DE1165939B - Rollfeder - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F06f

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 47 a - 17

T 20513 XII/47 a
28. Juli 1961
19. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf Rollfedern mit einem Metallfederband und betrifft eine derartige Rollfeder, deren Band beim Aufrollen eine Federkraft im Sinne einer Krümmung in Längsrichtung und eine weitere Federkraft im Sinne einer Querbiegung abgibt.

Derartige Rollfedern sind bekannt. Dabei wird die Federkraft im Sinne einer Krümmung in Längsrichtung durch eine Längsbiegung der Feder und die weitere Federkraft im Sinne einer Querbiegung durch eine entsprechende Querschnittsformung erreicht. So ist es z. B. bekannt, bei sogenannten Rollbandmaßen dem Federband in Querrichtung eine entsprechende Krümmung zu verleihen, die beim Aufwickeln gestreckt wird und dadurch eine Federspannung im Sinne eines Abwickeins von der Spirale bewirkt. Gleichzeitig wird durch das spiralförmige Aufwickeln des an sich in Längsrichtung geraden Federbandes eine weitere Federkraft im Sinne eines Abwickeins erreicht .

Auch für andere Anwendungsgebiete, z. B. mit Rollfedern arbeitende Federmotoren, kann zur Beeinflussung der Federkraft die durch Querbiegung gebildete Federkonstante mit der durch Längsbiegung gebildeten Federkonstante entsprechend kombiniert, d. h. entsprechend addiert oder subtrahiert werden.

Bei einer Reihe von bestimmten Anwendungsfällen ist es wünschenswert, daß die durch die Querbiegung und die durch die Längsbiegung erzeugten Federkräfte in jeder Aufwickelstellung im wesentlichen ein konstantes Verhältnis zueinander haben, d. h., daß entweder eine konstante Kraft im Sinne eines Aufwickeins oder Abwickeins — Zug- bzw. Schubkraft am geraden ablaufenden Ende der Rollfeder — oder aber ein Kräftegleichgewicht herrscht, so daß die Feder in jeder eingestellten Wickelstellung verbleibt. Dabei können, z. B. wenn die Differenz zwischen den in dem auf der Spirale aufgewickelten Bandteil mit ebenem Querschnitt wirkenden Biegekräfte einerseits und den diesen Biegekräften entgegenwirkenden, durch den gekrümmten Querschnitt erzeugten Gegenkräften andererseits sehr groß sein muß, um z. B. an der Anordnung in Längsrichtung der geraden Teile wirkende Zug- oder Druckkräfte aufzunehmen, ohne daß die Spirale sich abwickelt oder aufwickelt, Schwierigkeiten dadurch auftraten, daß extreme Querschnittsverformungen erforderlich wären, um das notwendige Kräftegleichgewicht herzustellen. Dies hat seine Ursache darin, daß die Federkraft, abgesehen vom Werkstoff, vom Querschnitt des Materials, d. h. von der Breite und der Dicke, und vom Verformungsgrad (Federweg) ab-Rollfeder

Anmelder:

John Burton Tigrett, Jackson, Tenn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin 33

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,

Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Edwin E. Foster, Austin, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. Oktober 1960

(Nr. 62 946)

hängt. Wenn also zur Erreichung einer bestimmten Federkraft in Längsrichtung ein bestimmter Querschnitt, d. h. Breite und Dicke, des Federbandes notwendig ist, um bei einer entsprechenden Verformung die notwendige Federkraft in Längsrichtung abzugeben, bestehen in einer Reihe von Fällen Schwierigkeiten, durch eine entsprechende Querverformung dieses gegebenen Querschnitts des Federbandes die notwendige, durch Querbiegung erzeugte Federkraft aufzubringen. Im einen Extrernfall ist der Querschnitt zur Erlangung der notwendigen Federkraft durch Längsbiegung relativ so dick und breit, daß zur Erzielung der notwendigen Federkraft durch Querbiegung nur eine außerordentlich schwache Krümmung notwendig wäre, die bei wirtschaftlich vertretbaren Arbeitstoleranzen keine ausreichende Gleichförmigkeit der durch Strecken des Querschnitts beim Aufwickeln zu erzeugenden Federkraft ergibt, oder aber — im anderen Extrernf all — wäre eine so starke Querschnittskrümmung erforderlich, daß aus statischen Gründen das Strecken des gekrümmten Querschnitts beim Aufwickeln auf die Spirale in Frage gestellt ist.

Es ist die der Erfindung zugrunde hegende Aufgabe, eine Feder zu schaffen, bei der das Verhältnis der im Sinne einer Längsbiegung wirkenden Kräfte zu dem im Sinne einer Querbiegung wirkenden Kräfte in weiten Grenzen beliebig eingestellt werden kann. Dabei geht die Erfindung von dem an sich bei der Herstellung von Federn bekannten Prinzip aus, mehrere Federwerkstoffe unterschiedlicher Charakte-

409 539/259

ristiken gemeinsam zu verwenden, um eine kombinierte Federkonstante zu erreichen. Dieses Prinzip wird z. B. bei Fahrzeugfedern durch Kombination mehrerer gleichartiger Federn, z. B. zwei Schraubenfedern mit unterschiedlicher Charakteristik, oder aber z. B. bei bekannten kombinierten Gummi-Stahl-Federn, wie sie für spezielle Verwendungszwecke im Maschinenbau gebräuchlich sind, verwendet.

Gemäß der Erfindung wird dieses Prinzip in einem neuartigen System angewandt, nämlich dazu, bei einem Federelement, das in mehreren Richtungen Federkräfte aufbringen soll, die Federcharakteristik im wesentlichen nur in einer dieser Richtungen zu beeinflussen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Metallfederband der Rollfeder in ein Kunststoffband eingebettet ist, das eine stärkere Vorkrümmung in Querrichtung aufweist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird die durch die Querschnittsform erzielte Federcharakteristik durch eine kombinierte Wirkung des Metallfederbandes einerseits und der Kunststoffabdeckung andererseits erreicht. Es läßt sich dabei beliebig eine stärkere oder schwächere Federwirkung unabhängig von dem von der vom Federband durch Längsbiegung aufzubringenden Federkraft bestimmten Querschnitt einstellen. Die Kunststoffabdeckung ist relativ zur Biegelänge, in Längsrichtung gesehen, jedoch so schwach, daß die Längsbiegung des Federbandes nicht wesentlich beeinflußt wird. Gemäß der Erfindung ist es daher möglich, das Metallfederband für die Rollfeder entsprechend den konstruktiven Erfordernissen und der aufzubringenden Federwirkung durch Längsbiegung zu bestimmen, dann eine entsprechende, eine einwandfreie mechanische Verformung in Querrichtung beim Auf- oder Abrollen sicherstellende Querkrümmung zu bestimmen und die durch diese in erheblichem Umfang aus mechanischen Gründen bestimmte Querkrümmung des Metallfederbandes nicht erreichbare notwendige Federwirkung durch die entsprechende Ausbildung der Kunststoffabdeckung sicherzustellen.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird es also möglich, in weiten Grenzen beliebige Verhältnisse der Längsbiegungskraft zur Querbiegungskraft einzustellen, so daß sich durch die erfindungsgemäße Rollfeder ein völliger Ausgleich der Federkräfte erreichen läßt und damit das Federband ζ. Β. als Lampenpendel verwendbar ist oder daß über eine große Länge eine konstante Zug- oder Schubkraft in Längsrichtung des freien Endes der Rollfeder ausgeübt werden kann.

Um den Beeinflussungsbereich der Kunststoffabdeckung auf das Metallfederband noch zu vergrößern, können zwei oder mehrere Metallfederbänder in das Kunststoffband eingebettet sein. Die Verformung und damit die Federwirkung durch Querbiegung erfolgt dann in zwei Stufen, wobei einmal eine Biegung des reinen Kunststoffquerschnittsbereiches und zum anderen bei fortschreitender Streckung der Querschnittskrümmung eine Verformung in den kombinierten Querschnittsbereichen erfolgt.

Durch die vollständige Einbettung des Metallfederbandes oder der Metallfederbänder in das Kunststoffband wird der metallische Querschnitt der Feder vollständig nach außen isoliert, so daß, falls die Feder in Verbindung mit elektrischen Anlagen verwendet wird, der metallische Querschnitt als elektrischer Leiter dienen kann. Diese Anwendung ist insbesondere zur Verwendung von Zuglampen oder auch als Druckfedern für Kontaktbürsten sehr geeignet. Dabei können, insbesondere zur Verwendung bei Zuglampen, in das Kunststoffband zusätzlich elektrische Leiter eingebettet sein. Das Kunststoffband kann auch Rohrquerschnitt haben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

ίο In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Rollfederband gemäß der Erfindung mit kreisbogenförmig gekrümmtem Querschnitt,

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rollfederband mit rinnenförmigem Querschnitt,

F i g. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rollfederband mit kreisförmigem Querschnitt und

ao Fig. 4 die Verwendung des Rollfederbandes gemäß F i g. 3 als Lampenpendel.

Der Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rollfeder ist in F i g. 1 wiedergegeben. Bei diesem Beispiel umfaßt das Federband 10 einen Kunststoffmantel 12, in den das Metallfederband 14 eingebettet ist. An den Enden der Feder 14 sind elektrische Leiter 16 angeordnet, die durch Einbetten in das Kunststoffmaterial vollkommen isoliert sind. Das Krümmungsmaß der Kunststoffhülle im Verhältnis zu den Federcharakteristika des Metallfederbandes bestimmt, wie weiter unten erläutert, die Federgesamtcharakteristik.

Der Querschnitt der in F i g. 2 dargestellten Rollfeder ist trogförmig mit einem mittig angeordneten selbstwickeinden Federband. Im wesentlichen umfaßt die Feder 20 gemäß F i g. 2 einen mittleren Stegteil 22 und zwei im Winkel abstehende Flanschseiten 24 und 26. Im mittleren Teil 22 ist ein selbstaufwickelndes Federband 28 mit praktisch flachem Querschnitt eingebettet. In den seitlichen Teilen 24 und 26 ist je ein bandförmiger elektrischer Leiter 30 und 32 eingebettet. Der Querschnitt gemäß Fig. 2 stellt die Feder in gestreckter Stellung dar. In aufgewickelter Stellung ist der Querschnitt im wesentlichen flach.

Daher muß von dem Federband 28 oder anderen Hilfskraftquellen, z. B. von Hand, eine ausreichende Kraft ausgeübt werden, um die Feder 20 aus der gestreckten in die aufgewickelte Stellung überzuführen. Größe, Dicke und Winkelstellung der Seiten 24 und 26 bestimmen das Maß der zum Aufwickeln des Rollfederbandes aufzuwenden Kraft. Durch Veränderung dieser Faktoren gegenüber der Längsfestigkeit des Federbandes 28 kann eine selbstwickelnde, selbststreckende oder ausgeglichene Feder erzielt werden.

In Fig. 3 ist ein Federband gemäß der Erfindung mit Rohrquerschnitt dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist das Band aus einem rohrförmigen Kunststoffteil 40 und den eingebetteten selbstaufwickelnden Metallfederbändern 44 und 46 zusammengesetzt. Das Kunststoffmaterial kann z. B. Neopren, Polyäthylen od. dgl. sein. Die Federn 44 und 46 sind so vorgeformt, daß sie im Ruhezustand die Form einer Vielzahl von dichtgewickelten Windüngen annehmen. Wenn die Federbänder 44 und 46 aus ihrer gestreckten Stellung entsprechend ihrer Verformung sich aufwickeln, müssen sie eine Kraft ausüben, die ausreicht, um die Querkrümmung des

Kunststoffteils 40 zu strecken. Mit anderen Worten ist die sich aus der Querkrümmung des Kunststoffteils 40 ergebende Federkraft von der Rückstellkraft der Metallfederbänder 44 und 46 abzuziehen. Um ein Strecken des Rohrquerschnitts in eine Fläche an Stelle eines Flachquetschens beim Aufwickeln zu ermöglichen, kann ein Längsschlitz 42 vorgesehen sein.

Die Größe der Querkomponente hängt von dem Maß der Querkrümmung und der Festigkeit dos Kunststoffmaterials ab. Je größer das Maß der Krümmung und je größer die Stärke und die Festigkeit des Materials sind, um so größer ist das Maß der zum Überwinden der Krümmung erforderlichen Kraft. Daher kann die auf diese Weise ausgebildete Feder sowohl selbstaufwickelnd als auch selbststreckend als auch ausgeglichen hergestellt sein. Als Ergebnis dieser Ausbildung zeigt sich, daß das Problem des Hersteilens einer entsprechend großen Querkrümmung des Metallfederbandes beseitigt ist.

Der Kunststoffteil kann ohne weiteres mit jedem zur Erzielung der gewünschten Federkraft notwendigen Querkrümmung stranggepreßt, gegossen oder in anderer Weise hergestellt werden. Ein Verfahren zur Herstellung der Rollfeder besteht darin, die Metallfederbänder zwischen zwei Kunststoffstreifen einzulegen und diese dann miteinander zu verbinden. Diese Streifen können vorgeformt oder während des Verbindungsvorgangs auf die gewünschte Krümmung gebracht werden.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Rollfeder wird an Hand der Fig. 4 an einem ausziehbaren Lampenpendel erläutert. Das Pendel 50 besteht aus einem ersten Federband 52 und einem zweiten Federband 54. Diese Federbänder sind zur Ausbildung einer einzigen Federspirale 56 mit zwei ablaufenden Enden getrennt angeordnet. Das freie Ende des Bandes 52 ist mit der Decke 58 durch eine Befestigung 60 verbunden. Das freie Ende des Bandes 54 ist an einer entsprechenden Lampenfassung 62 befestigt. Bei den Federbändern 52 und 54 entsprechend Fig. 3 ist das Verhältnis von Längsbiegungsfederkraft zu Querbiegungsfederkraft so bemessen, daß die Längsbiegungsfederkraft um eine dem Gewicht der Lampe entsprechende Zugkraft im Sinne eines Aufwickeins der Spirale 56 überwiegt.

Ein weiteres Problem in Verbindung mit der in Fig. 4 dargestellten Lampe besteht darin, deren Anschluß an eine elektrische Stromquelle vorzusehen. Normalerweise wird ein besonderes Kabel zur Zuleitung des Stromes vorgesehen. Infolge der Längenänderung des Pendels müssen allerdings besondere Vorkehrungen getroffen werden, um das Kabel entsprechend zu verlängern oder zu verkürzen.

Durch das Einbetten der Federn 44 und 46 in das Kunststoffmaterial 40 ist es möglich, diese zur Zuführung des elektrischen Stroms zur Lampe 62 zu verwenden oder besondere Leiter in den Kunststoff einzubetten. Auf diese Weise können die normalerweise bei Lampen dieser Art verwendeten Kabel entfallen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rollfeder mit einem Metallfederband, das eine Federkraft im Sinne der Krümmung in Längsrichtung und eine weitere Federkraft im Sinne einer Querbiegung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallfederband (14, 28, 44 bis 46) in ein Kunststoffband (12, 22, 40) eingebettet ist, das eine stärkere Vorkrümmung in Querrichtung aufweist.

2. Rollfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Metallfederbänder (44, 46) in das Kunststoffband (40) eingebettet sind.

3. Rollfeder nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Verwendung als Lampenpendel, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kunststoffband (12, 22) zusätzlich elektrische Leiter (16, 30 bis 32) eingebettet sind.

4. Rollfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffband (40) einen Rohrquerschnitt aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 810 679, 875 593;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 777 120;
schweizerische Patentschrift Nr. 329 479;
britische Patentschrift Nr. 270 169.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 539/259 3.64 © Bundesdruckerei Berlin