Kippfederungseinrichtung Bei den meisten Federungseinrichtungen nehmen die den inneren Spannungen das Gleichgewicht hal tenden äusseren Kräfte oder Kräftepaare im elasti schen Bereiche der Feder mit dem in Richtung dieser Kräfte oder Kräftepaare liegenden Weg linear<B>ab</B> oder zu. Immerhin kann mit kegefig gewölbten Fe derscheiben, sog. Tellerfedern, ein mit zunehmender Abflachung abnehmender Kraftanstieg und sogar ein Kraftabstieg erreicht werden.
Es gibt nun viele Fälle, wo die durch Federn auf bewegte Teile auszuübende, in Richtung der Bewe gung liegende Kraft sich während der Bewegung so ändern muss, dass man Federn üblicher Bauart nicht unmittelbar in Richtung der Bewegung wirken lassen kann. Insbesondere ist es in manchen Fällen er wünscht, dass diese Kraft während der Entspannung der Feder zuerst auf einem grossen Teil der Bewegung verhältnismässig klein bleibt und anschliessend in einer engen Zone der Bewegung auf ein Vielfaches an steigt. Dies ist z.
B. der Fall bei Deckelhebevorrich tungen, wenn der Deckel durch eine Federkraft wäh rend des Hebens teilweise und in einer bestimmten Lage ganz entlastet werden soll, so dass der Deckel leicht gehoben werden kann und selbsttätig offen gehalten wird. Ähnlich liegt der Fall bei Türschlie- ssern, wo es erwünscht ist, dass die Schliesskraft auf dem grössten Teil des Schliessweges klein ist und erst bei fast geschlossener Türe stark ansteigt und die Türe auch ohne Schwung sicher ins Schloss drückt.
In derartigen Fällen sind bei Verwendung bisher bekannter Federungseinrichtungen zusätzliche Me chanismen erforderlich, die die Federkraft umformen. So ist es beispielsweise bei Türschliessern üblich, eine Feder, die nach aussen ein reines Drehmoment ab gibt und somit geeignet wäre, unmittelbar auf die Schwenkachse der Türe zu wirken, auf ein an der Türe und am Türrahmen angelenktes und, unter sich gelenkig verbundenes Hebelpaar wirken zu lassen.
Derartige Mechanismen sehen aber oft unschön aus und erhöhen meistens den Platzbedarf und den Preis oder vermindern durch Reibung und Abnützung in manchen Fällen in unerwünschtem Masse die Ar beitsgenauigkeit der damit ausgerüsteten Vorrichtun- gen.
Es ist bereits eine Kippfederungseinrichtung mit einer quer gewölbten, am Federende eingespannten und in einem Abstand vom Federende beim Kippen knickenden Biegefeder bekannt, also eine Einrich tung, die grundsätzlich den erwähnten Verlauf der Federkraft während des Entspannungsvorganges auf weist.
Diese Feder ist aber an ihrer Knickstelle nicht unterstützt, weshalb sie mit einem knackenden Ge räusch kippt, wobei das Federmaterial übermässig beansprucht wird. Ferner ist diese Feder an ihrem Ende derart eingespannt, dass sich ihr Querschnitt dort nicht abflachen kann, :so dass die Knickstelle verhältnismässig weit vom Federende entfernt ist, wodurch die Feder verhältnismässig lang wird.
Die Erfindung geht aus von einer Kippfederungs- einrichtung mit einer quer gewölbten, beim Kippen knickenden Biegefeder. Sie ist dadurch gekennzeich net, dass die Feder an der Knickstelle über eine auf der konvexen Seite der Feder im Bereich des Wöl bungsscheitels befindliche Stütze gebogen wird. Bei dieser Art der Stützung knickt die Feder nahezu ge räuschlos und wird das Federmaterial stark geschont.
Zweckmässig kann die Feder sich an der Be festigungsstelle wenigstens teilweise abflachen, wo durch die Knickstelle näher an die Befestigungsstelle herangedrückt und damit Federlänge und Platz ge spart werden kann. Die Erfindung ist insbesondere für die Verwen dung bei Klappdeckeln und bei Türschliessern be stimmt.
In der Zeichnung sind einige Beispiele für die Ausführung und Verwendung der erfindungsgemässen Federungseinrichtung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt, Fig. 2 den Längsschnitt bei gestreckter Form und Fig. 3 den Längsschnitt bei gebogener Form einer Feder mit kreisbogenförmigem Querschnitt und be festigtem einem Ende.
Fig. 4 zeigt den Querschnitt durch die Befesti gungsstelle einer Feder mit wellenförmigem Quer schnitt.
Fig. 5 ist ein typisches Kraft-Weg-Diagramm für nach den Fig. 2 und 3 befestigte, gestützte und be lastete Federn.
Fig. 6 zeigt die Verwendung einer Feder nach Fig. 4 an einer im Schnitt dargestellten Vorrichtung zum Entlasten und Offenhalten eines Klappdeckels, wie sie z. B. für Kehrrichteimer und dergleichen in Frage kommt, und Fig. 7 die Ansicht in Richtung X einer Einzel heit dieser Vorichtung.
Fig. 8 ist ein horizontaler Schnitt durch einen Türschliesser mit einer Feder nach Fig. 1.
Soweit angegeben, bedeuten in allen Figuren a die Feder,<I>b</I> die Breite, c die Wölbungshöhe und<I>d</I> die Materialdicke der Feder. Günstige Verhältnisse hinsichtlich Ausnützung und Beanspruchung des Ma terials ergeben sich, wenn d zwischen 0,5 und 1 und c zwischen 10 und 20% von b liegt. In den Fig. 1, 2, 3, 6 und 7 ist e die Befestigungsunterlage, die auf der konvexen Seite der Feder im Bereich des Wölbungsscheitels eine Stütze bildet, über welche die Feder geknickt wird, und fein Niet, mit dem die Fe der auf dieser Unterlage befestigt ist.
In den Fig. 4 und 8 sind g und g' die Stütze bildende Taschen, in denen die Federenden festgehalten sind.
Die Fig. 2, 3 und 5 betreffen den einfachen Fall der an einem Ende befestigten, im Abstand da von gestützten und durch eine Kraft am freien Ende belasteten geraden, stabförmigen Feder. Die Befesti gung ist so, dass sich der gewölbte Querschnitt der Feder an der Befestigungsstelle bis zur flachen Form frei deformieren kann, wie dies in Fig. 3 veranschau licht ist, wo die Feder am befestigten Ende auf etwa 2b der ursprünglichen Wölbungshöhe abgeflacht ist.
s ist der Biegungswinkel und K die äussere Kraft in Richtung der Bewegung ihres Angriffspunktes, die den andern äussern Kräften das Gleichgewicht hält. Das Verhältnis des Kraftmaximums zum nachfol genden Kraftminimum in Fig. 5 nimmt mit dem Verhältnis der Wölbungshöhe c zur Breite b der Feder zu. Das in Fig. 5 gezeigte Verhältnis (ungefähr 5: 1) entspricht einem mittleren erreichbaren Wert; es kann durch stärkere Wölbung der Feder noch ge steigert werden.
In Fig. 6 und 7 ist h ein Bügel, der mit der Feder zusammen mittels des Niets f an der Scharnierlasche e des Deckels n aufgenietet ist. Dieser Bügel hat eine solche Form, dass der Quer schnitt der Feder auch bei gestreckter Feder etwas abgeflacht ist; die dadurch bewirkte Vorspannung er höht die Steifheit der Feder in gestreckter Stellung, so dass der in Fig. 6 gezeigte, etwa um 30 geöffnete Dek- kel n mit erhöhter Stabilität gehalten wird.
Die Feder liegt mit ihrem freien Ende auf der Traverse i auf, welche die beiden den Scharnierbolzen m tragenden Wangen der Scharnierstütze verbindet und mit dieser fest am Eimer l angebracht ist. Das Schliessen des Deckels geschieht lediglich durch Daraufdrücken; nach überschreiten des Kraftmaximums der Feder überwiegt das Deckelgewicht, so dass der Deckel ohne weiteres Drücken zugeht.
Nach Fig. 8 ist die eine Tasche g in die in offener Stellung gezeichnete Türe t eingelassen; die andere Tasche g' ist mittels eines Bolzens q am Sockel p angelenkt, der seinerseits am Türrahmen v befestigt ist. o ist die Schwenkachse der Türe und r der Radius des Kreisbogens, den der äusserste Auf lagepunkt der Feder a in der Tasche g der Türe beschreibt. Die Anordnung ist so getroffen, dass sich die Feder während der ganzen Schliessbewegung in der Tasche praktisch nicht verschiebt, so dass keine nennenswerte Reibung und Abnützung entsteht.
Die Schraube<I>u</I> dient ausser der Verankerung der Feder<I>a</I> in der Tasche g' zum Schwenken dieser Tasche um ihre Gelenkachse q zwecks Spannens und Entspan- nens der Feder bei der Montage des Türschliessers oder bei späterem Verziehen der Türe oder des Türrahmens; mittels dieser Schraube kann das Ma ximum der Schliesskraft leicht so gelegt werden, dass ein sicheres Schliessen der Türe auch dann gewähr leistet ist, wenn die Türe ohne Schwung, nur durch die Federkraft ins Schloss getrieben werden muss.
Durch die Festhaltung und Abstützung der Feder an ihren beiden Enden ändert die Feder ihre Form annähernd symmetrisch; das Kraft-Weg-Diagramm ist aber ungefähr gleich wie für die Befestigung und Abstützung der Feder nach Fig. 2, wenn in Fig. 5 für s der Drehwinkel der Türe und für K das Dreh moment auf die Türe aufgetragen wird.
Statt der einseitigen Befestigung und Abstützung nach Fig. 2 und 6 oder der beidendigen Festhaltung und Abstützung nach Fig. 8 können auch andere, den grundsätzlich gleichen Verlauf des Kraft-Weg-Dia- gramms ergebende Arten der Abstützung und Hal terung der Feder in Betracht kommen. So ergibt z. B. eine freie Auflage der Feder an beiden Enden auf der konkaven Seite und eine Belastung in der Mitte der Feder auf der konvexen Seite durch eine querliegende Kante eine zweckmässige Anordnung, wobei die Feder an geeigneten Stellen gegen Abgleiten in seitlicher oder Längsrichtung geführt oder gehal ten sein kann.
Als weitere Anwendungsgebiete für die erfin dungsgemässe Federungseinrichtung kommen z. B. Ventile und elektrische Kontaktvorrichtungen, wo bei geringer Bewegungskraft eine grosse Haltekraft in geschlossener Stellung erwünscht ist, in Frage.
Tilting suspension device In most suspension devices, the external forces or pairs of forces in the elastic regions of the spring that keep the internal tensions in balance decrease or increase linearly with the path in the direction of these forces or pairs of forces. After all, with conical spring washers, so-called disc springs, a force increase and even a force decrease can be achieved with increasing flattening.
There are now many cases where the force to be exerted by springs on moving parts in the direction of the movement must change during the movement in such a way that springs of conventional design cannot act directly in the direction of the movement. In particular, in some cases it is desirable that this force first remains relatively small for a large part of the movement during the relaxation of the spring and then increases many times over in a narrow zone of the movement. This is e.g.
B. the case with Deckelhebevorrich lines when the lid should be relieved partially and completely in a certain position by a spring force during the lifting, so that the lid can be easily lifted and is automatically held open. The case is similar with door closers, where it is desirable that the closing force is small over the major part of the closing path and only increases sharply when the door is almost closed and the door presses safely into the lock even without swinging.
In such cases, additional Me mechanisms are required when using previously known suspension devices that transform the spring force. In door closers, for example, it is common to use a spring that emits pure torque to the outside and is therefore suitable for acting directly on the pivot axis of the door, acting on a pair of levers that are hinged to the door and the door frame allow.
Such mechanisms, however, often look ugly and usually increase the space requirement and the price or, through friction and wear, in some cases, to an undesired extent, reduce the working accuracy of the devices equipped with them.
There is already a tilting spring device with a transversely curved, clamped at the spring end and at a distance from the spring end when tilting buckling spiral spring is known, so a Einrich device that basically has the aforementioned course of the spring force during the relaxation process.
However, this spring is not supported at its kink, which is why it tilts with a cracking noise, whereby the spring material is excessively stressed. Furthermore, this spring is clamped at its end in such a way that its cross section cannot flatten there, so that the kink is relatively far from the spring end, whereby the spring becomes relatively long.
The invention is based on a tilting spring device with a transversely curved spiral spring that kinks when tilted. It is characterized in that the spring is bent at the kink over a support located on the convex side of the spring in the region of the bulge apex. With this type of support, the spring buckles almost noiselessly and the spring material is very spared.
Appropriately, the spring can be at least partially flattened at the fastening point, where the kink is pushed closer to the fastening point and thus spring length and space can be saved. The invention is particularly true for the use of hinged lids and door closers.
In the drawing, some examples for the design and use of the suspension device according to the invention are shown.
Fig. 1 shows the cross section, Fig. 2 shows the longitudinal section in the extended shape and Fig. 3 shows the longitudinal section in the curved shape of a spring with a circular arc-shaped cross-section and be strengthened one end.
Fig. 4 shows the cross section through the fastening point of a spring with a wavy cross section.
Fig. 5 is a typical force-displacement diagram for according to FIGS. 2 and 3 attached, supported and loaded springs.
Fig. 6 shows the use of a spring according to FIG. 4 on a device shown in section for relieving and holding open a hinged lid, as it is, for. B. for dustbins and the like comes into question, and Fig. 7 shows the view in the direction X of a single unit of this device.
FIG. 8 is a horizontal section through a door closer with a spring according to FIG. 1.
As far as stated, in all figures a denotes the spring, <I> b </I> the width, c the arch height and <I> d </I> the material thickness of the spring. Favorable conditions with regard to the utilization and stress of the Ma terials arise when d is between 0.5 and 1 and c between 10 and 20% of b. In Figs. 1, 2, 3, 6 and 7 e is the mounting pad, which forms a support on the convex side of the spring in the region of the arch apex, over which the spring is buckled, and fine rivet with which the spring on this pad is attached.
In Figures 4 and 8, g and g 'are pockets forming the support in which the spring ends are retained.
2, 3 and 5 relate to the simple case of the straight, rod-shaped spring fastened at one end, supported at a distance from and loaded by a force at the free end. The fastening is such that the arched cross-section of the spring can freely deform to the flat shape at the fastening point, as illustrated in Fig. 3, where the spring is flattened at the attached end to about 2b of the original arch height.
s is the bending angle and K is the external force in the direction of the movement of your point of application, which keeps the other external forces in balance. The ratio of the maximum force to the subsequent minimum force in Fig. 5 increases with the ratio of the camber height c to the width b of the spring. The ratio shown in FIG. 5 (approximately 5: 1) corresponds to an average achievable value; it can be increased by a stronger curvature of the spring.
In Fig. 6 and 7 h is a bracket which is riveted together with the spring by means of the rivet f on the hinge tab e of the cover n. This bracket has such a shape that the cross-section of the spring is somewhat flattened even when the spring is extended; the bias caused by this increases the stiffness of the spring in the extended position, so that the lid n shown in FIG. 6, which is open by about 30, is held with increased stability.
The spring rests with its free end on the cross member i, which connects the two cheeks of the hinge support carrying the hinge pin m and is firmly attached to the bucket l with the latter. The lid is closed by simply pressing it; after the maximum force of the spring has been exceeded, the weight of the cover predominates, so that the cover closes without further pressure.
According to FIG. 8, one pocket g is let into the door t drawn in the open position; the other pocket g 'is hinged to the base p by means of a bolt q, which in turn is attached to the door frame v. o is the pivot axis of the door and r is the radius of the circular arc that describes the outermost position point of the spring a in the pocket g of the door. The arrangement is made so that the spring practically does not move during the entire closing movement in the pocket, so that there is no significant friction and wear.
In addition to anchoring the spring <I> a </I> in the pocket g ', the screw <I> u </I> serves to pivot this pocket about its hinge axis q for the purpose of tensioning and releasing the spring during assembly of the door closer or if the door or the door frame is warped later; by means of this screw, the maximum of the closing force can easily be set in such a way that a safe closing of the door is guaranteed even if the door has to be driven into the lock without swing, only by the spring force.
By holding and supporting the spring at both ends, the spring changes its shape approximately symmetrically; but the force-displacement diagram is approximately the same as for the attachment and support of the spring according to FIG. 2, when in FIG. 5 the angle of rotation of the door for s and the torque for K is applied to the door.
Instead of the one-sided attachment and support according to FIGS. 2 and 6 or the two-end retention and support according to FIG. 8, other types of support and retention of the spring, which basically result in the same course of the force-displacement diagram, can also be considered . So z. B. a free support of the spring at both ends on the concave side and a load in the middle of the spring on the convex side by a transverse edge is an appropriate arrangement, with the spring at suitable points against sliding in the lateral or longitudinal direction or held th can be.
Other areas of application for the suspension device according to the invention come z. B. Valves and electrical contact devices, where a large holding force is desired in the closed position with little movement force, in question.