DE2417728B1 - Federstütze mit gleichbleibender StUtzkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Federstütze der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die DT-AS 12 91 581 bekanntgewordenen Art.

Bei dieser Federstütze sind die anderen, hier äußeren Enden der Winkelhebel schwenkbar an im wesentlichen vertikal angeordnete Zuganker angelenkt, die gegen das ortsfeste Widerlager für das Federsystem abgestützt sind, welches als Druckbalken ausgebildet ist. Dadurch ändern sich bei Vertikalbewegung der Stange und damit erfolgender Verschwenkung der Winkelhebel die Hebelarme zwischen äußerem Ende und gleitbarer Abstützung einerseits sowie gleitbarer Abstützung und innerem Ende andererseits, wodurch eine Änderung der Reaktionskraft des Federsystems weitgehend kompensiert wird. Erforderlich ist es dabei jedoch, die beidseits der Stange angeordneten Winkelhebel verhältnismäßig lang auszuführen, da der Stellweg der Federstütze direkt proportional abhängig von der Länge der Winkelhebel ist. Dies führt jedoch zu einer entsprechenden Baubreite der bekannten Federstütze, die in dieser Richtung praktisch das Nebeneinandersetzen mehrerer Druckfedern unumgänglich macht. Außerdem erlaubt die bekannte Konstruktion nur über einen verhältnismäßig kleinen Stellbereich der Stange eine annähernd konstante Stützkraft.

Durch die DT-PS 11 90 270 ist ferner eine Federstütze bekannt, bei der bei vertikaler Bauweise an eine Druckfeder eine Kette angelenkt ist, die über eine oberhalb der Feder drehbar angeordnete Kurvenscheibe umgelenkt und wieder nach unten zur Stange geführt ist. Diese Bauweise ist unsymmetrisch, was in der Breite einen gewissen Platzbedarf erfordert. Aber auch in vertikaler Richtung ist ein besonderer Platzbedarf

so unumgänglich, da in dieser Richtung ein beachtlicher Abstand zwischen Druckfeder und Kurvenscheibe gehalten werden muß, damit die Kette immer tangential auf die Kurvenscheibe laufen kann und nicht zusätzlich durch Querkräfle belastet wird. Außerdem bedingt diese bekannte Anordnung eine Belastung der Lagerung für die Kurvenscheibe durch eine dem doppelten Gewicht der zu tragenden Last entsprechende Kraft, es ist für die ständig um 180 Grad umgelenkte Kette eine sorgfältige Wartung erforderlich, und es ist auf der

Lastseite der Kette deren Spurversatz bei Änderung der Lage der zu tragenden Last unvermeidbar.

Schließlich ist durch das DT-Gbm 72 46 963 eine Federstütze mit waagerecht liegender Stützfeder und senkrechtem Lastangriff bekannt, bei der die Federkraft über mehrlagige Bänder auf eine Kurvenscheibe geht, auf deren Welle eine zweite Scheibe sitzt, an der die Last ebenfalls über mehrlagige Bänder aufgehängt ist. Hier führt die winkelartige Anordnung von Lastteil und

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Kraftteil zu einer ausladenden, unsymmetrischen Bauweise, die außerdem eine zusätzliche, den waagerechten Bauteil verlängernde Umlenkrolle für die Bänder zwischen Feder und Kurvenscheibe erfordert, damit die Kraftrichtung der Feder gleichbleibt. Ferner erfordern die mehrlagigen Bänder hinsichtlich Schmierung und Reinhaltung eine sorgfältige Wartung, damit alle Lagen der Bänder gleichmäßig tragen können. Schließlich ist die die Kurvenscheibe und die weitere Scheibe tragende Welle auf Torsion und Kippung belastet, so daß sie entsprechend stark ausgeführt und ausreichend gelagert sein muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Federstützen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die DT-AS 12 91581 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß sie in räumlich begrenzter Konstruktion bei symmetrischer Anordnung, auch bei eventuell angenäherter Konstanz der Stützkraft so abgeändert ist, daß sie grundsätzlich nur mit einer vertikal angeordneten Druckfeder auskommt und somit besonders klein und kompakt baut.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

In den Unteransprüchen 2 bis 13 sind weitere Gestaltungsmerkmale als vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der grundsätzlichen Aufgabenlösung beansprucht.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist erreicht, daß der Stellweg unabhängig von der Größe der Winkelhebel ist, diese also klein gestaltet werden können und damit bei symmetrischer Anordnung im Rahmen einer sehr kompakten Konstruktion Platz finden, deren Größe im wesentlichen durch die grundsätzlich erforderliche Feder bestimmt ist. Dies gilt auch für mit den anderen Enden der Winkelhebel gelenkig verbundene Schwenkhebel, da für die Schwenkhebel die Möglichkeit besteht, sie nebeneinander anzuordnen, so daß sie in funktionsgünstiger Weise ohne großen Platzbedarf doch hinreichend lang zur Ermöglichung eines großen Stellweges ausgeführt werden können. Dies gilt schließlich besonders für die Führung der anderen Enden der Winkelhebel in einer orts- bzw. gehäusefesten Nut, die die zusätzliche Möglichkeit einer von einer Kreisbahn abweichenden Führung gibt, so daß sich dort die Wirkung eines über den Stellweg stufenlos längenveränderlichen Schwenkhebels ergibt, der es bei äußerst geringem Platzbedarf erlaubt, die Stützkraft über den Stellweg absolut konstant zu halten.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Auf der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine axiale Schnittansicht einer ersten erfindungsgemäßen Federstütze,

F i g. 2 einen um 90 Grad gedrehten axialen Schnitt durch die Federstütze gemäß F i g. 1,

Fig.3 eine Ansicht gemäß der Schnittlinie III-III in Fig.1,

F i g. 4 eine Ansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in

Fig.5 die Arbeitsweise der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 in vereinfachter Darstellung,

F i g. 6 eine Abänderung der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 in teilweiser Darstellung,

Fig.7 eine weitere Abänderung der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 in teilweiser Darstellung,

F i g. 8 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federstütze und

F i g. 9 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federstütze.

Gemäß den F i g. 1 bis 4 weist die Federstütze ein Gehäuse 1 auf, in dem koaxial eine Druckfeder 2 über einen axial zur Änderung der Federvorspannung mittels Schrauben 3 einstellbaren Boden 4 abgestützt ist. Die Druckfeder 2 trägt einen Federteller 5, der auf ihr mittels eines Bundes 6 zentriert ist.

Auf dem Federteller 5 sind im wesentlichen miteinander fluchtend gleiche Winkelhebel 7 und 8 im Bereich ihres Winkels über Rollen 9 und 10 abgestützt, deren im wesentlichen radiale Enden gemeinsam schwenkbar mit einer Zugstange 11 verbunden sind, an die unten in nicht näher dargestellter Weise eine Last, beispielsweise ein Rohr, anhängbar ist. Die im wesentlichen axial gerichteten Enden Ta, Sa der Winkelhebel 7 und 8 sind drehbar mit Schwenkhebeln 12 und 13 verbunden, die ihrerseits bei 14 und 15 schwenkbar am Gehäuse 1 angelenkt sind.

Die gesamte Federstütze ist über ein Auge 16 des Gehäuses 1 ortsfest aufgehängt.

In F i g. 5 ist die Arbeitsweise der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 zur näheren Erläuterung durch vereinfachte Darstellung von Winkelhebel und Schwenkhebel einer Seite in drei unterschiedlichen Stellungen ersichtlich.

Dabei entspricht die mittlere Stellung der bereits mehrfach erwähnten neutralen Stellung, bei der der Schwenkhebel 12 waagerecht liegt. Hier greifen an der Rolle 9 des Winkelhebels 7 die halbe Federkraft 17, bei 18 über die nicht dargestellte Stange 11 die halbe Last 19 und bei 20 eine Reaktionskraft des Schwenkhebels 12 an, wobei letztere jedoch deshalb nicht dargestellt ist, weil sie keine vertikale Komponente hat, die hier aHein von Interesse wäre.

Bei der mittleren Position befinden sich die dargestellten, entgegengesetzt gerichteten Kräfte 17 und 19 im Gleichgewicht, da hier die Federstütze auf ihre Nennlast durch entsprechende Vorspannung der Druckfeder so eingestellt ist, daß die Druckfeder gerade die Last zu tragen vermag.

Findet nun durch eine vertikale Lageänderung der Last eine Verstellung der Federstütze nach unten statt, so wird der Schwenkarm 12 zusammen mit dem Winkelhebel 7 um den Winkel 21 nach unten gedreht, wobei gleichzeitig der Winkelhebel 7 eine Drehbewegung im Uhrzeigersinne ausführt, deren Verlauf dadurch bestimmt ist, daß der Punkt 20 auf der vom Schwenkhebel 12 beschriebenen Kreisbahn und der Punkt 18 auf der stets gleichbleibenden, vertikalen Bewegungsgeraden der Stange 11 wandern. Dementsprechend bewegt sich die Rolle 9 auf dem Federteller radial nach außen.

Die geschilderte Schwenkbewegung hat zunächst zur Folge, daß die Druckfeder verkürzt und damit gespannt wird, so daß die halbe von ihr ausgeübte Kraft 22 steigt. Gleichzeitig bekommt aber auch die vom Schwenkhebel 12 ausgeübte Reaktionskraft 23 eine vertikale Komponente 24, die der gestiegenen Federkraft 22 im Sinne der Last 19 entgegenwirkt. Dabei entspricht die Gegenkraft 24 dem Produkt aus Reaktionskraft 23 und dem Sinus des Schwenkwinkels 21. Hieraus ist ersichtlich, daß bei entsprechender Dimensionierung des Winkelhebels 7 und des Schwenkhebels 12 der Gegenkraft 24 über den zulässigen Stellbereich der Stange 11 jeweils eine solche Größe gegeben werden kann, daß sie die stellwegbedingte Änderung der Kraft der Druckfeder gerade kompensiert. Dies ist in Fig.5 auch aus der oberen

Schwenklage ersichtlich, bei der ausgehend von der neutralen Stellung die Federkraft 25 durch Entspannung der Feder fällt, jedoch durch die vertikale Kraftkomponente 26 der dann auftretenden Reaktionskraft 27 ergänzt wird.

Da die Größe der Kräfte 24 bzw. 26 im wesentlichen von der Größe des Schwenkwinkels 21 abhängt, steht fest, daß der Länge des Schwenkhebels 12 eine besondere Bedeutung zukommt, da davon, bezogen auf einen bestimmten Weg der Stange 11, die Größe des Schwenkwinkels 21 abhängt. Außerdem haben sich, bezogen auf die in Fig.5 in der Mitte dargestellte neutrale Stellung, als bedeutsam erwiesen das Verhältnis von Vorspannung der Druckfeder zu Länge des Schwenkhebels 12 und von vertikalem Abstand zwischen Schwenkhebel 12 und Punkt 18 zu horizontalem Abstand zwischen Punkt 18 und Rolle 9. Es hat sich gezeigt, daß bezüglich eines möglichst geringen Fehlers und/oder in konstruktiver Hinsicht besonders gute Werte dann erreichbar sind, wenn diese beiden Verhältnisse in der gleichen Größenordnung und im übrigen im Bereich von 1 liegen. Auch spielt eine bedeutsame Rolle der vertikale Abstand zwischen Rolle 9 und Punkt 20, da mit Zunahme dieses Abstandes der bei Auslenkung der Federstütze auftretende Fehler geringer wird.

F i g. 6 zeigt eine geänderte Bauweise der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 in nur teilweiser Darstellung. Die Änderung ergibt sich dadurch, daß die Winkelhebel 7 und 8 umgedreht und hinsichtlich ihres im wesentlichen waagerecht bzw. radial gerichteten Endes gelenkig mit einer Brücke 28 verbunden sind, an deren Mitte die nicht dargestellte Stange bei 29 schwenkbar angelenkt ist.

Die im wesentlichen vertikalen freien Enden der Winkelhebel 7 und 8 sind wieder drehbar mit Schwenkhebeln 31 und 32 verbunden, die ihrerseits nunmehr auf den den Winkelhebeln 7 und 8 benachbarten Seiten am Gehäuse 33 angelenkt sind.

Eine weitere Variante der Federstütze gemäß F i g. 1 bis 4 ist aus F i g. 7 ersichtlich. Danach sind die Winkelhebel 7 und 8 radial auseinandergerückt, und es sind ihre waagerechten freien Enden durch eine Brücke 34 verbunden, an deren Mitte wiederum die nicht dargestellte Stange schwenkbar angreift.

Die von den im wesentlichen vertikalen freien Enden der Winkelhebel 7 und 8 ausgehenden Schwenkhebel 35 und 36 laufen aufeinander zu und sind an einer vom Gehäuse der Federstütze in der Mitte gebildeten Wand 37 drehbar befestigt.

Die in den F i g. 1 bis 4, 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen zeigen unterschiedliche Möglichkeiten, denen es insbesondere darum geht, den Schwenkhebeln 12, 13 bzw. 31, 32 bzw. 35, 36 verschiedene Längen zu geben, je nachdem, welche Erfordernisse hinsichtlich der Kompensation der sich mit der Auslenkung der Federstütze ergebenden Kraftänderung der Druckfeder zu erfüllen sind. Nicht änderbar ist hier jedoch noch der Umstand, daß die Schwenkhebel lediglich Kreisbahnen zu beschreiben vermögen, so daß die in F i g. 5 mit den Bezugszeichen 24 und 26 versehenen Kompensationskräfte nur einer Sinusfunktion gehorchen können. Dies kann in einigen Fällen zu konstruktiven Schwierigkeiten führen, die sich auch daraus ergeben können, daß die Länge der Schwenkhebel nicht beliebig wählbar ist.

Eine Bauform, die solchen Schwierigkeiten in außerordentlich einfacher Weise begegnet, ist in F i g. 8 dargestellt.

Hiernach ist wiederum in einem Gehäuse 40 eine Druckfeder 41 angeordnet, die einen Federteller 42 trägt, auf dem sich in der bereits beschriebenen Weise Winkelhebel 43 und 44 abstützen, die in der Mitte gemeinsam schwenkbar mit einer Stange 45 verbunden sind.

Abweichend weisen die Winkelhebel jedoch mindestens einen seitlich vorstehenden Zapfen 46,47 auf, die je in einer Bahn 48,49 geführt sind, die von im Gehäuse befestigten Blechen 50, 51 gebildet werden. Zum leichteren Verständnis sind die Bahnen 48 und 49 als solche Kreisbahnen dargestellt, wie sie bei der Bewegung von den Schwenkhebeln 12, 13 gemäß F i g. 1 bis 4 beschrieben würden. Durch diesen Vergleich ist ersichtlich, daß die Bahnen 48 und 49 die gleiche Wirkungsweise wie die vorher beschriebenen Schwenkhebel haben.

Ihr Vorteil besteht jedoch darin, daß sie in weiten Grenzen hinsichtlich ihres Verlaufes frei gestaltet werden können, so daß sich den in F i g. 5 mit 24 und 26 bezeichneten Kompensationskräften über den zulässigen Stellbereich der Federstütze immer genau die Größe geben läßt, die erforderlich ist, um Konstanz zwischen Last und diese tragender Stützkraft herzustellen. Wählt man einen bildhaften Vergleich, so kann der Verlauf der Bahnen 48 und 49, bezogen auf die F i g. 1 bis 4, Schwenkhebeln entsprechen, die über den Stellbereich der Federstütze ihre Länge stufenlos ändern.

Schließlich zeigt F i g. 9 eine weitere Einflußmöglichkeit, die für sich oder zusätzlich zu den bisher beschriebenen Maßnahmen ergreifbar ist. Der Einfachheit halber geht die in F i g. 9 dargestellte Bauform im wesentlichen von der gemäß F i g. 8 ergänzend aus, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen die dortige Beschreibung einschließlich der Bezifferung der Teile gilt. Unterschiedlich ist lediglich, daß gemäß F i g. 9 die Bleche 50 und 51 gemäß F i g. 8 zusammengefaßt sind zu einem gemeinsamen Blech 57, das mit der oberen Abschlußwand des Gehäuses 40 verbunden ist. Diese Maßnahme führt dazu, daß die an den Bahnen 48 und 49 auftretenden Reaktionskräfte sich gegenseitig aufheben, ohne daß dadurch das Gehäuse 40 beansprucht wird.

Die zusätzliche Maßnahme besteht darin, daß der Federteller 52 auf seiner Oberseite mit den Rollen 53 und 54 der Winkelhebel 43 und 44 zusammenwirkende Kurvenbahnen 55 und 56 bildet, über die sich im wesentlichen die vertikale Längenänderung der Druckfeder 41 relativ zum vertikalen Weg der Stange 45 beeinflussen läßt. Bei dem in F i g. 9 dargestellten Beispiel sind die Kurvenbahnen 55 und 56 so ausgebildet, daß, bezogen auf die Beispiele gemäß F i g. 1 bis 8, der vertikale Federweg relativ verkleinert ist.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Federstül/.e für Rohre, Kessel oder dergleichen warmgehende Teile mit bei Vertikalbewegung der Last weitgehend gleichbleibender Stützkraft, bei der an eine die Last tragende Stange wenigstens zwei gleich ausgebildete und symmetrisch angeordnete Winkelhebel mit ihrem im wesentlichen radialen einen Ende schwenkbar angelenkt sind, über die die Last unter Zwischenschaltung eines Federtellers od. dgl. auf ein an einem ortsfesten Widerlager abgestütztes Federsystem in Form wenigstens einer zur Stange im wesentlichen parallel oder koaxial angeordneten Druckfeder abgestützt ist, wobei sich der Scheitel der Winkelhebel gleitbar, beispielsweise über eine von ihm drehbar getragene Rolle in Anlage am Federteller od. dgl. befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende(7a,8a,-46, 47) der Winkelhebel (7, 8; 43, 44) über eine ortsfeste, im wesentlichen vertikal verlaufende Bahn schwenkbar geführt ist.

2. Federstütze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (7a, 8a; 46, 47) der Winkelhebel (7, 8; 43, 44) sich bei der neutralen Stellung der Stütze im wesentlichen senkrecht über der RoIk (9,10) befindet.

3. Federstütze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (11, 45) an einer mit den radialen einen Enden der Winkelhebel (7,8) gelenkig verbundenen Brücke (28, 34) angreift.

4. Federstütze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (5, 30, 42, 52) od. dgl. radiale Einschiitzungen zum axialen Durchtritt der radialen Enden der Winkelhebel (7, 8; 43, 44) bzw. Brücke (28, 34)' aufweist.

5. Federstütze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Winkelhebel (7, 8) gelenkig mit ortsfest drehbar gelagerten Schwenkhebeln (12, 13; 31,32; 35,36) verbunden sind.

6. Federstütze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkhebel (12, 13; 31, 32; 35, 36) bei der neutralen Stellung der Federstütze waagerecht liegen.

7. Federstütze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkhebel (12, 13; 31, 32) neben dem ihnen zugeordneten Winkelhebel (7, 8) ortsfest drehbar gelagert sind.

8. Federstütze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkhebel (35, 36) im axial verlängerten Bewegungsbereich der Stange ortsfest drehbar gelagert sind.

9. Federstütze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkhebel (12, 13) auf der dem ihnen zugeordneten Winkelhebel (7, 8) in Richtung auf die Stange (11) gegenüberliegenden Seite ortsfest drehbar gelagert sind.

10. Federstütze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden der Winkelhebel (7, 8) über wenigstens einen seitlich vorstehenden Zapfen (46,47) od. dgl. gegebenenfalls vermittels einer Wälzlagerung in einer orts- bzw. gehäusefesten Nut (48,49) geführt sind.

11. Federstütze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (48, 49) in ihrem der neutralen Stellung der Federstütze entsprechenden Teil einen im wesentlichen in Axialrichtung gehenden Verlauf hat.

12. Federstütze nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (48, 49) von einem gemeinsamen Blech (57) od. dgl. gebildet sind.

13. Federstütze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhebel (43,44) im Bereich ihres Scheitels auf einer axial wirkenden und sich radial erstreckenden Kurvenbahn (55, 56) des Federtellers (52) od. dgl. abgestützt sind.