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Bandfeder
Spiralfedern, die aus Federbändern hergestellt sind, finden seit langem die verschiedensten Anwendungen. Eine wichtige und weitverbreitete Ausführungsform derartiger Federn ist die, bei welcher im Ruhezustand die einzelnen Windungen der Spirale unter Spannung dicht aufeinander liegen und so eine straff gewickelte Spule bilden. Das Federband besitzt in diesem Fall Längszugspannungen, die eine Rückspultendenz bewirken, wenn das Federband abgespult wird. Dabei wird, wie man sich leicht durch einen Versuch überzeugen kann, das abgewickelte Band einen gewölbten Querschnitt einnehmen, dessen konkave Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist. Dieser gewölbte Querschnitt wird im folgenden als natürliche Querkrümmung bezeichnet.
Ein von der Spule abgewickeltes, gestrecktes Stück Band besitzt demnach auf Grund der ihm verliehenen Längszugspannungen auch Querspannungen, die zu einer Querkrümmung führen. Wenn das Band aufgespult wird, kehrt es wieder zu seinem ebenen Querschnitt zurück. Die Herstellung derartiger Federn erfolgt in bekannter Weise, indem ein geeignetes Metallband über eine relativ scharfe Kante gezogen wird. Diese Federn haben den grossen Nachteil, dass sie sich beim Rückspulen sehr leicht verwikkeln und ein unentwirrbares Knäuel bilden. Bei den meisten Anwendungen muss daher die Feder in einem geeigneten Gehäuse untergebracht werden, so dass eine Führung der Feder und damit ein kontrollierter Rückspulvorgang gewährleistet ist. Ein weiterer Nachteil dieser Federn besteht darin, dass sie nur mit in engen Grenzen liegender Rückspulkraft ausgestattet werden können.
In der Erfindung werden alle diese Nachteile vermieden, wodurch sich ein überaus weiter Anwendungsbereich eröffnet. Sie besteht im wesentlichen darin, dem Metallband zusätzlich zu einer Längszugspannung, die das Band spulenförmig einzurollen trachtet, und zur natürlichen Querkrümmung eine künstlich geformte Querkrümmung so zu verleihen, dass ein abgespultes, gestrecktes Stück derBandfeder einen ebenen oder gewölbten Querschnitt besitzt, dessen konvexe Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist. Bei eingerollter Bandfeder wird dieser Querschnitt in einen geradlinig begrenzten oder gewölbten Querschnitt übergeführt.
Durch geeignete Dosierung der geformten Querkrümmung sowie der Längszugspannung kann die oben erwähnte, natürliche Querkrümmung so beeinflusst werden, dass die resultierende Querspannung jede beliebige Stärke und Richtung aufweist. Man kann dadurch erreichen, dass die Feder selbstspulend, selbststreckend oder ausbalanziert ist. Der geformte Querschnitt kann auf jede geeignete Weise hergestellt werden, so etwa durch einfaches Biegen, Ziehen über eine geeignete Kante, od. ähnl.
Verfahren.
Ferner erhält die gestreckte Feder dadurch, dass die konvexe Seite des geformten Querschnittes zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist, eine grosse Stabilität und Steife. Auf diese Weise wird auch vermieden, dass sich die Feder beim Rückspulen verwickelt. Es sind daher keine Massnahmen zur Führung der Feder, wie etwa ein Gehäuse, erforderlich. Federbänder, deren konkave Seite des geformten Querschnittes zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist, weisen diese Vorteile nicht auf.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen Aufriss einer Bandfeder, bestehend aus einem Band mit geformter Querkrümmung, deren konvexe Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist, Fig. 2 einen Querschnitt der Bandfeder nach der Linie 2 - 2 in Fig. 1, Fig. 3 einen Aufriss einer Bandfeder, ähnlich der in Fig. l dargestellten, jedoch mit grösserer, geformter Querkrümmung, Fig. 4 einen Querschnitt der Bandfeder nach der Linie 4 - 4
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in Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt einer Bandfeder, hergestellt aus einem Metallband, das in einem Arbeitsgang mit Quer-und Längsspannungen versehen wurde, Fig. 6 einen Aufriss der Bandfeder nach Fig. 5, Fig.
7 einen Aufriss einer Bandfeder, ähnlich der in den Fig. 5 und 6 gezeigten, Fig. 8 einen Querschnitt der Bandfeder nach Fig. 7, Fig. 9 die Anwendung der erfindungsgemässen Feder als Messband im Aufriss und Fig. 10 den Grundriss von Fig. 9, Fig. 11 die Anwendung der erfindungsgemässen Feder als Messband mit Gehäuse, Fig. 12 die Anwendung der erfindungsgemässen Feder als Messband, Fig. 13 das Messband nach Fig. 12, teilweise angewickelt, Fig. 14 einen Bürstenhalter für elektrische Maschinen unter Anwendung der erfindungsgemässen Feder, Fig. 15 den Bürstenhalter für elektrische Maschinen nach Fig. 14, jedoch mit abgespulter Feder, Fig. 16 einen Bürstenhalter für elektrische Maschinen unter Anwendung der erfindungsgemässen Feder, jedoch in anderer Anordnung als in den Fig. 14 und 15, Fig.
17 den Bürstenhalter für elektrische Maschinen nach Fig. 16, jedoch mit abgespulter, erfindungsgemässer Feder und Fig. 18 eine Anwendung der erfindungsgemässen Feder bei einer Zugpende. für Lampen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bandfeder besteht aus einem Band, das auf seiner ganzen Länge einen geformten, gewölbten Querschnitt besitzt, dessen konvexe Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist. Das Band 40 ist mit Ausnahme des Teiles 46 aber auch mit Längszugspannungenversehen, wodurch es im Ruhezustand die straff gewickelte Spule 42 bildet. Ein abgespultes, gestrecktes Stück Band würde daher bei nicht vorhandener, geformter Querkrümmung die natürliche Querkrümmung einnehmen, wobei immer die konkave Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist. Die geformte und die natürliche Querkrümmung haben somit entgegengesetzte Richtungen. Wenn beide, wie in Fig. l angenommen wurde, dem absoluten Betrag nach gleich sind, so resultiert im Teil 40 des Bandes, wo Längszugspannungen vorhanden sind, ein ebener Querschnitt 48.
Der längsspannungslose Teil 46 nimmt die geformte Querkrümmung 44 ein. Aus Fig. 2 ersieht man, dass das Band im Ruhezustand, d. h. im aufgespulten Zustand, einen ebenen Querschnitt einnimmt.
Die Feder nach den Fig. 3 und 4 ist ähnlich konstruiert wie die Feder nach Fig. 1. Die geformte Querkrümmung ist hier jedoch dem Betrag nach grösser als die natürliche Querkrümmung, wodurch im gespannten Teil ein gewölbter Querschnitt entsteht, dessen konvexe Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist. Auch hier wird beim Aufspulen des Bandes dessen Querschnitt eingeebnet, wie aus Fig. 4 hervorgeht.
Die Stärke der Feder nach Fig. 3 hängt vom Verhältnis der Querspannung zur Längszugspannung ab.
Sind beide dem Betrag nach gleich, so ist keine Kraft nötig, die Feder in ihrem gestreckten Zustand festzuhalten oder von der Spule abzuwickeln ; die Feder ist ausbalanziert. Beim Aufspulen muss man nur den gespulten Teil drehbar halten und am Bandende eine kleine Kraft in Richtung auf die Spule aus- üben.
Überwiegt die Querspannung die Längszugspannung, so wird sich das Band von selbst von der Spule abwickeln ; die Feder ist selbststreckend. Beim Aufwickeln muss man mit genügender Kraft das abgewickelte Ende gegen die Spule drücken, so dass die Querspannung überwunden wird.
Ist die Querspannung kleiner als die Längszugspannung, so ist die Feder selbstspulend.
Federn nach Fig. 3 haben, wie bereits erwähnt, im gestreckten Zustand eine grosse Steife und Stabilität. Ein gestrecktes Stück des Bandes wirkt wie ein Tragarm und kann ein beträchtliches Gewicht tragen. Beim Aufspulen besteht keinerlei Gefahr des Verwickeln, es erfolgt in vollkommen kontrollierter Weise.
Ist ein derartiges Federband vollkommen gestreckt, so verharrt es in diesem Zustand, auch wenn es nicht fixiert wird. Das Aufspulen erfolgt so, dass die erste Windung teilweise geformt wird. Die Fig. 5-8 zeigen zwei Modifikationen der Erfindung. Der Querschnitt des aufgespulten Bandes ist hier nicht eben, sondern gewölbt. Der geformte Querschnitt und die Längszugspannungen werden bei derartigen Federn in einem Arbeitsgang gebildet. Das Band 72 in den Fig. 5 und 6 wird dabei über ein Ziehstück gezo- gen, das im wesentlichen dieselbe Krümmung wie die gewünschte Querschnittskrümmung aufweist. Die Längsachse des Bandes wird daher im Vergleich zu den Rändern gestreckt, so dass das Band trachtet, einen ausgebauchten Zustand einzunehmen (s. Fig. 5).
Beim Aufspulen ist somit eine zusätzliche Kraftkomponente wirksam, die daher rührt, dass die Längsachse des Bandes die Tendenz hat, einen grösseren
Radius einzunehmen als die Ränder. Derartige Federn sind daher viel stärker als die vorher beschriebenen.
Die Federn nach den Fig. 7 und 8 ist der oben beschriebenen ganz ähnlich. Es sind hier nur die Rän- der des Bandes 78 mehr gestreckt als der Mittelteil.
Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele der Erfindung angeführt :
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Messband 90, das aus einer Feder hergestellt wurde, wie sie an Hand
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von Fig. 3 beschrieben wurde. Ist das Messband selbstspulend, so ist für seinen Gebrauch kein Behälter und keinerlei mechanische Vorrichtung erforderlich. Es kann ferner mit Marken 100 versehen werden, bei welchen Längszugspannung und Querspannung gleich gross sind. Wenn die Spule 94 eine dieser Marken 100 erreicht, wird sie an dieser Stelle verharren. Dies gestattet dem Benutzer, nur eine gewünschte Länge des Bandes auszuziehen.
Selbstverständlich können derartige Messbänder auch mit einem Behälter, wie in Fig. 11 gezeigt, versehen werden. Das innere Ende des Bandes 106 ist mit einem Anschlag 114 versehen, der verhindert, dass das ganze Band aus dem Behälter 110 gezogen wird.
Die Fig. 12 und 13 zeigen eine Anwendung als Kurzmessband oder Messstab. Die verwendete Feder kann selbstspulend, selbststreckend oder ausbalanziert sein. In jedem Fall kann das Band 150 vollkommen gestreckt werden, wie es Fig. 12 zeigt.
Die Fig. 14 und 15 zeigen eine Anwendung der Feder in Halterungen von Kohlebürsten für Elektromotoren od. ähnl. Ein Ende der selbststreckenden Feder 128 ist im Gehäuse 124 befestigt, so dass die Spule 134 die Kohlebürste 126 gegen den Kollektor 122 drückt. Um das Auswechseln der Bürste zu erleichtern, kann die Feder mit einem kurzen Teil am Ende 136 versehen sein, der sich nicht völlig aufwickelt, wenn die Bürste entfernt wird.
DieFig. Fig. 16 und 17 zeigen eine Abwandlung des Bürstenhalters. Das freie Ende 144 der Feder 342 ist hier an der Bürste befestigt.
In Fig. 18 ist eine Anwendung der Feder als Haltevorrichtung für verstellbare Lampen dargestellt.
Die Vorrichtung besteht aus zwei ineinander gewickelten Federbändern, deren jedes die Eigenschaft besitzt, wie sie an Hand von Fig. 3 beschrieben wurden. Das Verhältnis von Quer- und Längszugspannun- gen in den Federbändern ist so beschaffen, dass das Gewicht der Lampe gerade aufgewogen wird.
Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass hier sowohl Federbänder betrachtet werden, deren Querschnittskrümmung mit der Länge variiert, als auch solche mit konstanter Querschnittskrümmung. Eine veränderliche Querschnittskrümmung kann unter anderem dazu dienen, eine Feder konstanter Stärke herzustellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bandfeder, bestehend aus einem Metallband, dessen eine Seitenfläche im gestreckten Zustand des Bandes unter einer Längszugspannung steht, die das Band spulenförmig einzurollen trachtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandfeder im gestreckten Zustand einen gewölbten oder ebenen Querschnitt besitzt, dessen konvexe Seite zum Spulenmittelpunkt gerichtet ist und der bei eingerollter Bandfeder in einen geradlinig begrenzten oder gewölbten übergeführt ist, wobei die Längszugspannungen des Metallbandes verringert und die die Wölbung des Querschnittes bewirkenden Querspannungen vergrö- ssert sind.