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Flaches Federwerk zum statischen Ausgleich von vorzugsweise flach
angeordneten Massen Die Erfindung bezieht sich auf ein flaches Federwerk zum statischen
Ausgleich von vorzugsweise flach angeordneten Massen in verschiedenen Stellungen,
das aus drei und mehr gleichen und in gleichen Abständen zueinander liegenden Wendelfedern
zwischen Verbindungsbalken besteht, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die die
Wendelfedern verbindenden Balken als Waagebalken so angeordnet sind, daß sich die
Verlängerungen der Federn summieren.
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Bekannt ist bereits ein flaches Federwerk im Sinne der Erfindung,
bei dem jedoch keine mechanischen, sondern natürliche Federn in Form einer einzigen
Gummischnur vorgesehen sind. Eine Gummischnur kann nun mechanischen Ansprüchen nicht
im entferntesten so standhalten wie eine Wendelfeder, die bei dem System nach der
Erfindung Verwendung findet. Hinzu kommt, daß bei der Erfindung mehrere (mindestens
drei) selbständige mechanische Federn benutzt werden, man also im Unterschied zu
der bekannten Anordnung, bei der nur eine einzige natürliche Feder vorgesehen ist,
nicht auf eine bestimmte Federlänge angewiesen ist.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht. Fi:g. i zeigt schematisch die Ausführung eines flachen Federwerkes
nach der Erfindung unter Verwendung von vier einzelnen Wendelfedern. Fg. a und 3
veranschaulichen. schematisch zwei andere Ausführungsformen mit drei bzw. vier einzelnen
Wendelfedern.
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Fig. q. zeigt die konstruktive Durchbildung eines flachen Federwerkes
nach der Erfindung mit drei einzelnen Wendelfedern.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i sind zwei Waagebalken L, L'
vorhanden, die bei F bzw. F' gelagert sind. Die Kraft E greift an den Punkt A an,
der mit dem Punkt c zusammenfällt, an dem die eine (äußere) Wendelfeder R befestigt
ist. Die Wendelfedern R, R', R" und R"' verbinden die Punkte c, g, F, d des einen
Waagebalkens L' mit den Punkten e, h, i, f des anderen Waagebalkens L.
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Setzt man in diesem System iF'-F'h-a, dann muß, wenn das System wirksam
sein soll, fF'-eF'-3a,dF-gF-za,cF-4a sein.
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Wenn man die beiden Hebel L, L' in der gezeichneten Stellung
als parallel zueinander voraussetzt und wenn man im Punkt A eine Kraft E ausübt,
dann überträgt sich diese Kraft infolge der vorhergehend gegebenen Gleichungen vollkommen
auf die vier Federn R, R', R", R"'.
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Hieraus folgt, daß die Feder R" (von dem festen Punkt F, an dem sie
befestigt ist, ausgehend) sich unter dem Einfluß der Kraft E um i, i - M
verlängert und, da i F' - h F'
ist, ist i, i-hh -M.
Die
Feder R' hat sich ebenfalls um den Betrag 11V1 verlängert; da aber ihr Befestigungspunkt
1a auf dem Hebel L bereits um eine Länge M - verschoben" ist, wird ihr anderes
Ende g um z 1W verschoben.
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Die.beiden Dreieckehh'F' und gg'F sind ähnlich, da sie drei proportionale
Seiten haben; hieraus folgt, daß die W inkel g F g' und hF'li gleich sind.
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Y F' ist also parallel zu g'F, weil h F' parallel
zu gF ist.
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Setzt man diese Beweisführung fort, dann kann man beweisen, daß
d d' - 2 M,
f f'-ee'-31@1, cc'-4M ist.
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Dies zeigt, daß alle Dreiecke, deren Spitzen in F: und F' liegen,
einander ähnlich sind und daß infolgedessen deren Winkel in F und F' sämtlich gleich
sind, so daß man sagen kann, daß die Hebel Y i' und e' f' ebenso wie die
Hebel g' d' und c' F gleiche Richtung haben, wenn die Hebel h i und
e f, - g d und c F die gleiche Anfangsrichtung haben.
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Der Einfluß der Kraft E auf das ganze System hat also, obgleich jede
-der Federn sich um den gleichen Betrag NI verlängert hat, eine Verschiebung des
Punktes, auf den die Kraft ausgeübt wird, d. h. des Punktes c, der von c nach c'
gelangt ist, um eine Länge ermöglicht, die gleich q.111, d. h. gleich der vierfachen
Verlängerung einer jeden- der Federn ist.
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Hieraus ergibt sich, daß bei diesem System die elastischen Glieder
unter dem Einfluß der Kraft eine Gegenwirkung in der gleichen Weise ergeben haben,-
als wenn sie hintereinander, d. h. in Reihe angeordnet wären, und daß, ob;#v ohl
die Verlängerung eines jeden der Einzelglieder gering gewesen ist und infolgedessen
keine Beschädigung der Einzelglieder verursachen kann, eine verhältnismäßig große
Verschiebung des Ganzen erzielt worden ist, die es ermöglicht, den Verschiebungen
einer beliebigen Masse und. beispielsweise einer Tragplatte, die durch das System
in allen Stellungen ausgeglichen wird,- ohne übertriebene Übersetzungseinrichtungen
zu folgen.
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Die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung dienende Fig.
i stellt ein System mit vier Federn dar;. diese Zahl ist indessen nur beispielsweise
gewählt worden, und die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch Systeme gemäß der Erfindung,
bei denen die Zahl der Federn drei bzw. vier beträgt. Die Zahl der Federn kann natürlich
-auch höher als vier sein.
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Irr dem Falle der Fig. 2 wird der auf die Feder R ausgeübte Zug durch
den Hebel L auf die Feder R" und durch den Hebel L' auf die Feder R' übertragen,
deren unteres Ende an dem festen Drehpunkt F' des Hebels L befestigt ist. In diesem
Falle ist die Verschiebung des Angriffspunktes der Kraft E gleich der dreifachen
Verlängerung einer jeden der Federn.
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Bei dem System mit vier Federn gemäß Fig. 3 wird die auf die Feder
R ausgeübte Kraft E durch den um den Punkt F' schwingenden Hebel L auf die Feder
R"' übertragen, der die Kraft durch den um den Punkt F schwingenden Hebel L' auf
die Feder R' überträgt. Diese überträgt die Kraft durch den um F' schwingenden Hebel
L auf die Feder R". Die Kraft wird also gleichmäßig auf die vier Federn übertragen,
und zwar infolge der Gleichheit der Hebelarme hF' und i F', e F' und
f F', g F und d F, und der Angriffspunkt der Kraft E wird sich in
diesem letztgenannten Falle um eine Länge gleich der vierfachen Verlängerung jeder
der vier Federn verschieben. Für diese ist natürlich vorausgesetzt, daß sie gleiche
Eigenschaften haben, wobei: die Drehpunkte F und F' in der Mitte der entsprechenden
Hebel L' und L
liegen.
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Die Fig. q. bezieht sich auf ein Anwendungsbeispiel der Erfindung,
bei dem die .schematische Einrichtung nach Fig. 2 mit einem oberen Hebel L wiedergegeben
ist, der bis zum Angriffspunkt der Kraft verlängert ist. Diese Ausführungsart wird
für die Ausbalanciereinrichtung .einer Tragplatte benutzt, deren Bewegungsteile
nicht vollständig dargestellt sind, von denen aber der Hebel 1, auf dem die Tragplatte
ruht, fest mit einem Daumen 2 drehbar verbunden ist, der durch ein biegsames und
undehnbares Glied 3 mit der Feder R in Verbindung steht. Die Wirkung des Daumens
besteht darin, den Hebelarm, dem der Widerstand der Federn entgegenwirkt, proportional
zu den Änderungen des Kräftepaares zu ändern, das von dem Gewicht der Tragplatte
herrührt; unter Berücksichtigung des Umstandes, daß dieses Kräftepaar sich nach
einer Sinus-Funktion, der Widerstand der Federn dagegen sich nach einer linearen
Funktion ändert.
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Die beschriebene Einrichtung ermöglicht insbesondere die Weglassung
jeglicher Untersetzungsorgane zwischen dem Daumen und dem Angriffspunkt der Zugkraft
an dem elastischen System.
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Die auf der Zeichnung schematisch ganz ' oder teilweise dargestellten
und vorstehend beschriebenen Ausführungsarten sind nur als Anwendungsbeispiele gegeben.
Die Zahl der elastischen Einzelglieder des Systems und die zwischen dem elastischen
System und der auszubalancierenden Masse eingeschalteten Verbindungsglieder können
dabei geändert werden, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.