DE3241373C2 - - Google Patents
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- DE3241373C2 DE3241373C2 DE3241373A DE3241373A DE3241373C2 DE 3241373 C2 DE3241373 C2 DE 3241373C2 DE 3241373 A DE3241373 A DE 3241373A DE 3241373 A DE3241373 A DE 3241373A DE 3241373 C2 DE3241373 C2 DE 3241373C2
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- G01D11/02—Bearings or suspensions for moving parts
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- F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
- F16C11/04—Pivotal connections
- F16C11/12—Pivotal connections incorporating flexible connections, e.g. leaf springs
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- G—PHYSICS
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- G01C19/02—Rotary gyroscopes
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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.
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DE19823241373 DE3241373A1 (de) | 1982-11-09 | 1982-11-09 | Federgelenk |
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Country Status (1)
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