DE3241373C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Federgelenke sind beispielsweise in der DE-PS 12 31 083, im TELDIX-Firmenprospekt 76.2/V8.76 GD (20), in der GB-PS 13 83 572 und in der DE-OS 23 44 325 beschrieben. Die dort gezeigten Federgelenke sind mit zwei Körpern verbunden, um eine Bewegung zwischen beiden, insbesondere eine Drehbewegung, zu ermöglichen. Die Herstellung und Montage ist relativ aufwendig, außerdem sind diese Gelenke mit Fehlern behaftet. Je nach Wirkrichtung der Kraft entstehen nämlich ungleiche elastische Verformungen, die sie für viele Einsatzzwecke, wie für ein Kreiselrahmenlager, aber auch für exakte Meßeinrichtungen, ungeeignet machen.

In der DE-AS 26 26 800 und in der geringfügig jüngeren DE-AS 26 53 427, die eine Weiterentwicklung der zuletzt genannten Auslegeschrift darstellt, sind Federgelenke gemäß Gattung des Anspruches 1 beschrieben, bei denen zwei Federgelenke einstückig mit den zugehörigen Körpern ausgebildet sind. Hierdurch konnten die Probleme der Herstellung, der Montage und insbesondere der Einhaltung einer exakten Justierung bei der Montage sowie die Aufrechterhaltung einer exakten Ausrichtung zueinander während der gesamten Lebensdauer weitgehend ausgeschaltet werden. Auch beim Gegenstand dieser Druckschriften konnte jedoch ein anderes Problem nicht beseitigt werden, nämlich die Vermeidung von Aniso-Elastizitäten bei Krafteinwirkungen auf das Federgelenk unter unterschiedlichen Winkeln. Bei den Federgelenken gemäß DE-AS 26 26 800 sowie 26 53 427 bewirkt nämlich eine Querkraft auf das Federgelenk eine räumliche Verschiebung der beiden Körper zueinander, eine Zugeinwirkung bewirkt eine Längung des Ganzen, ein Knick bewirkt eine Verkürzung des Ganzen, und zwar lange bevor der zulässige Belastungsgrenzwert erreicht ist. Je nach Winkel der Krafteinwirkung ergibt sich somit eine andere Auswirkung auf das Gelenk und damit auf die zwei miteinander verbundenen Körper. Dies ist für viele Einsatzzwecke, beispiels­ weise ein- oder mehrachsige Taster für Meßgeräte, oder eine Integration von Bauelementelagern mit anderen Funktions­ elementen, nicht tragbar.

Ein derartiges Gelenk hat darüber hinaus weitere Aufgaben zu erfüllen, nämlich eine möglichst leichte Drehbarkeit, jedoch verbunden mit einer möglichst großen Stabilität, d. h. eine möglichst hohe kräftemäßige Belastbarkeit, hinweg über eine große Lebensdauer. Dies sind technisch nur sehr schwer realisierbare gegensätzliche Forderungen.

Beim Federgelenk gemäß US-PS 33 60 255 sind zwei im wesentlichen gleiche Körper vorgesehen, welche aus einer kreisförmigen Grundplatte und einem einstückig damit ausgebildeten Zylinder­ abschnitt bestehen. Die beiden Teile sind so zueinander ange­ ordnet, daß jeweils eine Zylinderplatte über der freien Kante des Zylinderabschnittes in einem Abstand angeordnet ist, wobei die beiden teilzylindrischen Körper koaxial angeordnet sind. In dieser Lage sind die beiden Körper durch sich nicht durchdringende Rundstäbe festgehalten, welche sich diagonal in Achsnähe berühren. Zusätzlich zu dieser Befestigung ist eine ebenfalls stabförmige Verbindung der beiden zylindrischen Körper bzw. deren Bodenplatten vorgesehen. Der Sinn dieser Anordnung besteht darin, eine universell flexible Einheit zu erhalten, die an Meßinstrumente für Dehnungs- oder Kompressionsmessungen ange­ paßt werden kann, wobei in einer Ebene senkrecht zur zu messenden Kraft Bewegungen in alle Richtungen möglich sein sollen. Die Herstellung dieser universell flexiblen Einheit erfordert mehrere unterschiedliche Teile, im allgemeinen auch aus unterschiedlichen Materialien. Herstellung und Montage sind verhältnismäßig umständlich, es treten Toleranzprobleme auf, die keine exakt symmetrische Kraftverteilung zulassen. Im Laufe längerer Benutzungszeit können sich unter Umständen auch Verbindungen lockern.

Die US-PS 30 63 670 beschreibt in Modulweise hergestellte, im wesentlichen würfelartig aufgebaute flexible Träger mit zwei im wesentlichen starren L-förmigen Trägern, von denen zwei seitliche Schenkel jeweils durch ein federndes, einstückig mit den zwei Körpern ausgebildetes Brückenglied verbunden sind, wobei in der Mitte ein flaches zusätzliches Verbindungsstück zwischen den beiden Körpern vorgesehen ist. Diese Teile sollen insbesondere einer vereinfachten Verbindung von zwei Teilen dienen, auf eine exakte axiale Ausrichtung kommt es nicht an.

In der DE-OS 23 44 325 ist ein auf Biegung beanspruchter Zapfen beschrieben, dessen Hauptteil aus einem Kreiszylinder besteht, dessen Innenumfang mehrere gegenüberliegende Längsschlitze zum Aufnehmen von flachen, ineinander geschachtelten Federn auf­ weist.

In der US-PS 27 35 731 ist ein aus drei sich in der Mitte kreuzenden Federn bestehendes Federgelenk beschrieben. Die drei Federn sind symmetrisch in gleichen Abständen an einem Ringteil angeordnet und kreuzen sich in der Drehachse. Die anderen Enden dieser Federn sind mit einer schwingenden Scheibe innerhalb der Basisplatte über nach oben ragende Abschnitte verbunden. Das dort beschriebene Federelement ist nicht einstückig ausgebildet und hat daher die weiter oben geschilderten Nachteile. Insbeson­ dere kann es die Probleme nicht beseitigen, die aufgrund von unterschiedlichen Elastizitäten bei Krafteinwirkung aus verschie­ denen Richtungen entstehen, die Bedingungen einer Gleichbelast­ barkeit sind nicht erfüllt. Das dort gezeigte Federgelenk erfüllt nicht die Bedingungen einer Punktsymmetrie zum Mittelpunkt der Durchdringungsstrecke der drei Federn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2 so auszubilden, daß bei Krafteinwirkung aus beliebigen Richtungen Aniso-Elastizitäten vermieden werden und bei einfacher Herstellung eine leichte Drehbarkeit bei hoher axialer Steifheit und hoher Stabilität gegenüber Krafteinwirkungen erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 oder 2 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip, insbesondere die punktsymmetrische Gesamtanordnung zum Mittelpunkt der Durch­ dringungsstrecke der Federn, ermöglicht ein optimales Verhältnis zwischen hoher Tragfähigkeit und niedriger Drehfederkonstanten. Es wird eine Gleichbelastbarkeit erreicht, was so viel bedeutet, daß die Wirkrichtung der Kraft auf das Federgelenk beliebig sein kann, ohne daß ungleiche elastische Verformungen zustandekom­ men. Bei der Anwendung kann beispielsweise der erste Körper mit einem Gelenkrahmen und der zweite Körper mit dem zu lagernden Teil verbunden sein. Beim Kreisel kann beispielsweise eine Welle, ein Gelenk und der Kreiselrotor bzw. der Rotorflansch zu einem Stück integriert werden, oder der erste Rahmen, das Gelenk und der zweite Rahmen, oder der zweite Rahmen, das Gelenk und das Gehäuse.

Die Erfindung ermöglicht dabei eine hohe Axial- und Knickstabi­ lität bei niedriger Drehfederkonstanten.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Endstücke der Federn in entgegengesetzter Richtung, vorzugsweise rechtwinklig, abgewin­ kelt. Die Federn durchdringen sich in der gemeinsamen Drehachse.

Die Federn können als gerade Blattfedern ausgebildet sein, die sich in der gemeinsamen Achse des Federgelenkes kreuzen und durchdringen, wobei die Endstücke wechselweise am Innenumfang des ersten beziehungsweise des zweiten Körpers vorgesehen sind.

Die Körper, insbesondere die Form der Körper, kann den Einsatzbedingungen individuell angepaßt werden. Beispielsweise kann der Körper selbst als Rahmen, wie einem Kreiselrahmen, ausgebildet werden, während der andere Körper als das zu lagernde Bauteil ausgebildet werden kann.

Die Federquerschnitte und der Lastort können so gewählt und angeordnet werden, daß eine vollkommene Gleichbelastung ent­ steht, daß insbesondere eine Knickung innerhalb des Federge­ lenkes vermieden wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer und perspektivischer Darstellung ein Federgelenk mit zwei Körpern und dazwischen angeordneten drei Federn mit rechtwinklig abgewinkelten Endstücken,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, perspektivischer Darstellung mit geraden Federn, die im Inneren der beiden axial hintereinanderliegenden Körpern angeordnet sind,

Fig. 3 ein dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel, wobei jedoch nur eine einzige Feder darge­ stellt ist,

Fig. 4 eine Hintereinander-Anordnung von mehreren Federge­ lenken gemäß Fig. 3 mit je einer gemeinsamen Verbindungsbrü­ cke.

In der Zeichnung sind identische Bauteile mit gleichen Bezugszei­ chen versehen. In Fig. 1 sind zwischen einem ersten Körper 1 und einem zweiten Körper 2 drei sich in der gemeinsamen Achse von Körpern und Federn in einer Strecke 9 durchdringende Federn 3, 10, 11 vorgesehen, die mit ihren im rechten Winkel entgegengesetzt abgewinkelten Endstücken 4, 5, 6 mit dem ersten Körper 1, sowie über die entgegengesetzt ausgerichteten Endstücke 7, 8, 12 mit dem zweiten Körper 2 verbunden sind. Die Federn sind einschließlich der schmäleren Endstücke als Blattfedern sowie einstückig mit den Körpern 1 und 2 ausgebildet, die Verbindungs­ stelle liegt jeweils an den Innenkanten der kreiszylindrischen, rahmenar­ tigen Körper 1 und 2.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Federn im Inneren des ersten Körpers 13 sowie des zweiten Körpers 14 ausgebildet sind und im wesentlichen die Breite dieser beiden Körper einnehmen.Auch hier durchdringen sich die Körper in einer gemeinsamen Achse 26. Die Gesamt­ anordnung ist punktsymmetrisch zum Mittelpunkt der Durch­ dringungsstrecke der Federn ausgebildet. Es ergeben sich Winkel von 120 Grad zwischen den einzelnen Federn beziehungsweise von 60 Grad zwischen benachbarten Schenkeln der Federn. Nebeneinan­ derliegende Endstücke sind abwechselnd mit dem Innenumfang der kreiszylindrischen Körper 13 beziehungsweise 14 verbunden. So sind die Endstücke 15, 16, 17 mit dem ersten Körper 13, die Endstücke 18, 19, 20 mit dem zweiten Körper verbunden.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles, wobei ein erster Körper 21 und ein zweiter Körper 22 vorgesehen sind, die über eine einzige Feder 23 mit im rechten Winkel abgewinkelten und entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Endstücken 24 und 25 verbunden sind, wobei die Verbindungsstelle auch hier an den diagonal gegenüber­ liegenden Innenkanten der kreiszylindrischen, rahmenartigen Körper 21 und 22 liegt.

In Fig. 4 sind schematisch drei Federgelenke gemäß Fig. 3 mit ersten Körpern 21, 21′, 21′′ und zweiten Körpern 22, 22′, 22′′ dargestellt, die hintereinander angeordnet und jeweils um 120 Grad gegeneinander versetzt angeordnet sind. Erst diese kombi­ nierte Anordnung erfüllt die geforderten Bedingungen, wie Gleichbelastbarkeit und Isoelastizität, nicht jedoch die in Fig. 3 gezeigte Einzelanordnung.

Im Bereich der Verbindung der Endstücke 25, 25′, 25′′ mit den ersten Körpern 21, 21′, 21′′ ist am Umfang der ersten Körper eine Verbindung mit einer gemeinsamen Verbindungsbrücke 17 vorgesehen, während im Bereich der Verbindung der zweiten Endstücke 24, 24′, 24′′ mit dem zweiten Körper 22, 22′, 22′′ am Außenumfang der zweiten Körper Verbindungen mit einer zweiten Verbindungsbrücke 18 vorgesehen sind. Während die eine Verbin­ dungsbrücke 17 mit dem Gestell verbunden werden kann, kann die andere Verbindungsbrücke 18 mit dem zu lagernden Bauteil verbunden werden.

Claims (7)

1. Federgelenk für ein Kreiselrahmenlager, zur Verbindung von zwei achsgleich angeordneten Körpern über einstückig mit den Körpern ausgebildete Federn, welche die gemeinsame Drehachse der beiden Körper schneiden, wobei je ein Endstück jeder Feder mit je einem der beiden ringförmigen Körper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß drei Federn (3-8; 10-12) vorgesehen sind, die sich durchdringen,
• b) daß die Gesamtanordnung punktsymmetrisch zum Mittel­ punkt der Durchdringungsstrecke ausgebildet ist,
• c) daß die Federn in Winkeln von 120° zur Drehachse (9; 26) angeordnet sind.

2. Federgelenk für ein Kreiselrahmenlager, zur Verbindung von zwei achsgleich angeordneten Körpern über einstückig mit den Körpern ausgebildete Federn, welche die gemeinsame Drehachse der beiden Körper schneiden, wobei je ein Endstück jeder Feder mit je einem der beiden ringförmigen Körper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die beiden Körper jeweils aus drei in Achsrichtung mit Abstand hintereinander liegenden und mit jeweils einer Verbindungsbrücke (17; 18) verbundenen Ringen (21, 21′, 21′′; 22, 22′, 22′′) bestehen,
• b) in der Gesamtanordnung die Ringe beider Körper abwech­ selnd aufeinander folgend angeordnet sind,
• c) jeweils ein Ring (21, 21′, 21′′) des einen Körpers mit dem entsprechenden Ring (22, 22′, 22′′) des anderen Körpers durch eine einzige punktsymmetrisch zum Mittelpunkt ihrer Durchdringungsstrecke mit der Drehachse ausgebildete Feder (23, 23′, 23′′) verbunden ist,
• d) die drei Federn (23, 23′, 23′′) in Achsrichtung gesehen zueinander im Winkel von 120° versetzt sind.

3. Federgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse die Federlänge beziehungsweise die Verbindungen zu den beiden Körpern (1, 2) im Verhältnis 1 : 1 teilt.

4. Federgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (1, 21) und der zweite Körper (2, 22) Kreiszylinder sind, daß die Federn (3-8; 10-12; 23-25) Blattfedern mit abgewinkelten Endstücken (4, 5, 6; 7, 8, 12; 24, 25) und achsparallelen Flächen des Hauptkörpers sind, und daß die Endstücke rechtwinklig zum Hauptkörper der Federn ausgerichtet und mit den Innenkanten der Körper verbunden sind.

5. Federgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (15-20) als gerade Blattfedern ausgebildet und mit ihren Endstücken (15, 16, 17; 18, 19, 20) wechselweise mit dem Innenumfang des ersten (13) beziehungsweise zweiten Körpers (14) verbunden sind.

6. Federgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper den Einsatzbedingungen individuell angepaßt sind, insbesondere, daß die Körper selbst den Rahmen oder das zu lagernde Bauteil bilden können.

7. Federgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federquerschnitte so gewählt sind und der Lastort so, vorzugsweise symmetrisch, angeordnet ist, daß eine vollkommene Gleichbelastung entsteht, insbesondere eine Knickung innerhalb des Federgelenkes vermieden wird.