Federwerk mit Stahlhandfeder. Die Kraftentwicklung eines Federbandes mit Stahlbandfeder beruht in der Regel dar auf, dass das am einen Ende festgelegte Feder band aus einer Ausgangslage abgebogen ist und das Bestreben hat., in die Ausgangslage zurüekzukehren. Bei Spiralfedern hat das Fe derband schon in der entspannten Lage Spi- ralform und wird beim Aufziehen um einen Kern auf einen kleineren Radius aufgewickelt. Bei einem gegebenen Querschnitt und gegebe nem Federmaterial ist die für die Längsbie gung bzw.
zum Aufwickeln aufzuwendende und dementsprechend auch die abgegebene Kraft der Feder vom Grad der Durchbiegung und der Durchbiegungslänge der Feder ab hängig. Beim Aufziehen steigert sich die auf zuwendende Kraft proportional mit der Um drehungszahl. Umgekehrt ist beim Ablauf des Triebwerkes die Kraft am Anfang am grössten und nimmt mit dem Ablauf ebenso propor tional bis zur völligen Entspannung ab. Das Drehmoment und damit die Drehzahl sind also ablaufabhängig.
Aus diesem Grund werden die bekannten Federtriebwerke meist so dimensioniert, dass das Drehmoment für die zu bewältigende Ar beit bei fast völliger Entspannung der Feder gerade noch ausreicht. Infolgedessen zeigt ein einfaches Federtriebwerk den Nachteil, dass es die angetriebene Vorrichtung gegen Ende langsamer als am Anfang laufen lässt.
Will man dies verhindern, so muss bei ge spannter oder aufgezogener Feder der Kraft- überschuss vernichtet werden, wozu zum Bei spiel Fliehkraftbreinsen oder Luftflügelbrem- sen dienen, deren Drehzahl jedoch im Verhält nis zur Drehzahl des Federwerkes hoch liegt. Dadurch wird eine entsprechende Übersetzung für den Drehzahlregler erforderlich. Die An triebsenergie für einen solchen Regler muss vom Federwerk selbst geliefert werden und vermindert damit die abgebbare gespeicherte Energie der Feder. Sie vergrössert ausserdem Volumen und Gewicht des Federwerkes und bedingt. einen erhöhten Verschleiss der Ein zelteile und zusätzliche Geräusche.
Auch müs sen die Einzelteile, wie Lager, Lagerbolzen, Zahnräder usw., dem höchsten Federdruck entsprechend stark dimensioniert werden.
Ein anderer bekannter Weg zur Gewin nung von Federtriebwerken mit gleichmässi ger Drehmomentabgabe besteht in der Ver wendung mehrerer Spiralfedern, die nachein ander beim Nachlassen des Drehmomentes der einzelnen Feder in Wirkung treten.
Diese verschiedenen Wege sind sehr um ständlich und stellen vor allem keine Lösung in solchen Fällen dar, wo Federtriebwerke be nötigt werden, welche bei geringem Federvolu men und Gewicht eine grosse Leistung haben und bei relativ langer Laufzeit ein gleich mässiges Drehmoment abgeben sollen. Dies gilt beispielsweise bei Triebwerken für Kinokame ras, Plattenspieler, Schreibmaschinenwagen, Spielzeug, Uhren usw. Die Erfindung schlägt einen einfacheren M"eg für die Gewinnung von Federwerken mit während des Ablaufes mehr oder weniger gleichbleibendem Drehmoment vor, und zwar ist gemäss der Erfindung das Federwerk mit einer Stahlbandfeder ausgerüstet, deren Fe derband einen gewölbten Querschnitt hat.
Bei dem gewölbten Federband können zwei Elasti zitäten ausgenutzt werden. Die erste tritt wie bisher bei der Biegung des Bandes in der Längsrichtung auf, während die zweite bei der Biegung in der Querrichtung auftritt und sich ebenfalls in der Längsrichtung auswirkt. Bei einer Spiralfeder gibt die Querwölbung dem Federband eine zusätzliche Längssteifheit; je doch wirkt sich die Querelastizität bei der Längsbiegung nur oberhalb eines bestimmten Biegungsradius als zusätzliche Kraft in der Lä.ngsriehtung aus. Untersehreitet man diesen Biegungsradius, so kommt nur noch die bei üblichen Spiralfedern ausgenutzte Längsela stizität zur Wirkung.
Die gesamte abgebbare Kraft einer quer gewölbten Feder setzt sich also aus dem Anteil der Querelastizität und dem der Längselasti zität zusammen. Wenn der Anteil der Längs elastizität klein gegenüber dem Anteil der Querelastizität ist, so kann eine über den gan zen Ablauf fast konstante Drehmomentabgabe erreicht werden. Erscheint. im einzelnen Fall die so erreichte Nivellierung des Drehmomen tes noch nicht ausreichend, so kann eine Feder verwendet werden, bei der der Radius der Querwölbung über die Länge des Federbandes sieh progmessiv ändert.
Die Wirkung des gewölbten Federbandes ist davon abhängig, ob die Aufwicklung mit nach innen oder nach aussen gerichteter Kon- kavfläche erfolgt. Wenn die Wölbung nach aussen gerichtet ist, so wird der Anteil der Querelastizität. erhöht. Je nach .den Bedürf nissen des Einzelfalles kann man also die Richtung der Aufwicklung wählen.
Im übri gen wird das Mass der Ausgeglichenheit des Drehmomentes des Triebwerkes durch das Verhältnis des Wölbungsradius zur Feder bandbreite und Federbandstärke und im Übri gen selbstverständlich wie bei jeder Feder durch das verwendete Stahlmaterial iuid des sen Vorbehandlung bestimmt.
Die Erfindung umfasst nicht. nur Feder triebwerke mit Spiralfedern, sondern auch Federwerke mit. blattförmiger Rückholfeder. Ist. zum Beispiel ein in der Querrichtung ge wölbtes Federblatt an einem Ende fest ge lagert, so tritt beim Abbiegen senkrecht zur Halterungsebene eine Kraftspeicherung auf, die bei der Rückkehr der Feder in ihre gerade Lage mit mehr oder weniger konstanter Kraft abgegeben wird. Die Charakteristik der Feder kraft wird durch die Art der Halterung be einflusst, das heisst sie ist verschieden, je nach dem, ob das Federblattende plan oder ge wölbt eingespannt ist.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes .dargestellt.
Fig.1 zeigt. die Spiralfeder eines bekann ten Federtriebwerkes in aufgewickeltem Zu stand.
Fig. 2 zeigt ein Stahlfederband eines Fe derwerkes gemäss der Erfindung.
Fig. 3 ist eine Ansieht eines ersten solchen Federtriebwerkes.
Fig. 4 zeigt ein anderes Triebwerk. Fig. 5 gibt. ein Blattfederwerk und Fig.6 eine Abänderung hiervon wieder, und Fig.7 und 8 stellen die Federkennlinien der verschiedenen Federwerke dar.
Bei den bekannten Triebwerken nach Fig. 1 ist die Spiralfeder 1 von ebenem Quer schnitt um den Kern ? aufgewiekelt, an dem ihr Ende 3 befestigt ist.
Demgegenüber ist bei dem in Fig. 2 gezeig ten Stahlfederband 4 eine Querwölbung vor handen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Federband 4 auf eine Rolle 5 gewik- kelt, auf deren Achse 6 eine zweite Rolle 7 sitzt, an der ein Aufzugsgewieht 8 angreift. Das aufgewickelte Federband hat hier einen geradlinigen freien Auslauf mit einer Füh rung 9. Selbstverständlich ist, die Darstellung nur schematisch. Bei der praktischen Ausfüh rung tritt an die Stelle des Gewichtes 8 zum Beispiel eine von Hand zu betätigende Kurbel oder ein Uhrwerkschlüssel.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 be findet sich das Federband 4 in einem C,e- häuse 10, wobei das eine Bandende 12' an dem drehbaren Kern 11 befestigt ist, während das andere Ende 12 an der Gehäusewand 10' fest gelegt ist. Wie ein Vergleich mit Fig.1 zeigt, unterscheidet sich die von dem gewölbten Band gebildete Feder von der bisherigen rein äusserlich schon dadurch, dass die Feder 1 im Ruhezustand spiralförmig ist, während das Federband 4 sich in Form eines mehrschich tigen Ringes in Abstand um den Kern 11 legt. Der letztere hat dabei vorteilhaft einen Radius entsprechend der Biegung, bei der das Band einen ebenen Querschnitt annimmt.
Die verschiedene Wirkung der Triebwerke ist aus Fig. 7 ersichtlich, in der auf der Ab szisse der sich aus den Umdrehungen des Ker nes ergebende Federzug s und auf der Ordi nate die das Drehmoment bestimmende Feder kraft P aufgetragen sind. Die Kennlinie I der bekannten Spiralfeder steigt geradlinig an. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verläuft die Kennlinie III dagegen annähernd waag recht. Wie die Kennlinie IV zeigt, ist die Drehmomentabgabe bei der Ausführungsform nach Fig.4 ganz im Anfang steil ansteigend und verläuft dann auf mehr als 901/o des Triebwerkablaufes ausserordentlich flach.
Bei dem Federwerk nach Fig. 5 ist ein kur zes Federblatt 7.7, dessen Profil jedoch dem nach Fig. 2 entspricht, zwischen zwei Klemm backen 18 und 19 eingespannt.. Da die An griffsflächen der Backen eben sind, wird das Blattende plan gepresst. Wird dieses Feder blatt aus seiner Ruhelage abgebogen, so tritt die aus der Kennlinie V in Fig. 8 ersichtliche Federkraft auf. Dabei ist auf der Abszisse der Abbiegungswinkel des Blattendes aufgetragen. Auch hier steigt die Kraft P nur im ersten Teil steil an und verläuft dann ausserordent lich flach. Das Blatt kann bis zu 80 abgebo gen werden.
Das Federwerk nach Fig.6 unterscheidet sich von dem nach Fig.5 dadurch, dass die Klemmbacken 20 und 21 Angriffsflächen haben, die entsprechend dem Blattquerschnitt gewölbt sind. Hierdurch ergibt sich eine an dere Kennlinie VI. Sie steigt zunächst bis etwa 5 Abbiegungswinkelausserordentlich steil an und fällt dann ebenso steil bei etwa 10 wieder ab, während sie anschliessend etwa die selbe Form wie die Kennlinie V hat. Diese Federcharakteristik ist für verschiedene An wendungen sehr wertvoll, z. B. in Schlössern, welche nicht leicht aufgehen sollen bzw. einen hohen Anfangswiderstand bieten müssen.
Dies gilt zum Beispiel bei Schlössern für Auto türen, Pendeltüren, Türschliesser, auch für Möbeltüren und dergleichen.
Die beschriebenen Federwerke mit Spiral- oder Blattfeder sind auch überall vorteilhaft, wo bisher Gegengewichte für eine in der Höhe verstellbare Last verwendet wurden, z. B. bei Zuglampen, Vergrösserungsapparaten, Roll- läden, Schiebefenstern usw.
Spring mechanism with steel hand spring. The force development of a spring band with a steel band spring is usually based on the fact that the spring band fixed at one end is bent from an initial position and strives to return to the initial position. In the case of spiral springs, the spring strip has a spiral shape even in the relaxed position and is wound around a core on a smaller radius when it is pulled up. With a given cross-section and given spring material, the length required for longitudinal bending or
to be used for winding and, accordingly, the output force of the spring from the degree of deflection and the deflection length of the spring is dependent. When pulling up, the applied force increases proportionally with the number of revolutions. Conversely, when the engine is running, the force is greatest at the beginning and decreases proportionally as it progresses until it is completely relaxed. The torque and thus the speed are dependent on the process.
For this reason, the known spring drives are usually dimensioned so that the torque is just enough for the work to be done with almost complete relaxation of the spring. As a result, a simple spring drive mechanism has the disadvantage that it makes the driven device run more slowly towards the end than at the beginning.
If this is to be prevented, the excess force must be destroyed when the spring is tensioned or drawn up, for which purpose, for example, centrifugal brakes or air-wing brakes are used, the speed of which, however, is high in relation to the speed of the spring mechanism. This means that a corresponding gear ratio is required for the speed controller. The drive energy for such a controller must be supplied by the spring mechanism itself and thus reduces the stored energy of the spring that can be released. It also increases the volume and weight of the spring mechanism and conditionally. increased wear of the individual parts and additional noises.
The individual parts, such as bearings, bearing bolts, gears, etc., must also be dimensioned according to the highest spring pressure.
Another known way to win spring drives with uniform torque output consists in the use of several coil springs that come into effect one after the other when the torque of the individual spring decreases.
These different ways are very laborious and above all do not represent a solution in those cases where spring drives are required, which have a low spring volume and weight and have a high output and should deliver a uniform torque over a relatively long period. This applies, for example, to engines for cinema cameras, turntables, typewriter cars, toys, clocks, etc. The invention proposes a simpler method for obtaining spring mechanisms with a more or less constant torque during the process, namely the spring mechanism according to the invention Equipped with a steel strip spring, the spring strip of which has a curved cross-section.
Two elasticities can be used with the curved spring hinge. As before, the first occurs when the strip is bent in the longitudinal direction, while the second occurs when the band is bent in the transverse direction and also has an effect in the longitudinal direction. In the case of a spiral spring, the transverse curvature gives the spring band additional longitudinal rigidity; however, the transverse elasticity in the longitudinal bending only acts as an additional force in the longitudinal direction above a certain bending radius. If you examine this radius of curvature, only the longitudinal elasticity that is used in conventional spiral springs comes into effect.
The total output force of a transversely arched spring is thus made up of the proportion of transverse elasticity and that of the longitudinal elasticity. If the proportion of the longitudinal elasticity is small compared to the proportion of the transverse elasticity, an almost constant torque output can be achieved over the entire process. Appears. In the individual case, the leveling of the torque achieved in this way is not yet sufficient, a spring can be used in which the radius of the transverse curvature changes progressively along the length of the spring band.
The effect of the arched spring band depends on whether the winding takes place with the concave surface pointing inwards or outwards. If the curvature is directed outwards, the part of the transverse elasticity becomes. elevated. Depending on the needs of the individual case, you can choose the direction of winding.
In addition, the degree of balance of the engine torque is determined by the ratio of the radius of curvature to the spring band width and spring band thickness and, of course, as with every spring, by the steel material used iuid its pretreatment.
The invention does not include. only spring mechanisms with coil springs, but also spring mechanisms with. leaf-shaped return spring. Is. For example, a spring leaf arched in the transverse direction is firmly ge superimposed at one end, so occurs when turning perpendicular to the mounting plane, a force storage, which is released when the spring returns to its straight position with more or less constant force. The characteristics of the spring force are influenced by the type of bracket, that is, it is different depending on whether the spring leaf end is clamped flat or curved.
Several exemplary embodiments of the subject of the invention are shown on the drawing.
Fig.1 shows. the coil spring of a well-known spring drive was in a wound state.
Fig. 2 shows a steel spring strip of a spring mechanism according to the invention.
Fig. 3 is a view of a first such spring drive mechanism.
Fig. 4 shows another engine. Fig. 5 gives. a leaf spring mechanism and Fig. 6 a modification thereof again, and Figs. 7 and 8 show the spring characteristics of the various spring mechanisms.
In the known engines according to FIG. 1, the spiral spring 1 is cut from a flat cross section around the core? aufiekelt, to which its end 3 is attached.
In contrast, when in Fig. 2 th steel spring strip 4 a transverse curvature is present. In the embodiment according to FIG. 3, the spring band 4 is wound onto a roller 5, on the axis 6 of which a second roller 7 is seated, on which an elevator 8 engages. The wound spring band has a straight free outlet with a guide 9. Of course, the representation is only schematic. In the practical Ausfüh tion occurs in place of the weight 8, for example, a manually operated crank or a clockwork key.
In the embodiment according to FIG. 4, the spring band 4 is located in a C, e housing 10, one end of the band 12 'being attached to the rotatable core 11, while the other end 12 is fixed to the housing wall 10'. As a comparison with Figure 1 shows, the spring formed by the curved band differs from the previous purely externally in that the spring 1 is spiral-shaped in the rest state, while the spring band 4 is in the form of a multilayer ring at a distance around the Core 11 sets. The latter advantageously has a radius corresponding to the bend at which the band assumes a flat cross section.
The different effects of the engines can be seen from Fig. 7, in which the spring tension s resulting from the revolutions of the Ker nes and on the ordi nate the spring force P which determines the torque are plotted on the abs. The characteristic curve I of the known spiral spring rises in a straight line. In the embodiment according to FIG. 3, on the other hand, the characteristic curve III runs approximately horizontally. As the characteristic curve IV shows, the torque output in the embodiment according to FIG. 4 rises steeply at the very beginning and then runs extremely flat over more than 901 / o of the engine sequence.
In the spring mechanism according to FIG. 5, a kur zes spring leaf 7.7, whose profile corresponds to that of FIG. 2, clamped between two clamping jaws 18 and 19 .. Since the gripping surfaces of the jaws are flat, the end of the leaf is pressed flat. If this spring leaf is bent out of its rest position, the spring force shown in the characteristic curve V in FIG. 8 occurs. The angle of bend of the blade end is plotted on the abscissa. Here, too, the force P rises steeply only in the first part and then runs extremely flat. The sheet can be bent off up to 80.
The spring mechanism according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 in that the clamping jaws 20 and 21 have contact surfaces which are curved according to the blade cross-section. This results in a different characteristic curve VI. It initially rises extremely steeply up to about 5 bend angles and then drops just as steeply at about 10, while it then has about the same shape as the characteristic curve V. This spring characteristic is very valuable for various applications, such. B. in locks that should not open easily or have to offer a high initial resistance.
This applies, for example, to locks for car doors, swing doors, door closers, also for furniture doors and the like.
The spring mechanisms described with spiral or leaf springs are also advantageous wherever counterweights have been used for a height-adjustable load, e.g. B. with pull lamps, magnifying devices, roller shutters, sliding windows etc.