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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung umfaßt nicht nur die eigentlichen Federn, sondern auch
die Anwendung bei und die Kombination mit Meß- und Regelgeräten od.dgl.
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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.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformenund
in ihrer speziellen Anwendung beispielsweise veranschaulicht.
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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.
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Die in Fig. 1 zum Vergleich veranschaulichte Scheibenfeder bekannter
Art ist aus Federblech gestanzt.
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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.
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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.
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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.
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Dadurch erhält man eine besonders einfache und billige Ausführungsform
der Einstellfeder.
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Es werden vorzugsweise zwei Scheibenfedern 1 vorgesehen und erfindungsgemäß
miteinander verbunden.
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Die Form der beiden Scheibenfedern wird aus Symmetriegründen vorzugsweise
gleich sein, jedoch könnten die Scheibenformen auch etwas voneinander abweichen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine Feder 20 belastet das Doppelmembransystem im Sinne einer Druckerhöhung
des Hilfsdruckes (blau).
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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.
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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.
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Eine Drossel 21 ist vorgesehen, um einer Ubersteuerung und eventuellen
Pendelungen vorzubeugen.
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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.
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