环一起组装时，轮毂上的凸轮形表面形成约束 槽。将支承件设置在约束槽内。在一个优选实施例中，支承件是由钢制成 的辊筒支承件。还在约束槽内设置圆柱形橡胶弹簧。将所述环固定地连接 到外壳，并将该外壳固定地安装在座椅框架上。将轮毂和线筒连接到杠杆 或者手轮，其中用户利用该杠杆或手轮旋转致动器。特别是，杠杆或手轮 连接到与轮毂同轴并且轴向邻近轮毂的圆盘。该圆盘具有轴向凸出的指状 物，该指状物延伸入在圆形轮毂和其闭合环之间的约束槽中。设置这些指 状物用于在相邻于其的钢辊上施加旋转压力。约束槽被作为轮毂的集成部 分的止动件分隔开。该指状物还被设置为邻接轮毂止动件，从而在被旋转 时对其施加旋转压力。因此每个指状物在一侧邻接轮毂止动件而在另一侧 邻接钢辊。每个钢辊被橡胶圆柱形弹簧从其相邻的轮毂止动件隔开。每个 钢辊在其两侧分别邻接圆盘指状物和橡胶弹簧。每个橡胶弹簧在其两侧分 别邻接钢辊和轮毂止动件。每个轮毂止动件在其两侧分别邻接橡胶弹簧和 圆盘的下一个指状延伸物。
在操作中，手动离合致动器执行对其要求的以下功能：在力的作用下 移动，保持位置以及释放。这样实现在力的作用下的移动：通过用户旋转 杠杆或者手轮，该杠杆或手轮旋转圆盘，所述圆盘包括指状物以施力于邻 接的轮毂止动件。整个轮毂因此在第一方向上移动，并在该方向上旋转附 接的线筒，该线筒收紧Bowden缆线并对其施加牵引力。然后，所述线移 动在其另一端的腰部支撑。
当用户释放杠杆或手轮时，作用于腰部支撑的压力表面上的用户的重 量将施力于Bowden缆线，并趋向于将缆线拉回套管。通过致动器的离合 器的作用，相对该力将压力表面和Bowden缆线保持不动。也就是说，具 有闭合环的轮毂的结构形成约束槽，所述槽在一端变得较窄。将约束槽内 的钢辊的尺寸设置为，使得其可以在所述槽较宽的一端自由移动，但是不 能进入所述槽较窄的一端，从而导致当钢辊朝向约束槽的较窄端移动时被 阻塞或锲住。由Bowden缆线施加在轮毂上的返回力或者负载旋转该轮毂， 使钢辊朝向约束槽的较窄端偏置。辊阻塞在其中，从而阻止保持缆线的轮 毂继续旋转。从而，将连接缆线的腰部支撑的压力表面保持在选择的位置。
为了释放保持的线和压力表面，用户以与其旋转的第一方向相反的方 向旋转杠杆或者手轮。该方向与负载的扭转方向相同。连接到杠杆的圆盘 指状物将钢辊推向橡胶弹簧，压缩弹簧并将钢辊推进约束槽的较宽部分， 从而轮毂可以相对于环自由地旋转。该释放作用允许致动器完成其最后需 要的作用，释放离合器以旋转，从而腰部支撑可以返回到其初始位置。
显然，通过钢辊在固定环的内表面和旋转轮毂的外凸轮表面之间的摩 擦作用来实现相对负载保持选择的位置的功能。为了精确地保持选择的位 置并且满意地直接保持该位置，在钢辊、环和轮毂之间的摩擦关系必须不 滑动。另外，保持和释放的重复作用不应该磨损环或轮毂的表面而产生凹 槽或者缺口，并且不应该损坏钢辊的表面并将其磨平。这样的磨损导致增 加滑动并且不能精确地保持选择的位置。
本发明对环、辊以及轮毂之间的摩擦关系引入创新的摩擦表面。该摩 擦表面是结构化表面。在一个优选实施例中，将凹槽加工在环的内表面中。 一种凹槽是圆周形的，以及另一种凹槽是轴向的。这些凹槽确保与钢辊的 紧密、无滑动的紧固。这些凹槽还显著减少了所有元件的磨损，并增加了 离合致动器的耐久性。
附图说明
被引入并形成说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并结合描 述来解释本发明的原理。在附图中：
图1是具有手动致动器的腰部支撑；
图2是组装的手动离合致动器的透视图；
图3是手动离合致动器的分解图；
图4是局部组装的手动离合致动器的透视图；
图5是局部组装的手动离合致动器的俯视图；
图6是手动离合致动器的环的透视图；以及
图7是手动离合致动器的环的结构化表面的特写图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的标号表示相同的元件，图1示出了一种人类工 程支撑，图1中为用于自动座椅的腰部支撑2。腰部支撑2的移动通过手 动致动器4实现，该手动致动器通过Bowden缆索6连接到腰部支撑。 Bowden缆索6具有套管8，该套管连接到腰部支撑2的可移动压力表面 10的第一部分12上。Bowden缆线14位于Bowden缆索套管内并在Bowden 缆索套管内轴向滑动，该Bowden缆线连接到腰部支撑2的移动压力表面 的另一个部分16。致动器4在Bowden缆线14上施加牵引力，该力通过 Bowden缆索套管8牵引Bowden缆线。这将使腰部支撑的可移动压力表 面的第二部分16朝腰部支撑的可移动压力表面的第一部分12移动，从而 将其弯曲成给座椅上的人提供腰部支承的弓形形状。
图2是一种组装的离合致动器4的透视图。图2示出了多种可能的用 于封闭超速离合器型手动致动器的必要元件的外壳结构中的一种。外壳20 包括用于放置例如Bowden缆索的牵索套管的两个可选支座22。在组装中 将只使用一个支座。轴24旋转离合器。将所述轴与杠杆或者手轮(未示出) 一起组装。
图3、4和5是本发明的离合致动器的分解透视图和俯视图。将环30 安装在外壳20内并固定地附接在外壳上。将轮毂40组装在环30内并且与 环同轴。在所示实施例中，轮毂40具有三个轮毂止动件42。轮毂止动件 42的尺寸被设置以紧密地与环30的内表面32配合。在许多实施例中，轮 毂40由烧结金属制成。
轮毂40具有界面44，在组装中将该界面附接到Bowden缆线线筒50 的延伸部分52。外壳20中的支座22固定Bowden缆索套管末端，以免受 到致动器4施加的拉力。Bowden缆线从套管的端部通过外壳20延伸到线 筒50上设置其的位置。线筒50具有与轮毂40的界面44互锁的延伸部分 52。因此，轮毂40的旋转转动该线筒50。当轮毂40和线筒50在第一方 向旋转时，将牵引力施加给Bowden缆线，从而从Bowden缆线套管牵引 该线，这可以在Bowden缆索的另一端的腰部支撑上产生致动效果。
将圆盘60安装在环30和轮毂40的顶部。当用户旋转手轮或者杠杆(未 示出)时，该作用将旋转轴24。通过旋转轴24而旋转圆盘60。圆盘60 具有向下的凸出“指状物”或者延伸部分62。指状物62向下凸出到环30 和轮毂40的平面上，从而与它们相互作用，传递由用户在杠杆或手轮上施 加、并通过轴24传递给圆盘60的力。
环30和轮毂40的组件在它们之间形成约束槽34。每个约束槽34由 环30的内表面32、轮毂40的外表面46、轮毂止动件42的释放表面47、 以及另一个轮毂止动件42的拉紧表面48限制。轮毂40的外表面46是偏 心的或者是凸轮形状。在可选实施例中，轮毂40的外表面46可以是正圆 形的，并且与内表面32是偏心的或者凸轮形状的环30组装在一起。在任 一情况下，环30和轮毂40的组件必须限定一个约束槽34。在双向作用的 离合器的情况下，约束槽可以在两端较窄而在中间较宽。但是，在所示实 施例中，每个约束槽34都朝向轮毂止动件42的拉紧表面48变窄，而朝向 另一个轮毂止动件42的释放表面47变宽。
在组件中，将橡胶环管36设置为紧靠着轮毂止动件42的释放表面47， 以用作弹簧。可选的是，可以使用其它类型的弹簧。在组件中，将支承件 38设置为紧邻橡胶环管36。支承件38可以是任何公知的形状或结构，但 是，在所示实施例中，支承件38为钢辊。将钢辊38的尺寸设置为：当钢 辊38在接近于轮毂止动件42的释放表面47的约束槽34的较宽部分中时， 其直径不能同时接触环30的内表面32和轮毂40的外表面46。还将钢辊 38的尺寸设置为：在接近于另一个轮毂止动件42的拉紧表面48的约束槽 34的较窄端时，其不能进入内表面32和外表面46之间。显然，轮毂40 相对于环30在第一方向的移动将使得钢辊38锲入或者卡入内表面32和外 表面46之间，其中第一方向是图5所示实施例中的顺时针方向。该卡塞阻 止并固定轮毂40和环30的相对移动。由于Bowden缆线被固定在线筒50 上、并且线筒50被附连在轮毂40上，从而线筒50只可以与轮毂40一起 移动，由钢辊38的阻塞导致的对轮毂40的阻挡将控制组件和线不再继续 顺时针旋转。其相对由座椅上的人的重量反推腰部支撑的压力表面而在组 件上施加的顺时针转矩，在Bowden缆线上确实地保持对组件的拉力。以 这样的方式，将用户选择的位置保持在原位。
显然，可以将上述元件以镜像的方式相反地安装，从而使其相对于逆 时针转矩而保持。在组件中，致动器的左右边的支座形式可以通过简单地 旋转轮毂并将牵引缆索套管放置在一个或另一个支座22中来组装。
在操作中，除了阻止旋转以保持选择位置以外，致动器还具有两个其 它功能。第一个功能是拉紧该致动器以将Bowden缆线拉出Bowden缆线 套管，并且对在Bowden缆索的另一端上的腰部支撑施加牵引力。另一个 功能是释放拉力。释放钢辊的锲入止动并允许轮毂反向旋转，释放了 Bowden缆索上的拉力，以允许线缩回缆索中，从而允许腰部支撑的压力 表面回到初始的平面位置。
拉紧功能如下所述。用户旋转杠杆或者手轮(未示出)，从而以第二 方向旋转轴24。在图5所示的实施例中，第二方向是逆时针方向。旋转轴 24旋转圆盘60并从而旋转圆盘指状物62。由于圆盘指状物62向下延伸到 约束槽34内，指状物62的逆时针旋转使它们与每个轮毂止动件42的拉紧 面48接触。指状物62以第二方向即图5中的逆时针方向驱动轮毂，使得 约束槽的较窄端退回到远离钢辊38。钢辊38因此被释放，从而，其具有 在约束槽34的较宽部分中的移动空间，并可以在第二方向即逆时针方向上 沿轮毂止动件42旋转。当用户移动该组件并通过其使腰部支撑到达舒服的 位置时，释放杠杆和轴24上的手动压力。当以第二方向即逆时针方向施加 到圆盘指状物62上的力停止时，通过线筒50施加在轮毂40上的Bowden 缆线的返回力被组件接收作为顺时针第一方向上的转矩。橡胶环管弹簧36 展开并对钢辊38施加第二方向即逆时针方向上的偏置力。这两个作用的结 合将钢辊38朝约束槽34的窄端移动，钢辊38在所述窄端锲入或卡住。从 而，离合器停止并保持选择的位置。
为了将腰部支撑返回其初始的平面位置，离合器组件仅需要释放钢辊 38的止动作用。因此，用户以第一方向即顺时针方向旋转轴24。这使得指 状物62在第一方向即顺时针方向推动钢辊38并使其进入约束槽34的较宽 部分。这将释放轮毂40使其相对于环30移动，从而允许轮毂40和附接的 Bowden缆线线筒50相对于环30移动。该自由旋转允许将Bowden缆线 拉回Bowden缆索套管中，从而允许腰部支撑回到其初始的平面位置。
对于本领域的技术人员显然的是，为了使离合致动器对其的用户提供 立即响应和精确的效果，在轮毂40的外表面46、环30的内表面32以及 钢辊38之间的容差必须较小。换句话说，一旦释放用户施加的第二方向即 逆时针方向的拉力方向上的拉力，不允许钢辊38在将组件阻塞并停止在选 择位置之前旋转任何可观的距离。如果钢辊不能立即卡住，用户将感觉到 不期望的组件滑动。除了该滑动带来的不舒适感以外，该滑动还导致了重 调组件以及将腰部支撑调回到期望位置的需要。
即使在环30的内表面32、轮毂40的外表面46以及钢辊38之间的容 差相当接近时，但是，如果所有三个表面都平滑，可能会发生一些滑动， 至少在拉力最大的腰部支撑的位置上会发生滑动。因此，在表面之间需要 无滑动相互作用。
除了初始滑动的可能性以外，在致动器的使用期限内多次重复利用表 面的相互作用将产生磨损，从而恶化所有滑动问题。钢辊表面会由于重复 使用而变平。环30的内表面32会被磨损或腐蚀，从而延长约束槽32的较 宽部分的长度和相互作用表面之间的磨损间隙，因此增加了滑动的发生和 程度。最后，尤其在其中轮毂40由烧结金属制成的实施例中，轮毂40的 外表面46同样会被磨损，因此失去凸轮表面46的期望的曲率，从而同样 产生增加的滑动的发生率和程度。因此，希望表面之间存在更加耐久的相 互作用。
图6是环30的透视图。内表面32已经被结构化。对环30的内表面 32的表面结构化增加了内表面32与钢辊38相互作用的摩擦系数。在致动 器的使用期限的前期中，结构化表面32促使较快地“抓住”辊38，从而 减少滑动。结构化表面还可以更加耐磨，从而无论重复使用多少次，滑动 的程度和发生率在致动器的整个寿命中不增加。
图7是结构化表面32的实施例的特写图。在所示实施例中，环30的 内表面32被加工为具有螺旋形槽。图7是示出多个槽的内表面32的特写 截面图。图7中的轴X示出了这些槽的方向。在所示实施例中，由于以螺 旋的方式加工所述槽，因此所述多个槽实际上是同一个槽。可选的是，可 以使用几个互锁的螺旋形槽或分离的槽。在所示实施例中，所述槽为1到 3微米深和1到3微米宽。优选的范围可以包括约1.0到3.5微米，尤其优 选的范围为约1.6到2.6微米。
在一个实施例中，将内表面32硬化到RockwellC 30HRC，并具有根 据ASTM E140-67测量的约55HRC的显微硬度。优选范围可以包括约26 到46HRC，最优选范围是30到41HRC。显微硬度可以为约40到70。
可以考虑其它的结构。可以以与环30同轴的方向、沿着图7的Y轴 加工槽、脊或者其它结构。这样的同轴凹槽将垂直于轮毂40和辊支承件 38的移动方向。在一个实施例中，这样的微型结构的尺寸为约0.2微米。 优选范围可以为约0.1到0.3微米。
在本发明的范围内的其它实施例可以设置在同轴方向上的1到3微米 的凹槽以及在圆周方向上的0.1到0.3微米的凹槽。可以使用例如交叉纹、 点状纹、滚花纹等其它结构表面。
从上述可以看出，实现并获得了本发明的多个优点。
选择并描述实施例是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从 而使得本领域的其他技术人员可以将本发明最佳地用于不同实施例中，并 使其具有适于所希望的特定使用的各种变形。
在不脱离本发明的范围下，可以对这里描述和示出的结构和方法进行 各种修改，因此，应该将在上述描述中包括的、或者在附图中示出的所有 内容理解为是说明性的而不是限制性的。从而，本发明的广度和范围并不 限于上述任何示例性的实施例，而是由下面所附的权利要求书及其等同物 来限定。