DE2143001B2 - Bistabile Axialführung für Stößel und dergl. in Sprungwerken - Google Patents

Description

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ein Längsv-srschieben verhindert ist. Nun wird die der Mittellage gestrichelt gezeichnet, um darzustellen, linke Kronfeder 3 mit ihrem Außenring mittels eines daß hier eine gewisse Streuung auftritt. In den End-Spannringes 5 im Gehäuse 4 eingespannt, so daß lagen ist die Kraft F wirksam, der jeweiligen Hubbeauch hier eine verdrehfest und gegen Längsverschie- grenzung entsprechend. Die gestrichelten Kurvenben gesicherte Verbindung entsteht. Der Außenring 5 zweige jenseits der beiden Endlagen bezeichnen den der rechten Kronfeder 2 liegt jedoch zu dieser Zeit Kennlinienverlauf der Federn, wenn keine Hubbenoch lose in der Ringführung 6 im Gehäuse 4, so daß grenzung vorgesehen ist.
er sich relativ zum Gehäuse 4 drehen kann. Die in Fi g. 7 dargestellte Ankerführung eines

Nun wird gemäß F i g. 3 der Stößel in Pfeilrichtung Elektromagneten besteht aus dem beiderseits mit Geausgelenkt, wobei sich entsprechend der zuvor be- ίο windebolzen 11 koaxial verbundenen Anker 10, der schriebenen Wirkungsweise der Kronfedern der mittels zweier Kronfedeml2 und 13 in einem GeAußenring der rechten Kronfeder 2 in der Führung 6 häuse 14 gelagert ist. Zur Befestigung der Innendreht. Nach einem Schubweg des Stößels 1 um den ringe der Kronfedern 12 und 13 am Anker sind Mut-Betrag f + d wird nun der Außenring der Krön- tern 16 vorgesehen (von denen in der Zeichnung nur feder 2 in der Führung 6 mittels eines Spannringes 7 15 die rechte sichtbar ist), unter deren Wirkung die zufestgeklemmt. Wird sodann die Auslenkkraft ent- gehörige Kronfeder 12 bzw. 13 an je einem Bund 15 fernt, geht der Stößel um den Betrag d zurück, so Ses Ankers 10 anliegt (in F i g. 7 ist nur der Unke daß er sich nun in einer der stabilen Endlagen be- Bund 15 sichtbar). Die Außenringe der Kronfedern findet, entsprechend einem Auslenkweg /, von der 12 und 13 liegen an den beiderseits der Feldspule 19 Mittellage gemessen. Die zweite Endlage befindet 20 befindlichen Polschuhen 17 bzw. 18 an und sind sich in der zur Pfeilrichtung entgegengesetzten Ver- mittels Klemmringen 19, 20 an diesen befestigt. Zu Stellrichtung des Stößels 1, wobei der Auslenkweg, diesem Zweck befinden sich in den Außenringen der von der Mittellage gemessen, ebenfalls / beträgt, so Kronfedern 12, 13 je drei bogenförmige Langlöcher daß der Gesamtverstellweg 2/beträgt. 21 und in den Klemmringen 19, 20 je drei Bohrun-

Der in F i g. 1 dargestellte Verdrehwinkel α ist, wie 25 gen 22, durch die Schrauben 23 hindurchgeführt und in dem Diagramm in F i g. 2 dargestellt, eine Funk- in entsprechende Gewindebohrungen in den PoI-tion des Verstellweges / und jeweils abhängig von der schuhen 17, 18 eingeschraubt werden. Die Klemm-Ausführung und den Abmessungen der Krön- ringe 19 und 20 sind, wie in F i g. 7 an Hand des federn 2, 3. Wie aus dem Diagramm ir> F i g. 3 ersieht- linken Klemmringes 20 erkennbar, hutförmig gestallich ist, beträgt die in den Endstellungen des Stößels 1 30 tet, so daß sie nur mit ihrer Ringfläche am Umfang von den Kronfedern 2, 3 abgegebene Stellkraft Null. an den Kronfedern 12 bzw. 13 anliegen.
Um eine bestimmte Endlagenkraft zu erreichen, wird Beiderseits der Klemmringe 19 und 20, jeweils zur nun der Arbeitspunkt auf der Kennlinie verschoben, Außenseite hin, sind Anschläge 24 und 25 aufgewodurch man den Arbeitsbereich h/2 erhält (vgl. schraubt, an deren innenseitiger Stirnfläche Dämp-Diagramm zu Fig. 4). Dies wird praktisch erreicht 35 fungsscheiben 26 bzw. 27 befestigt sind. Die Andurch die in F i g. 4 angedeuteten Anschläge 8 und 9, schlage 24 und 25 bilden die Hubbegrenzung für die welche eine bestimmte Vorspannung in den Krön- Ankerbewegung und bewirken, daß der Anker 10 in federn 2, 3 bewirken. Der Gesamthub des Stößels 1 seinen Endstellungen unter einer bestimmten Kraft beträgt somit 2 · /t/2, entsprechend dem durch die an den Anschlägen anliegt, wie zuvor bereits beAnschläge 8, 9 begrenzten Verstellweg. Aus den Dia- 40 schrieben wurde.

grammen zu den F i g. 3 und 4 ist erkennbar, daß Die Funktion der gezeigten Anordnung ist die fol-

seinmuß: /j/2</. gende: Zur Montage wird, wie bereits an Hand der

In F i g. 4 ist die instabile Mittellage des Systems F i g. 2 und 3 beschrieben, eine der Kronfedern, z. B.

dargestellt, und das Diagramm zeigt, daß die Ver- die Kronfeder 13, mittels der zugehörigen (nicht sicht-

stellkraft außerhalb der neutralen Mittellage schnell 45 baren) Mutter 16 sowie mittels des Klemmringes 20

anwächst, woraus ersichtlich ist, daß der Stößel in- und der Schrauben 23 innenringseitig fest mit dem

folge seiner Bewegungsenergie bei der Verstellung Anker 10 und außenringseitig mit dem Polschuh 18

aus der einen in die andere Endlage die neutrale verbunden. Die andere Kronfeder 12 ist an der In-

Mittellage schnell durchläuft. nenseite durch die Mutter 16 am Anker 10 befestigt,

F i g. 5 zeigt die Formveränderungen eines Feder- 50 jedoch sind die Schrauben 23, welche durch die Boh-Endlage EI in die andere Endlage EII. Hierbei wird rangen 22 im Klemmring 19 und die Langlöcher 21 segments im Verlauf der Verstellung aus der einen in der Kronfeder 12 hindurch in die Gewindebohrunzunächst eine erste Zwischenlage ZI, dann die in- gen im Polschuh 17 eingeschraubt sind, nicht fest anstabile Mittellage M und dann eine zweite Zwischen- gezogen. Nunmehr wird der Anker 10 aus seiner lage ZII durchlaufen, bis die entgegengesetzte stabile 55 jetzigen Mittellage um einen Betrag verschoben, der Endlage EII erreicht ist. Aus der Form des Feder- etwas größer ist als die Hälfte des gewünschten Versegments in den verschiedenen Lagen kann die jeweils stellweges. Dabei führt die Kronfeder 12, da die wirksame Federkraft ersehen werden, wobei die Schrauben 23 noch locker sind, zwischen dem Polgrößte Verformung in der Mittellage auftritt, in schuh 17 und dem Klemmring 19 eine bestimmte welcher eine hohe Radialkraft entwickelt wird, je- 60 Drehung aus. Nun werden die Schrauben 23 angedoch die Axialkomponente gleich Null ist. In den zogen und damit mittels des Klemmringes 19 die Zwischenstellungen ZI bzw. ZII wird die Verfor- Kronfeder 12 an ihrem Außenring festgeklemmt, mung geringer, wobei die Axialkomponente größer Nach Wegnahme der Verstellkraft schnellt dann der und die Radialkraft kleiner wird, bis in den End- Anker 10 um einen geringen Betrag zurück in die lagen die geringste Verformung auftritt, wobei aus- 65 eine der beiden Endlagen.

schließlich eine durch die Hubbegrenzung bestimmte Zur Betätigung des Ankers 10 wird nun die Feldaxiale Vorspannung wirksam ist. spule 19 erregt, und unter der Wirkung des magneti-

Die Federkennlinie gemäß F i g. 6 ist im Bereich sehen Feldes gelangt der Anker 10 unter Uberwin-

dung der von den Kronfedern 12, 13 ausgeübten Kraft in die entgegengesetzte Endlage, die durch die Stellung des Anschlages 25 bestimmt ist. Dabei wirkt die Verstellkraft des magnetischen Feldes zunächst entgegen der Federkraft der Kronredern 12 und 13, bis der Anker 10 seine Mittellage erreicht hat. Im Bereich der Mittellage, wenn keine Federkräfte auf dem Anker wirksam sind, verursacht die Bewegungsenergie der Ankermasse ein zügiges Überschreiten der neutralen Stellung, und anschließend wird die Sprungschaltkraft der Kronfedern 12 und 13 in gleichem Sinne, die Verstellbewegung unterstützend, wirksam. Die Federkraft erreicht sodann, im Laufe der zweiten Hubhälfte, ihr Maximum, bis kurz darauf die Endstellung am Anschlag erreicht ist. Im letzten Dereich der Hubbewegung wird somit keine elektromagnetische Verstellkraft mehr benötigt.

Der in Fig. 7 dargestellte elektromagnetische Zwei-Stellungs-Stößelantrieb kann zur Betätigung einer beliebigen, in der Zeichnung nicht dargestellten Anordnung verwendet werden, wobei durch Wahl entsprechender Kronfederabmessungen und durch geeignete Einstellung der Anschläge 24 und 25 die gewünschten Hubwege erreichbar sind. In dem darge stellten Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurch messer der Kronfedern etwa 60 mm, der Durchmesse: der Gewindebolzen 6 ram und der Abstand zwischer den Einspannstellen der Kronfedern etwa 80 mm mit dieser Anordnung können Axialkiräfte in dei Größenordnung von 800 bis 1000 p erzielt werden Selbstverständlich ist aber auch jede andere Größe der verwendeten Bauelemente möglich, so daß die

ίο erforderliche axiale Verstellkraft den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt werden kann.

Der Abstand zwischen den Kronfedern ergibt sich zwar aus den räumlichen Möglichkeiten des einzelnen Anwendungsfalles, jedoch soll er einerseits für einen hinreichenden Lagerabstand zur axial genauen Führung des Stößels ausreichend groß sein, während andererseits ein unnötig großer Abstand zu vermeiden ist, weil sonst der Stößel infolge der außerhalb der instabilen Mittellage wirksamen Torsionsbean-

ao spruchung eine Verdrehung erfährt und somit eine relative Verdrehung der Kronfeder-Innenringe auftritt, was insbesondere bei Stößeln von sehr geringem Querschnitt zu beachten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι 2

   drehung zwischen Gehäuse und Stößel auf, wobei

   Patentanspruch: di_e Kraft-Auslenkungs-Kennlinie sich aus der Summe

   der Federkennwerte der beiden Federn ergibt.

   Bistabile Axialführung für Stößel u. dgl. Bei der erfindungsgemäßen Axialführung ist hinin Sprungwerken, dadurch gekenn- 5 gegen infolge der gegensinnigen Anordnung der Spizeichnet, daß der Stößel (1) in den Innen- ralschlitze der beiden Kronfedem eine Verdrehung ringen (2 a, 3 a) zweier benachbart und gegensin- des durch die Kronfedem geführten Stößels relativ nig angeordneter Kronfedem (2, 3; 12, 13) ver- zum Gehäuse verhindert, und in den Segmenten der drehfest eingespannt ist, die ihrerseits mit ihren Federn wird eine Vorspannung erzeugt, welche die Außenringen (2b, 3b) in einem Gehäuse (4; 14) io Sprungschaltwirkung verursacht. Da hierbei die Verod. dgl. stationär und verdrehtest unter Vorspan- drehung verhindert ist, die Länge der neutralen Faser nung eingespannt sind. der Federsegmente aber konstant bleiben muß, entsteht im Bereich der Mittellage eine den Scheitelpunkt bildende instabile Verformung. Trotz des we-

   15 sentlich vereinfachten Aufbaus entspricht daher die

   Kennlinie der erfindungsgemäßen Axialführung derjenigen der herkömmlichen Sprungschaltanordnun-

   Die Erfindung betrifft eine bistabile Axialführung gen. Die hohe Querstabilität erfüllt jedoch darüber

   für zylindrische Bauteile, wie Stößel, Stifte, Achsen hinaus sehr hohe Anforderungen, wie sie beispiels-

   u. dgl., in Sprungwerken. Derartige Führungen 20 weise zwischen dem Anker und dem Polschuh eines

   werden in zahlreichen technischen Bereichen be- Elektromagneten gestellt werden,

   nötigt, vorzugsweise bei mechanischen und elektro- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

   mechanischen Schaltvorrichtungen, aber auch bei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

   hydraulischen und pneumatischen Schalt- und Steuer- F i g. 1 eine schematische schaubildliche Darstel-

   elementen, in denen Steuerschieber oder Kolben zwi- 25 lung eines mittels zweier Kronfedem axial geführten

   sehen zwei definierten Endlagen verstellt werden. Stößels,

   Die gebräuchlichsten Anordnungen dieser Art be- F i g. 2 und 3 schematische Darstellungen der Mon-

   stehen aus einer herkömmlichen Gleitführung für tageschritte bei der Anordnung nach Fig. 1,

   den Stößel bzw. das umzuschaltende Element und F i g. 4 eine schematische Darstellung der instabi-

   einer gesonderten Rast- oder Schnappvorrichtung 30 len Mittellage der Kronfedem bei einer Anordnung

   mit einem oder mehreren Federelementen, welche gemäß Fig. 1,

   derart wirksam sind, daß der Stößel aus der einen F i g. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines

   Endlage über einen mittleren Scheitel- oder Totpunkt Kronfedersegments in den Endlagen und in verschie-

   hinweg versteiit wird und sodann infolge der ge- denen Zwischenstcllungen,

   speicherten Federenergie in die andere Endlage ge- 35 F i g. 6 die Federkennlinie der Kronfedern und

   langt. Die bekannten Anordnungen mit Sprungschalt- F i g. 7 in schaubildlicher, teilweise geschnittener

   wirkung erfordern jedoch einen nicht unbeträcht- Darstellung eine Anwendung der Anordnung gemäß

   liehen Aufwand, und zwar teils bei der Herstellung, F i g. 1 als Ankerführung eines Elektromagneten,

   teils bei der Montage, aber auch hinsichtlich der Gemäß F i g. 1 ist ein als zylindrischer Stab dar-

   Justageerfordernisse. 40 gestellter Stößel 1 in die Innenringe 2 a, 3 a einer

   Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine ersten Kronfeder 1 und einer zweiten Kronfeder 3

   Axialführung mit Sprungschaltwirkung zu schaffen, eingespannt, welche in koaxialer Anordnung und in

   die bei außerordentlicher Einfachheit im Aufbau und einem gewissen Abstand voneinander mit ihren

   in der Wirkungsweise eine sehr hohe Lebensdauer Außenkanten 2 b, 3 b in ein Gehäuse 4 eingespannt

   aufweist, ohne daß nachträgliche Justagen nötig sind. 45 sind, und zwar so, daß ihre Spiralschlitzc2c, 3 c in

   Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der entgegengesetzter Richtung verlaufen. Dementspre-

   Stößel in den Innenringen zweier benachbart und chend sind die Spiralschlitze2c der in Fig. 1 rechts

   gegensinnig angeordneter Kronfedem verdrehfest ein- dargestellten Kronfeder 2 im Uhrzeigersinn nach

   gespannt ist, die ihrerseits mit ihren Außenringen in innen gerichtet, während die Spiralschlitze 3 c der

   einem Gehäuse od. dgl. stationär und verdrehfest 5° links gezeichneten Kronfeder 3 im Uhrzeigersinn nach

   unter Vorspannung eingespannt sind. außen verlaufen.

   Die Verwendung von Kronfedem als Maschinen- Die Einspannung der Kronfedem 2, 3 im Geelement ist bekannt. Ihre besonderen Eigenschaften häuse 4 ist so gestaltet, daß sie sowohl in Drehrichsind, daß sie eine hohe Querstabilität ohne Querver- tung als auch in axialer Richtung festgelegt sind. Dessetzung aufweisen, während eine begrenzte Axialver- 55 gleichen sind die Innenringe 2 a, 3 α mit dem Stößel 1 Schiebung des eingespannten Teiles möglich ist. Bei so verbunden, daß weder ein Verschieben noch ein einer solchen Axialverschiebung dreht sich der Innen- Verdrehen zwischen dem Stößel 1 und den Kronring der Kronfeder gegenüber dem Gehäuse in eine federn 2, 3 möglich ist.

   Richtung, die von der Richtung der Spiralschlitze Um die gewünschte Sprungschaltwirkung zwischer

   abhängt. Während eine einzige Kronfeder als Lage- 60 zwei axialen Endlagen des Stößels 1 zu erhalten, er-

   rungselement außerdem eine Taumelbewegung des folgt die Montage auf die folgende, an Hand dei

   geführten Teiles ermöglicht, verwendet man zur F i g. 4 und 5 erläuterte Weise:

   reinen Axialbewegung ohne Taumelbeweglichkeit Gemäß F i g. 2 werden zunächst die Kronfedem 2,3

   zwei Kronfedem, deren Innenringe in einem bestimm- auf dem Stößel 1. festgeklemmt, z. B. mittels Muttern

   ten Abstand auf dem zu führenden Stößel aufge- 65 wie an Hand des, Ausführungsbeispiels gemäß F i g.'

   spannt sind und deren Schlitze gleichsinnig verlaufen. noch erläutert werden wird. Die Verbindung zwischei

   Bei dieser Anordnung tritt mit der durch eine äußere dem Stößel 1 und den Innenringen der Kronfeder 2,:

   Kraft bewirkten Axialversteüung eine relative Ver- ist so beschaffen, daß sowohl ein Verdrehen als aucl