DD207959A1 - Justierbare zugfeder mit zylindrischen windungen - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE AUS EINER ZYLINDRISCHEN SCHRAUBENFEDER UND EINER IN DIE FEDER EINGESCHRAUBTEN FEDERAUFHAENGUNG BESTEHENDE ZUGFEDER, DEREN KRAFT-WEG-KENNLINIE UEBER DIE WIRKSAME WINDUNGSZAHL STUFENLOS EINSTELLBAR IST. ZIEL DER ERFINDUNG IST DIE SCHAFFUNG EINER KOSTENGUENSTIGEN JUSTIERBAREN ZUGFEDER, BEI DER DAS ANGESTREBTE JUSTAGEERGEBNIS SICHER ERREICHBAR UND DIE EINFACH NEUJUSTIERBAR IST. DIE AUFGABE BESTEHT DARIN, EINE AUS WENIGEN LEICHT FUEGBAREN EINZELTEILEN BESTEHENDE JUSTIERBARE ZUGFEDER ZU SCHAFFEN, BEI DER DIE FEDERAUFHAENGUNG IN DER FEDER OHNE EINEN ZUSAETZLICHEN ARBEITSGANG KRAFTSCHLUESSIG UND RUECKWIRKUNGSFREI AUF DIE WIRKSAMEN FEDERWINDUNGEN ARRETIERT WIRD. ERFINDUNGSGEMAESS WERDEN IN DIE MEHRERE WINDUNGEN UMFASSENDE SCHRAUBENFOERMIGE, FLANKENBILDENDE RINGNUT DER FEDERAUFHAENGUNG DIE FEDERWINDUNGEN EINGESCHRAUBT. DER ERSTE BEREICH DER RINGNUT UND DER FLANKE IST SO GESTALTET, DASS DIE KRAFTEINLEITUNG IN DIE WIRKSAMEN FEDERWINDUNGEN UND DIE ZENTRIERUNG DER FEDER ERFOLGT. OBERHALB DIESES BEREICHES IST DIE FLANKENDICKE SO VERAENDERT, DASS DIE FEDERWINDUNGEN AUS IHRER NORMALLAGE GEBRACHT WERDEN UND DIE FEDERAUFHAENGUNG IN DER FEDER ARRETIERT WIRD. ANWENDUNGSGEBIET: KRAFTMESSTECHNIK.

Description

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Justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zugfeder mit zylindrischen Windungen, deren wirksame Windungszahl und damit deren Kraft-Weg-Kennlinie stetig verändert werden kann. Die justierbare Zugfeder kann in den Gebieten der Gerätetechnik angewendet werden, in denen aus fertigungstechnischen oder funktionellen Gründen die Justierbarkeit einer Zugfeder erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist ihre Anwendung in Kraftmeß- mitteln, z. B. Federwaagen. ,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Justierbare Zugfedern mit zylindrischen Windungen bestehen aus der Zugfeder selbst und der Federaufhängung. Ein Ende der Feder ist so gestaltet, daß ein Einhängen oder Einspannen der Feder möglich ist. In das andere Ende der Feder wird die Federaufhängung eingeschraubt. Damit ergibt sich eine wirksame Windungszahl der Feder zwischen den Krafteinleitungspunkten, d. h. zwischen der biegesteifen Auflagekante der Federaufhängung und dem eingehängten bzw. eingespannten Ende der Feder. Durch ein Verdrehen der Federaufhängung in der Feder'wird die wirksame Windungszahl, also die Federkennlinie, verändert. Eine Veränderung der durch die Justage eingestellten Kennlinie, die durch an der Feder oder -aufhängung angreifende Drehmomente hervorgerufen werden kann, ist zu vermeiden. Zur Erhaltung der in den häufigsten Anwendungsfällen

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angestrebten Linearität der Feder muß die Federaufhängung so gestaltet sein, daß sich die .-wirksame Windungszahl über den gesamten Lastbereich nicht verändert.

Es ist eine Federaufhängung in Form eines zylindrischen Federkernes bekannt j der mit einer mehrere Windungen umfassenden schraubenförmigen Ringnut versehen ist. Dieser Kern ist so gestaltet, daß die Windungen der Schraubenfeder in der Ringnut liegen» Die Steigungen der Windungen des Federkernes und der Schraubenfeder sind identische Die Dicke der tragenden Flanke zwischen zwei benachbarten Windungen der Ringnut ist konstant und entspricht der lichten Weite zweier benachbarter Federwindungen bei minimaler Last. Dadurch laßt sich der Federkern in der Feder leicht verdrehen. Um eine unbeabsichtigte Veränderung der eingestellten wirksamen Windungszahl zu vermeiden, müssen Feder und Federkern stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Wird die Feder mit dem Federkern durch Schweißen verbunden, so wirkt sich nachteilig aus, daß sich durch Wärmeeinwirkung die elastischen Eigenschaften der Feder verändern und damit das angestrebte Juetageergebnis beeinflußt'wird.

Beim Verkleben der Feder im Federkern is~·. ein örtlich begrenzter Klebereintrag aufgrund der Kapillarwirkung bei derartig gestalteten Kernen nicht möglich. Las hat zur Folge, daß die bei Dehnung durch die Feder angestrebte Verringerung des Innendurch-messers behindert wird und dadurch zusätzliche Torsionsspannungen in den Federwindangen verursacht werden, die eine Veränderung der Federkennlinie bewirken.

In der DD-PS 141066 wird eine justierbare zylindrische Zugfeder, beschrieben, bei der in die Feder eine auf Steigung der Meßfeder geprägte Platte mit schraubenförmig ausgebildetem Mantel eingeschraubt wird. Die Dicke der Platte entspricht,.analog dem oben beschriebenen ,Federkern, der lichten Weite zweier benachbarter Federwindungen. Die Platte läßt sich .in der Feder leicht verdrehen, so daß sie durch zusatz-

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liehe Maßnahmen zu'arretieren ist. Deshalb wird vorgeschlagen, die Feder und die Federplatte miteinander zu verschweissen, wobei sich die beim Federkern genannten Kachteile einstellen, die sich noch dadurch vergrößern, daß die Schweißung sehr nahe an den wirksamen Windungen der Feder ausgeführt werden muß. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Feder zwischen der Federplatte und einer der Federplatte ähnlich gestalteten Lochplatte zu verspannen. Als nachteilig erweist eich dabei der große Aufwand bei der Fertigung, beim Montieren und beim Festlegen·

Federplatten nach der DD-PS 141066 können aus fertigungstechnischen Gründen nur bei größeren Federdurchmessern vorteilhaft angewendet werden.

Die angeführten bekannten technischen Lösungen besitzen den Uachteil, daß zum Arretieren der Federaufhängung in der Feder zusätzlich Material und Arbeitszeit aufzuwenden ist. Ausserdem besteht die Gefahr, daß die eingestellte Kraft-Weg-Kennlinie der Feder zwischen dem Justieren und dem Arretieren der Federaufhängung bzw. beim oder durch das Arretieren unbeabsichtigt verändert wird. Alle stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Feder und Federaufhängung sind mit dem Nachteil behaftet, daß eine spätere beabsichtigte Veränderung der Feder-' kennlinie, die sich z. B. zum Ausgleich von Alterungs- oder Überlastungserscheinungen notwendig macht, nicht mehr möglich ist. . ....

Eine weitere bekannte technische Lösung sieht als Federaufhängung ebenfalls eine Federplatte vor. Die geometrische Ausführung dieser Federplatte entspricht prinzipiell der bereits erläuterten Federplatte. Sie ist aber so gestaltet, daß die Feder an der Übergangsstelle zum Bereich der wirksamen Windungen eine Aufspreizung der entsprechenden Federwindungen erfährt, die größer als der Abstand zweier Federwindungen bei maximaler Belastung ist. Dadurch wird erreicht, daß sich die wirksame Windungszahl im gesamten Belastungsbereich der Feder

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nicht änderte Diese Auf-spreizung der Feder bewirkt außerdem ein Reibmoment, das einer Verdrehung der federplatte in der Feder entgegen wirkt. Die Federplatte wird also in der Feder kraft schlüssig arretiert« Als Nachteil wirkt sich aber aus, daß 'mit steigender Maximallast das Reibmoment so groß wird, daß die Veränderung der Kraft-Weg-Kennlinie der Feder durch ein Verdrehen der Platte in der Feder unmöglich ist₀ Die Federplatte kann aus fertigungstechnischen Gründen nur bei größeren Federdurchmessern angewendet werden. Nachteilig wirkt sich außerdem aus, daß das Einbringen der Federplatte in die Feder schwierig ist. Weiterhin bewirkt die starke Aufspreizung der Federwindungen durch die Platte eine Abweichung der Federachse von der Achse der Federaufhängung. :

Ziel der Erfindung , ·

Ziel der Erfindung ist eine aus einer zylindrischen Schraubenfeder und Federaufhängung bestehende Justierbare Zugfeder, die gegenüber den bekannten technischen Lösungen ökonomische¹ Vorteile bei der Fertigung, Montage und beim Arretieren besitzt, bei der das angestrebte Justageergebnis sicher erreicht werden kann und die bei einer notwendigen Neujustage unverändert wiederverwendbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen zu schaffen, die aus wenigen,,leicht fügbaren Einzelteilen besteht, bei der die Einbringung der Federaufhängung in die Feder leicht möglich ist, bei der die Arretierung der Federaufhängung in der Feder rückwirkungsfrei auf die wirksamen Federwindungen erfolgt und keinen zusatzlichen Arbeitsgang erfordert, der die Gefahr in sich birgt, daß die eingestellte Kennlinie der Feder zwischen dem Justieren und dem Arretieren der Feder- '_; aufhängung bzw. beim oder durch das Arretieren unbeabsichtigt verändert' wird.

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Um die arretierte Federaufhängung zur Neujustage der Feder auf einfache Art und V/eise verdrehen zu können, ist eine kraft schlüssige Festlegung erforderlich, bei der das Reibmoment unabhängig von der maximalen Federkraft, also frei wählbar ist.

Die Lösung der Aufgabe wird darin gesehen, daß die in die Zugfeder einzuschraubende Federaufhängung eine, mehrere Windungen umfassende, schraubenförmig zylindrische Ringnut, die sowohl innen- als auch außengewindeartig in den Grundkörper der Federaufhängung eingebracht werden kann, besitzt. Jeweils zwei benachbarte Windungen der Ringnut bilden also eine schraubenförmig umlaufende Flanke«, :

Dabei besteht die Federaufhängung aus zwei Hauptbereichen. Der erste Hauptbereich dient über den als biegesteife Auflagekante ausgeführten Beginn .der Flanke zur definierten Kraft einleitung in die Feder. Um die wirksame Windungszahl über den gesamten Lastbereich konstant zu halten, muß die Dicke der Flanke im gesamten ersten Bereich der lichten Weite zweier benachbarter Federwindungen bei minimaler Last entsprechen und die Flanke muß mindestens eine Windung umfassen.

In diesem Bereich muß die Ringnut so ausgeführt sein, daß die Feder in der Aufhängung zentriert wird. Um ein leichtes Einbringen der Aufhängung in die Feder und die bei Belastung von der Feder angestrebte Verringerung des Innendurchmessers zu ermöglichen, ist ein geringes Spiel des Federdrahtes in der Ringnut erforderlich. Außerdem muß die Steigung der Feder mit der Steigung der Ringnut übereinstim-· men.

Der eich dem ersten Hauptbereich über einen Übergangsbereich anschließende zweite.Hauptbereich dient der Arretierung der Aufhängung in der Feder. Die Ringnut in diesem Bereich besitzt die gleichen Abmessungen wie im ersten Bereich. Dage-

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gen ist 'die Steigung der Ringnut und damit die- Flankendicke so verändert, daß eine zwangsweise Veränderung des AbStandes benachbarter Federwindungen erfolgt. Die Flankendicke kann sowohl vergrößert als auch verkleinert werden.

Eine vergrößerte ,Flankendicke bewirkt eine Auf spreizung der ,Federwindungen, wodurch diese eine Druckkraft, auf die eingeschlossene Flanke ausüben. Durch eine verringerte Flankendicke wird auf die, die Federwindungen zusammendrückenden Flanken ebenfalls eine Druckkraft ausgeübt. Diese Druckkräfte wirken als ,reibmomenterzeugende Eormalkräfte. Zweckmäßigerweise wird diese veränderte. Flankendicke über eine halbe Flankenwindung konstant gehalten. ' ^v

Das Reibmoment ist direkt abhängig vom Reibkoeffizienten und der Normalkraft, die ihrerseits durch die Federkonstante und die Auslenkung der Federwindungen aus ihrer Kormallage bestimmt wird. ,

Um die in diesem Abschnitt angestrebte Arretierung der Federaufhängung in der Feder sicher zu gewährleiste n,muß die Auslenkung der-Federwindungen aus ihrer Normallage so erfolgen, daß das dadurch hervorgerufene Reibmoment größer als die an der Feder bzw, -aufhängung angreifenden Drehmomente beim Betreiben der Feder ist.

Die Windungszahl der Feder selbst muß so groß sein, daß die !'iormalkraft über den gesamten Justagebereich wirksam wird. Um ein Verhaken des Federendes in die die Federwihdungen aus ihrer Kormallage zwingenden Flanken beim Eindrehen zu verhindern, muß die Feder so ausgebildet sein, daß sie kein scharfkantiges Ende besitzt bzw. der Federauslauf so gestaltet ist, daß sich dieses Ende nicht in der Ringnut befindet.

Um die Feder zu justieren, d. h., die wirksame Windungszahl zu ,verändern, muß ein Drehmoment aufgebracht werden, das grosser als das Reibmoment ist. Nach beendeter Justage, d. h. bei

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Wegfall des Justagedrehmoments, ist die Federaufhängung in der Feder sofort arretiert. Durch erneutes Aufbringen des Justagedrehmomentes kann die Feder wiederholt justiert werden,

Ausführungsbeispiel .

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.. Es zeigt:

Pig. 1: Die Vorderansicht einer justierbaren Zugfeder mit zylindrischen Windungen im belasteten Zustand

Fig. 2λ Die Draufsicht der in Fig«, I enthaltenen zylindrischen Zugfeder .

Pig, 3s Die Vorderansicht der in Fig. 1 enthaltenen Federaufhängung

Die in Fig. 1 dargestellte justierbare Zugfeder besteht aus der in Fig. 2 dargestellten Zugfeder 1 und der in Fig. 3 gezeigten Federaufhängung 2. An der Federöse und der Federaufhängung 2 greift eine Kraft F an„ Diese Kraft F wird durch eine biegesteife Auflagekante 4 in die Zugfeder 1 eingeleitet. Lie Anzahl der wirksamen Windungen der Zugfeder 1., d. h_o die Anzahl der Windungen-zwischen dem Beginn der wirksamen. Windungen 5 und der Federöse und damit die Kennlinie der Zugfeder 1, wird durch die Einschraubtiefe der Federaufhängung 2 in der Zugfeder 1 bestimmt.

Der erste Hauptbereich der Federaufhängung 2, der sich zwischender biegesteifen Auflagekante 4 und dem. Übergang zwischen normaler und steigender Flankendicke 6 befindet, dient · neben der Krafteinleitung der Zentrierung der Zugfeder 1. Die normale Flankendicke in diesem Bereich entspricht der lichten Weite zweier benachbarter 'Windungen der Zugfeder 1 bei minimaler Belastung. Zwischen dem Übergang zwischen normaler und steigender Flankendicke 6' und dem Übergang zwischen steigender und vergrößerter Flankendicke 7 befindet sich ein Bereich,

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in..dem die Plankendicke auf einen für die Erzeugung des Reibmomentes' notwendigen Wert ansteigt. Daran achließt sich der zweite Hauptbereich bis zum Übergang zwischen vergrößerter Flankendicke und Auslauf der Planke 8 an. Die Planke 9 ist in diesem Bereich so dick, daß das durch die Pederdehnung.hervorgerufene Reibmoment eine sichere Arretierung der Federaufhängung 2 in der Zugfeder 1 gewährleistet. An diesen Bereich schließt sich der fertigungstechnisch bedingte Auslauf der Planke. 9 an. " . . · .

Der obere Federauslauf 3 der Zugfeder 1 ist als tangentialer Auslauf des Pederendes gestaltet. Damit wird ein Verhaken des Pederendes beim Eindrehen in die schraubenförmig zylindrische Ringnut 10 der Federaufhängung 2 .^s auf einfache Art und Weise verhindert. '

Die in Pig_o 1 dargestellte justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen ist vorteilhaft als Meßfeder in Personenfederwaagen einzusetzen. Da es sich bei ciesem Anwendungsfall um .Federn mit kleinem Durchmesser und geringem V/indungsabsiand handelt,, erweist sich d;Le Gestaltung der Federaufhängung 2 mit als Außengewinde'umlaufender und zur Arretierung vergrösserter Flanke als vorteilhaft. . -

Claims (4)

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   Erf indungsanspruch .

   1. Justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen bestehend aus einer Zugfeder und einer Federaufhängung, die

   . · zentrierend mit geringem Spiel in die Feder eingeschraubt wird und durch ein Verdrehen der Federaufhängung in der Zugfeder die Kennlinie eingestellt wird, wobei die Federaufhängung eine mehrere Windungen umfassende schraubenförmig zylindrische, flankenbildende Ringnut besitzt und dabei das den wirksamen Windungen der Feder zugewandte Ende der Flanke als biegesteife Auflagekante zur Krafteinleitung in die wirksamen Federwindungen ausgebildet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der durch die Ringnut (10) gebildeten Flanke (9) über¹mindestens eine Flankenwindung so bemessen ist, daß sie der lichten Weite zwei-. er benachbarter Windungen der^ Zugfeder (1) bei minimaler Last bei gleicher Steigung von Flanke (9) und Zugfeder (1 ) entspricht und folgend die Dicke derFlanke (9) durch veränderte Steigung der Ringnut (10) vergrößert oder verkleinert wird und über mindestens eine halbe Windung gleich bleibt_o
2. 2. Justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen'nach Punkt I,.gekennzeichnet dadurch, daß die schraubenförmig zylindrische Ringnut (10) außen- oder inhengewindeartig in den Grund körper der Federaufhängung (2) eingearbeitet ist,
3. 3. Justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Flankendicke (9) so groß ist, daß das durch die Auslenkung der Zugfeder (1) erzeugte Reibmoment größer als von außen an der Zugfeder (1) und der Federaufhängung (2) angreifende Drehmomente ist.
4. 4. Justierbare Zugfeder mit zylindrischen Windungen nach Punkt

   ¹> gekennzeichnet dadurch, daß das in die Federaufhängung (2) einzuschraubende Ende der Zugfeder (1) so gestaltet ist, daß keine scharfen Kanten, die zu einem Verhaken/beim Eindrehen der Federaufhängung (2) in die Zugfeder (1) führen können, ' besitzt oder diese sich außerhalb der Ringnut (10) befinden.