DE2805223A1

DE2805223A1 - Vorrichtung zur linearen umwandlung einer geradlinigen bewegung in eine kraft und umgekehrt

Info

Publication number: DE2805223A1
Application number: DE19782805223
Authority: DE
Inventors: Daniel Albert Bouton; Jean Edmond Martoglio; Jean-Pierre Maulat
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-02-08
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1978-08-10
Also published as: US4162064A; FR2379731B1; FR2379731A1; GB1567291A; DE2805223C2

Description

SÖCIETE;NATIONALE D'ETÜDE ET DE
CONSTRUCTION DE MOTEURS D¹AVIATION
(S.N.E.C.M.Ä.)
2 Boulevard Victor
F-75O15 Paris

Vorrichtung zur linearen Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Kraft und umgekehrt.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen/ welche die Umwandlung einer Bewegung in eine Kraft und umgekehrt ermöglichen.

Diese Umwandlung wird bei den bekannten Vorrichtungen durch eine Feder gewährleistet,, die im allgemeinen schraubenförmig ist und deren Steigung an den Enden fortschreitend abnimmt, welch letztere abgeschliffen sind, um ebene Abstützflächen zu erhalten.

Diese Art von Feder ergibt keine lineare Umwandlung einer Bewegung in eine Kraft. In der Tat läßt sich feststellen, wenn der Ausdruck für die Steifigkeit einer Schraubenfeder betrachtet wird: Rc = ■■■■ , wobei G das Schubmodul ist, d der Durchmesser des ⁿ Drahtes, D der mittlere Durchmesser der Feder und η die Zahl der Windungen, daß für diese Art von Feder, deren Windungsabstand an den Enden progressiv abnimmt und bei der sich die Zahl der Windungen nach Maßgabe der Zusammendrückung verändert, sich die Steifigkeit ver-

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ändert und einen Fehler bei der Umwandlung der Bewegung in Kraft zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist, diesen Fehler zu beseitigen, der im Rahmen bestimmter Anwendungsformen eine sehr große Bedeutung hat, indem eine Anzahl unveränderlicher Windungen sichergestellt wird, was eine konstante Steifigkeit und praktisch eine Linearität der Umwandlung bei einer geringstmöglichen Hysterese ergibt.

Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur linearen Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Kraft und umgekehrt gerichtet, die aus einer Schraubenfeder zusammengesetzt ist, welche an jedem ihrer Enden ein Organ zur Feststellung der Endwindungen aufweist, das durch eine schraubenförmige Nut gebildet wird, die in einem Endstück herausgearbeitet ist, welches die Abstütζfläche der Feder bildet.

Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich durch eine schraubenförmige Rampe mit einer zur Achse der Schraubenlinie senkrechten Erzeugenden, die die Nut verlängert, daß ein Teil der Wand der Nut die gleiche Erzeugende wie die Rampe hat, daß eine Nut quer zur Rampe in dieser letzteren an der Verbindungsstelle mit der Nut vorgesehen ist und daß die in die schraubenförmige Nut eingesetzten Windungen festgeklebt sind, während der Teil der Windungen, der sich lediglich gegen die schraubenförmige Rampe abstützt, dies nicht ist.

Gemäß einer bevorzugten Anordnung der Erfindung stellt die schraubenförmige Rampe einen Sektor von etwa 120° dar, und das Ende jeder Rampe bestimmt den Beginn der nutzbaren Windungen. Die Steigung der Nut und der schraubenförmigen

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Rampe werden vorteilhaft höher als die Steigung der freien Feder gewählt. Die Zahl der nutzbaren Windungen bleibt unabhängig von der Zusammendrückung der Feder konstant und hängt von der Stellung der Endstücke mit bezug aufeinander ab und wird vorzugsweise ganzzahlig gewählt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 die Anordnung einer in an sich bekannter Weise auf ein Endstück aufgeschraubten Feder;

Fig. 2 die Anordnung einer Feder, die auf ein Endstück aufgeschraubt ist, welches erfindungsgemäß eine schraubenförmige Rampe aufweist, deren Ende als • Abstützung für die Feder dient;

Fig. 3 die Kurve der durch die Anordnung nach Fig. 2 erhaltenen Linearität.

Bei einer herkömmlichen Befestigungsweise einer Schraubenfeder, wie in Fig. 1 dargestellt, sind die beiden letzten Windungen 11 und 12 jedes Endes der Feder 10 auf Endstücke 13 aufgeschraubt, die zu diesem Zweck vorgesehen sind und beispielsweise bei einem Hohlzylindsr herausgearbeitet worden sind. Die Endstücke besitzen einen Sockel 14, der die Abstützfläche der Feder bildet, welche Fläche eine Ebene senkrecht zur Achse der Feder bildet. Von dieser Basis ausgehend ist eine schraubenförmige Nut 15 aus dem zylindrischen Teil 16 des Endstücks herausgearbeitet, auf welche die Feder 10 aufgeschraubt wird. Die Nut jedes Endstücks endet mit einer ebenen Fläche 17, die sich in einer Ebene befindet, welche annähernd durch die Achse des Endstücks ver-

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läuft. Die Überschneidung der Nut mit der Ebene bildet unter anderem eine Kante 13, welche dem Beginn der nutzbaren Windungen entspricht.

Wenn die Windungen 11 und 12 nicht in der Nut 15, z.B. durch Verkleben, festgelegt werden, läßt sich feststellen, daß unter der Wirkung von Beanspruchungen die Windung in der Hut über etwa 120 ausgehend von der Kante 13 des Endstückes aus arbeitet, welche die Zahl der nutzbaren Windungen bestimmt. Dies läßt sich durch den Umstand erklären, daß unter der Wirkung des Druckes die Feder zusammengedrückt wird, was eine geringfügige Zunahme des Durchmessers der Windungen nach sich zieht. Infolge dieser geringen Bewegungen der Feder in der Wut wird der Ausgangspunkt der nutzbaren Windungen nicht mit Genauigkeit bestimmt, so daß das Merkmal der Linearität einer solchen Feder nicht mehr zufriedenstellend ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils kann man sich vorstellen, daß die Windungen der Feder in der Nut des Endstücks festgeklebt werden. Hierdurch ergeben sich hohe Torsionskräfte an der Stelle der Einbettung der Windung in der Nut. Diese Kräfte erzeugen eine Hysterese, die zu stark wird.

Aufgabe der Erfindung ist ferner zwischen diesen beiden Befestigungsarten einen Kompromiß zu finden, der sowohl vom Gesichtspunkt der Linearität als auch der Hysterese zufriedenstellend ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Feder 20 an jedem Ende an einem Endstück 21 angeordnet, das aus einem Hohlzylinder geformt ist, der parallele ebene Abstützflächen bildet. Die Endstücke sind mit einer schraubenförmigen Nut 22 versehen, welche durch eine schraubenförmige Rampe

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verlängert ist. Erfindungsgemäß wird die schraubenförmige Rampe durch eine geradlinige Erzeugende gebildet, die zur Achse der Schraubenlinie senkrecht ist, und durch einen Teil der Wand der Nut 22 mit der gleichen Erzeugenden. Die Rampe 23 erstreckt sich über einen Sektor von etwa 120° vom Ende der Nut 22 aus bis zur Kante 24, welche durch die Rampe und die ebene Fläche 25 gebildet wird, die sich in einer vertikalen Ebene befindet und annähernd durch die Achse des Endstücks verläuft. Diese Kante 24 bestimmt den Beginn der nützlichen Windungen.

Die in die schraubenförmige Nut 22 eingebetteten Windungen werden durch Verkleben festgehalten, während derjenige Teil der Windung, der sich gegen die schraubenförmige Rampe 23 abstützt, dies nicht ist.

Die Steigung der schraubenförmigen Nut 22 und der Rampe 23 ist vorzugsweise größer als der Windungsabstand der Feder 20, um einen guten Kontakt des freien Windungsteils am Ende der Rampe an der Kante 24 zu erhalten. In der Tat würde eine Steigung der schraubenförmigen Nut, die geringer als diejenige der Feder ist, (selbst in sehr geringem Maße wegen der Ausführungstoleranzen) zur Folge haben, daß sich der freie Windungsteil nicht vollständig in Kontakt mit der schraubenförmigen Rampe und noch weniger mit seinem Ende befindet. Dies würde eine Veränderung der Zahl der nutzbaren Windungen beim Zusammendrücken der Feder in dem Augenblick ergeben, in welchem sich der freie Windungsteil fortschreitend auf der Rampe 23 abstützen würde. Hierdurch würde man von neuem mit dem ursprünglichen Problem der Linearität konfrontiert. Die Steigung der,Nut darf jedoch nicht zu hoch gegenüber der der Feder sein, da dies das Lösen des Mittelteils der freien Windung zur Folge haben würde, was dazu beitragen kann, eine Abweichung von der parallelen Lage zwischen den

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beiden mit der Feder verklebten Endstücken herbeizuführen. Um eine Ungenauigkeit bei der Verklebung zu vermeiden, insbesondere durch ein Ansteigen infolge Kapillarwirkung des Klebstoffs während der Polymerisation, ist eine Nut 26 auer zur Rampe in der letzteren an der Verbindungsstelle mit dar !Tut vorgesehen, welche mit Präzision das Ende der Verklebung sicherstellt.

Ks wurde festgestellt, daß für eine erfindungsgemäße Feder, die mit zwei Endstücken von der in Fig. 2 dargestellten Art ausgerüstet ist, die Zahl der nutzbaren Windungen eine sehr große Bedeutung für die Linearität, jedoch nicht für die Hysterese hat. Es wurde in der Tat festgestellt, daß die Linearität zufriedenstellend ist, wenn die Zahl der nutzbaren Windungen eine ganze Zahl ist, d.h. wenn die an den Enden der Feder angebrachten Endstücke um 360 zueinander versetzt sind. Das Merkmal der Linearität verschlechtert sich dagegen, wenn die Endstücke zueinander um 360 versetzt werden und es ist am schlechtesten, wenn die Endstücke entgegengesetzt zueinander, d.h. um 130 zueinander versetzt v/erden.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Anordnung jedes Endstücks durch die Einstellung der Zahl der nutzbaren Windungen die Einstellung der Steifigkeit der Feder auf den gewünschten Wert ermöglicht. Infolgedessen kann, um der vorstehenden Bemerkung Rechnung zu tragen, wenn die Linearität auf dem Anwendungsgebiet sehr wichtig ist, die Regelung der Steifigkeit nur in einem engen Bereich erfolgen, der sich über eine Verstellung der Endstücke mit bezug aufeinander um mehr oder weniger als 45 erstreckt. Wenn dagegen die Linearität von geringerer Bedeutung ist, läßt sich die Steifigkeit der Feder in einem viel grösseren Bereich regeln, der für die Endstücke einer grösseren Verstellung mit bezug auf die optimale

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entspricht, welche durch die Verstellung un 360° bestimmt wird.

Fig. 3 zeigt eine Linearitätskurve 30, die mit einer Feder erhalten wird, Vielehe auf En-Jstacken von :1er in Fig» 2 dargasteUten Art angeordnet ist, im Vergleich zu der Linearitätskurve 31 einer herkömmlichen Feuer. Auf der Ordinate wird die Abweichung von der durch die Feder übertragenen Kraft aufgetragen, d.h. die Differenz zwischen der theoretischen Kraft und. der reellen Kraft, die in Abhängigkeit von der Zusammendrückung der Feder erhalten wird. Die Abweichung ist in Gramm angegeben und die Zusammendrückung in Millimeter. Die Kurve 30 einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform fällt im wesentlichen mit der Abszisseriachsei zusammen, während die Kurve 31 stärkere Abweichungen zeigt.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen finden ihre Anwendung in Regelsystemen überall, wo eine hohe Präzision erforderlich ist, und insbesondere bei Regelsystemen für Türbomaschinen, bei welchen die Eigenschaften der Linearität und Hysterese von hoher Bedeutung sind und ein bedeutsames Problem bilden.

Der Patentanwalt

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Claims

Ansprüche

l.J Vorrichtung zur linearen Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Kraft und umgekehrt, mit einer Schraubenfeder, die an jedem 'ihrer Enden mit einer Anordnung zum Feststellen der Endwindungen versehen ist, welche durch eine schraubenförmige Nut gebildet wird, die aus einem Endstück, herausgearbeitet ist und die Abstützfläche der Feder bildet, gekennzeichnet durch eine schraubenförmige Rampe (23) mit einer geradlinigen Erzeugenden senkrecht zur Achse der Schraubenlinie und in Verlängerung der Nut (22), wobei ein Teil der Wand der Nut die gleiche Erzeugende wie die Rampe hat, eine Nut (26) quer zur Rampe in der letzteren an der Verbindungsstelle mit der Wut vorgesehen ist, und die in der schraubenförmigen Nut eingebetteten Windungen festgeklebt sind, während der sich gegen die schraubenförmige Rampe abstützende Windungsteil dies nicht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß der nicht festgeklebte Teil der Windungen, die auf der schraubenförmigen Rampe (23) aufliegen, einen Sektor von etwa 120° darstellt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wut und der schraubenförmigen Rampe, die aus dem Endstück (13) herausgearbeitet sind, größer als die Steigung der freien Feder ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der nutzbaren Windungen eine ganze Zahl ist.
5. Regler für Turbomaschine, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur linearen Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Kraft und umgekehrt nach den Ansprüchen 1 bis 4.

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