DE2100831A1 - Einstellfeder für Meß- und Regelgeräte - Google Patents

Einstellfeder für Meß- und Regelgeräte

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DE2100831A1
DE2100831A1 DE19712100831 DE2100831A DE2100831A1 DE 2100831 A1 DE2100831 A1 DE 2100831A1 DE 19712100831 DE19712100831 DE 19712100831 DE 2100831 A DE2100831 A DE 2100831A DE 2100831 A1 DE2100831 A1 DE 2100831A1
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Gerhard 6000 Frankfurt. P Klee
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Samson Apparatebau AG
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Samson Apparatebau AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/32Belleville-type springs
    • F16F1/324Belleville-type springs characterised by having tongues or arms directed in a generally radial direction, i.e. diaphragm-type springs
    • F16F1/326Belleville-type springs characterised by having tongues or arms directed in a generally radial direction, i.e. diaphragm-type springs with a spiral-like appearance

Description

  • Einstelifeder für Meß-und Regelgeräte Die Erfindung betrifft eine Einstellfeder für Meß- und Regelgeräte oder sonstige Apparate und Instrumente, bei denen an die Einstellgenauigkeit der Feder und an die Reproduzierbarkeit der eingestellten Federkräfte besonders hohe Anforderungen gestellt werden.
  • Bei den allgemein üblichen Schraubenfedern treten oft Schwierigkeiten hinsichtlich der EinfUhrung und Weiterleitung der zu messenden bzw. auszuUbenden Kräfte auf, wenn für Feineinstellungen höchste Genauigkeit verlangt wird. Wenn sich beispielsweise die Feder, mag sie als Druck- oder als Zugfeder ausgebildet sein, in Bezug auf die kraftübertragenden Verbindungsteile etwas verlagert, ergeben sicn fehlerhafte Werte und Ungenauigkeiten. Solche Verlagerungen lassen sich aber bei den bekannten, aus Stahldraht gewundenen Schraubenfedern praktisch nicht vermeiden, weil diese Federn neben der in Richtung der Windungsachse auftretenden Dehnung auch eine gewisse Drehung ausführen.
  • Es sind zwar auch scheibenförzige Federn bekannt, bei denen die Scheibenmitte durch speichenartige, spiralfdrmige Arme mit dem Scheibenumfang verbunden ist, welcher fest eingespannt oder aufgelagert wird. Die zu messende oder einzustellende Kraft greift in der Mitte der Scheibenfeder an, wobei das zur Kraftübertragung dienende Teil entweder frei auf der Mittelzone der Scheibe auf liegt oder fest mit derselben verbunden ist. Auch bei einer solchen Scheibenfeder muß aber infolge der Spiralformder die Scheibenmitte mit dem Scheibenumfang verbindenden Arme eine Drehung der Mittelzone der Scheibe gegenüber den Scheibenumfang in Kauf genommenwerden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder für Feineinstellungen höcnster Genauigkeit zu schaffen, welche die bisher durch die Federwindungen oder die Spiralform der Federarme hervorgerufenen Fehler ausscilaltet, eine sehr genaue Reproduzierbarkeit der Einstellungen ermöglicht und eine befriedigende Proportionalität zwischen Federkraft und Federweg aufweist. Dabei soll diese Feder einfach ausgebildet und billig in Massenfertigung herstellbar sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Scheibenfedern mit speichenförmigen Armen an ihren Umhängen gegeneinander abgestützt und in ihren Mitten mit den die angreifenden bzw. abzugebenden oder zu messenden Kräfte übertragenden Teilen verbunden sind.
  • Dadurch wird erreicht, daß sich die Drehungen der Sclieibenmitten gegenüber den Scheibenumfängen gegenseitig aufheben, so daß die die Genauigkeit beeinträchtigenden Verlagerungen der Feder in Bezug auf die kraftübertragenden Verbindungsteile in Fortfall kommen. Eh durchgehender Rand oder Ring am timfang der Scgleibenfedern isb erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich, weil die Scheibenumfänge nicht eingespannt werden und die freien Enden der speichenförmigen Scheibenarme unmittelbar gegenseitig abgestützt werden können. Dadurch wird die Genauigkeit der Proportionalität zwischen den Federkräften und den Federwegen erhöht. Bei spiralförmigen oder ähnlichen Scheibenarmen kann zwecks Kompensierung der genannten Verdrehungen eine gegenläufige Anordnung dieser Arme zweckmäßig sein. Da sich bei Fortfall der durchgehenden Umfangsränder die Enden der Scheibenarme oder Speichen am Scheibenumfang frei dehnen können, ist es gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, anstelle von spiralförmigen Armen gerade bzw. radial verlaufende Scheibenarme zu verwenden, welche als reine Biegefedern wirkeh.
  • Die gegenseitige Abstützung der Scheibenfedern kann mit Hilfe von Distanzbolzen erfolgen, die auf beiden Seiten mit den freien Enden der Scheibenarme fest verbunden, z.B. vernietet sind. Gemäß einer anderen einfachen Ausführungsform der Erfindung sind die Scheibenarme am Scheibenumfang gekröpft und durch Bördeln, Sicken oder auf sonstige Weise fest miteinander verbunden. Die Scheibenfedern können auch eine rechteckige Form haben, wobei der Kraftangriff in der Mitte des Rechteckes angeordnet ist und zwei gegenüberliegende Seiten des Rechteckes gegeneinander abgestützt sind.
  • Die Erfindung umfaßt nicht nur die eigentlichen Federn, sondern auch die Anwendung bei und die Kombination mit Meß- und Regelgeräten od.dgl.
  • Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird die Kombination einer solchen Feder mit einem pneumatischen Fernsteller beansprucht, weil dadurch bei diesem Gerät eine bisher nicht erzielbare Einstellungsgenauigkeit und präzise Wirkungsweise erreicht werden kann.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformenund in ihrer speziellen Anwendung beispielsweise veranschaulicht.
  • Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Scheibenfeder der bisher bekannten Art, Fig. 2 zeigt in Seitenansicht eine Einstellfeder gemäß der Erfindung, Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Einstellfeder nach der Linie A - B der Fig. 2, Fig. 4 zeigt in Seitenansicht eine andere Ausführungsform der Einstellfeder gemäß der Erfindung, Fig. 5 zeigt die Einstellfeder nach Fig. 4 in Draufsicht, und Fig. 6 zeigt im Längsschnitt einen pneumatischen Fernsteller mit einer Einstellfeder gemäß Fig. 1 und 2.
  • Die in Fig. 1 zum Vergleich veranschaulichte Scheibenfeder bekannter Art ist aus Federblech gestanzt.
  • Die Mitte der Scheibenfeder ist durch spiralförmig gestaltete Arme mit dem durchgehenden Umfangsrand der Scheibe verbunden, welcher fest eingespannt oder auf einer festen Auflage angebracht wird.
  • Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Einstellfeder gemäß der Erfindung, die auch als Doppelfeder bezeichnet werden kann. Diese Doppelfeder besteht aus zwei aus Federblech gestanzten Einzelscheibenfedern 1, die an ihrem Umfang durch Distanzbolzen 2 unter Einschaltung von Unterlegscheiben 3 miteinander vernietet sind. Wie man sieht, ist ein durchgehender Umfangsrand hier nicht mehr erforderlich.
  • Bei der in Fig. 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsform der Einstellfeder gemäß der Erfindung sind die frei endenden Scheibenarme der beiden Scheibenfedern 1 gerade und radial ausgeführt. Am 4 Umfangsende, d.h. an den freien Enden/der Scheibenarme sind diese Arme gekröpft und miteinander verbördelt.
  • Dadurch erhält man eine besonders einfache und billige Ausführungsform der Einstellfeder.
  • Es werden vorzugsweise zwei Scheibenfedern 1 vorgesehen und erfindungsgemäß miteinander verbunden.
  • Die Form der beiden Scheibenfedern wird aus Symmetriegründen vorzugsweise gleich sein, jedoch könnten die Scheibenformen auch etwas voneinander abweichen.
  • Gegebenenfalls könnten anstelle der gezeigten drei Scheibenarme auch z.B. vier oder eine andere Anzahl Arme angeordnet werden. Unter Umständen könnten auch drei oder mehr einzelne Scheibenfedern in entsprechender Weise gegeneinander abgestützt und miteinander verbunden sein In Fig. 6 ist eine besonders vorteilhafte Anwendung einer Einstellfeder gemäß der Erfindung bei einem Meß- oder Regelgerät veranschaulicht, und zwar gemäß den Ausführungsbeispielbei einem pneumatischen Ferneteller, also einem Gerät, bei dem es auf eine sehr hohe Präzision und Genauigkeit der Feineinstellungen der Einstellfeder ganz besonders ankommt. Es ist hier die erfindungsgemäße Kombination eines solchen pneunatischen Fernstellers mit einer Einstellfeder gemäß Fig. 2 und 3 gezeigt.
  • ueber eine Einstellschraube 5 wird die Kraft der Einstellfeder 1, 2 entsprechend dem gewünschten Druck eingestellt. Die Kraft der Feder wirkt über ein Joch 6, und Säulen 7 auf einen Membranteller 8, der, abgedichtet durch eine Membran 9, den abgehenden Druckraum (grün gekennzeichnet) belastet. Dadurch ist die direkte Abhangigkeit des zu regelnden Druckes von der eingestellten Federkraft gegeben. Das Gewicht von MeSbranteller, Säulen und Joch wird von einer Feder 10 getragen.
  • Die Steuerung des Druckzuflusses geschieht unter Zwischenschaltung eines Verstärkers mit Hilfe eines Hilfsdruckea (blau gekennzeichnet). Der Hilrsdruckudrd durch eine Kaskadenschaltung aufrechterhalten. Der Kaskadendruck zwischen einer festen Vordrossel 11 und einer Auslaßdüse 12 beaufschlagt eine Membran 13 des größeren Membrantellers 14 des Verstärkers. Die Membran 15 des kleineren Membrantellers, der gleichzeitig die Abstützung 16 gegen den größeren Membranteller 14 bildet, wird vom abgehenden (zu regelnden) Druck (grün) beaufschlagt.
  • Der Luft zufluß zu dem zu regelnden Druck und der Luftabfluß werden von einem Doppelkegel 17 gesteuert. Der Abflußkegel des Doppelkegels 17 sitzt auf einer Bohrung der Abstützung 16, die ins Freie rührt. Der andere Kegel des Doppelkegels 17 verschließt die Zuflußöffnung 18. Der Doppelkegel 17 wird durch die Feder 19 gegen seine Sitze gedrückt.
  • Eine Feder 20 belastet das Doppelmembransystem im Sinne einer Druckerhöhung des Hilfsdruckes (blau).
  • Dadurch wird der Kaskadendruck (Hilfsdruck, blau) in einen Bereich der linearen Abhängigkeit vom abgehenden Druck verschoben. Das ist besonders wichtig, wenn der Fernsteller für einen großen Bereich des einzustellenden Druckes vorgesehen ist. Beginnt aus irgendeinem Grunde der eingestellte abgehende Luftdruck (grün) zu fallen, so bewegt sich die Doppelmembran 13, 15 nach unten, der Doppelkegel 17 schließt die Abflußöffnung in der Abstützung 16 und öffnet die Zuflußöffnung 18, wodurch der abgehende Luftdruck wieder erhöht wird.
  • Zu gleicher Zeit bewegysich der Membranteller 8 zusammen mit dem Joch 6 nach unten. Dadurch nähert sich die untere Oberfläche des Joches 6 der Düse 12 und vergrößert den Kaskadendruck (blau), der nun ebenfalls die Doppelmembran 13, 15 in demselben Sinne wie der fallende abgehende Druck (grün) beeinflußt.
  • Eine Drossel 21 ist vorgesehen, um einer Ubersteuerung und eventuellen Pendelungen vorzubeugen.
  • Beginnt umgekehrt der eingestellte Luftdruck (grün) zu steigen, so geschehen alle oben beschriebenen Bewegungen in umgekehrter Richtung. Der Doppelkegel 17 schließt die Zurluß6ffnung 18 und öffnet die Abflußöffnung in der Abstützung 16, wodurch der abgehende Luftdruck wieder sinken wird.
  • Anspruche

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Einstellfeder für Meß- und Regelgeräte od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß mindestns zwei Scheibenfedern (1) mit speichenförmigen, von der Scheibenmitte zum Scheibenumfang verlaufenden Armen an ihren Umfängen gegeneinander abgestützt und in ihren Mitten mit den die angreifenden, zu messenden bzw. ab2ugebenden Kräfte übertragenden Teilen oder Gliedern verbunden sind.
  2. 2. Einstellfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfedern (1) in an sich bekannter Weise mit spiralfUraig gebogenen Armen versehen sind.
  3. 3. Einstellfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenarme der Scheibenfedern (1) frei enden und an ihren freien Enden gegeneinander abgestützt sind.
  4. 4. Einstellfeder nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenarme der Scheibenfedern geradlinig bzw. radial von der Scheibenmitte zum Scheibenumfang verlaufen.
  5. 5. Einstellfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die gebogenen oder gekrümmten Scheibenarme der beiden gegeneinander abgestützten Scheibenfedern (1) gegensläufig angeordnet sind.
  6. 6. Einstellreder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfedern (1) durch Distanzbolzen (2) gegeneinander abgestützt sind, die auf beiden Seiten fest mit den Scheibenfedern verbunden, z.B. vernietet sind.
  7. 7. Einstellfeder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis i5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfedern (1) bzw. deren Arme am Scheibenumfang gekröpft und durch Bördeln, Sicken od.dgl. fest miteinander verbunden sind.
  8. 8. Einstellfeder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubertragungsglieder der zu messenden oder zu übertragenden Kräfte fest bzw. starr mit den Mitten der Scheibenfedern (1) verbunden sind.
  9. 9. Einstellfeder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfedern eine rechteckige Form haben, wobei der Kraft an griff in der Mitte des Rechteckes angeordnet 31 ist und zwei gegenüberliegende Seiten des Rechteckes gegeneinander abgestützt sind.
  10. 10. Meß- oder Regelgerät, insbesondere pneumatischer Fernsteller, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ferneinstellung des Gerätes eine Einstellfeder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
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