DE810679C

DE810679C - Spring mechanism with steel band spring

Info

Publication number: DE810679C
Application number: DEP41395D
Authority: DE
Inventors: Artur Geyer
Original assignee: ARTUR GEYER KEMPTEN (ALLGAEU)
Current assignee: ARTUR GEYER KEMPTEN (ALLGAEU)
Priority date: 1949-05-03
Filing date: 1949-05-03
Publication date: 1952-12-11

Description

Federwerk mit Stahlbandfeder Die Kraftentwicklung eines Federwerkes mit Stahlbandfeder beruht in der Regel darauf, daß (las am einen Ende festgelegte Federband aus seiner gestreckten Lage abgebogen wird und hierbei das Bestreben entwickelt, in die Ausgangslage -zurückzukehren. Triebwerke mit Spiralfedern verwenden gewöhnlich Federn, die schon in der entspannten Stellung Spiralform haben und beim Aufziehen um einen Kern auf einen kleineren Radius aufgewickelt werden. Bei einem gegebenen Querschnitt und gegebenen Federmaterial ist die für die Längsbiegung bzw. zum Aufwickeln aufzuwendende und dementsprechend auch die abzugebende Kraft der Feder vom Grad der Durchbiegung und der Durchbiegungslänge der Feder abhängig. Beim Aufziehen summieren sich die aufzuwendenden Kräfte proportional mit der Umdrehungszahl. Umgekehrt ist beim Ablauf des Triebwerkes die Kraft am Anfang am größten und nimmt mit dem Ablauf ebenso proportional bis zur völligen Entspannung ab. Die Drehmomentsab und damit die Drehzahl sind also ablaufabhängig.Spring mechanism with steel band spring The force development of a spring mechanism with a steel band spring is usually based on the fact that (read at one end specified The spring band is bent out of its stretched position and this develops the endeavor, to return to the starting position. Thrusters with coil springs are commonly used Feathers that have a spiral shape already in the relaxed position and when wound up wound around a core to a smaller radius. Given a The cross-section and the given spring material is that for the longitudinal bending or for winding to be expended and, accordingly, the force of the spring to be emitted from the degree depending on the deflection and the deflection length of the spring. Sum as you wind it up the forces to be applied are proportional to the number of revolutions. It is the other way around When the engine runs down, the force is greatest at the beginning and decreases with the process also proportionally to complete relaxation. The torque from and thus the speed is therefore dependent on the process.

Aus diesem Grund werden die bekannten Federtriebwerke .meist so dimensioniert, daß das Drehmoment für die zu bewältigende Arbeit bei fast völliger Entspannung der Feder gerade noch ausreicht.. Infolgedessen zeigt ein einfaches FedertriebA,erk den Nachteil, daß es die angetriebene Vorrichtung gegen Ende langsamer als am Anfang laufen: läßt.For this reason, the well-known spring drives are usually dimensioned in such a way that that the torque for the work to be done with almost complete relaxation the spring is just enough. As a result, a simple spring driveA, Erk the disadvantage that the driven device is slower towards the end than at the beginning run: lets.

Will man dies verhindern, so muß bei gespannter oder aufgezogener Feder der Kraftüberschuß vernichtet werden, wozu z. B. Fliehkraftbremsen oder. Luftflügelbremsen dienen, deren Drehzahl jedoch im Verhältnis zum Federwerksablauf hoch liegt. Dadurch wird eine entsprechende Übersetzung für eben Drehzahlregler erforderlich. Die Antriebsenergie für eine solche Regeleinrichtung muß außerdem vom Federwerk selbst geliefert werden und; vermindert dlamit die abgebbare gespeicherte Energie der Feder. Sie vergrößert außerdem Volumen und Gewicht der Vorrichtung und bedingt einen erhöhten Verschleiß der Einzelteile und zusätzliche Geräusche. Auch müssen die Einzelteile, wie Lager, Lagerbolzen, Zahnräder usw., dem höchsten Federdruck entsprechend stärker dimensioniert werden.If you want to prevent this, you have to be tense or drawn up Spring of the excess force are destroyed, including z. B. centrifugal brakes or. Air brakes are used, but their speed is in relation to the spring mechanism is high. This creates a corresponding translation for the speed controller necessary. The drive energy for such a control device must also are supplied by the spring mechanism itself and; dlamit reduces the transferable stored Energy of the spring. It also increases the volume and weight of the device and causes increased wear of the individual parts and additional noises. Even the individual parts, such as bearings, bearing bolts, gears, etc., must have the highest spring pressure be dimensioned accordingly larger.

Ein anderer bekannter Weg zur Gewinnung von Federtriebwerken mit gleichmäßiger Drehmomentabgabe besteht in der Verwendung mehrerer Spiralfedern, die nacheinander beim Nachlassen des Drehmoments der einzelnen Feder in Wirkung treten.Another known way of obtaining spring drives with uniform Torque delivery consists in the use of several coil springs, one after the other come into effect when the torque of the individual spring is released.

Diese verschiedenen Wege sind sehr umständlich und stellen vor allem keine Lösung in solchen Fällen, dar, wo Federlaufwerke benötigt werden, welche bei geringem Federvolumen und Gewicht eine große Leistung haben und bei relativ langer Laufzeit ein gleichmäßiges Drehmoment abgeben können. Dies gilt beispielsweise für Triebwerke für Kinokameras, Plattenspieler, Schreibmaschinenwagen, Spielzeuge, Uhren usw.These different paths are very cumbersome and, above all, pose no solution in such cases, where spring drives are needed, which at low spring volume and weight have great performance and relatively long Running time can deliver an even torque. This applies to, for example Engines for cinema cameras, record players, typewriter trolleys, toys, clocks etc.

Die Erfindung schlägt einen sehr einfachen Weg für die Gewinnung von Federwerken mit während der ganzen Wirkungsdauer gleichbleibendem Kraftmoment vor, und zwar wird) gemäß der Erfindung das Federwerk mit einem Stahlband von gewölbtem Querschnitt ausgerüstet. Bei diem gewölbten Federbandstahl treten zwei Elastizitätskomponenten auf. Die erste ist die bisher bei Federwerken ausgenutzte Biegungskraft in der Längsrichtung des Bandstahbs, während die zweite Biegung in der Querrichtung erfolgt und sich in der Längsrichtung auswirkt. Es lassen sich daher bei gleichem Federgewicht beträchtlich größere Kräfte als bei einer Feder von ebenem Querschnitt speichern. Bei einer Spiralfeder z. B. wirkt beim Auf- und Abwicklungsvorgang die reine Längsbiegung auf einer längeren Teilstrecke der Federlänge. Die Querwölbung gibt dem Federband eine zusätzliche Längssteifheit, jedoch mit dem Unterschied, daß die Querelastizität bei der Längsdurchbiegung nur oberhalb eines bestimmten Biegungsradius als zusätzliche Kraft in der Längsrichtung wirkt. Unterschreitet man diesen Biegungsradius, so kommt nur noch die bei üblichen Spiralfedern ausgenutzte Längsbiegung zur Wirkung.The invention proposes a very simple way of obtaining Spring mechanisms with constant moment of force during the entire duration of action, namely) according to the invention, the spring mechanism with a steel band of arched Cross-section equipped. There are two elasticity components in the curved spring steel strip on. The first is the bending force in the longitudinal direction that has so far been used in spring mechanisms of the ribbon while the second bend occurs in the transverse direction and becomes affects in the longitudinal direction. It can therefore be considerable with the same feather weight Store greater forces than a spring with a flat cross-section. With a spiral spring z. B. acts in the winding and unwinding process, the pure longitudinal bend on a longer one Part of the length of the spring. The transverse curvature gives the spring hinge an additional one Longitudinal stiffness, but with the difference that the transverse elasticity in the longitudinal deflection only above a certain bending radius as an additional force in the longitudinal direction works. If you go below this bending radius, only the usual ones come Spiral springs exploited longitudinal bend to the effect.

Die gesamte abgebbare Kraft einer quer gewölbten Feder setzt sich also aus dem Anteil der Querelastizität und degn der Längselastizität zusammen. Wenn der Anteil der Längselastizität klein gegenüber dem Anteil der Querelastizität ist, so wird eine auf die ganze Ablauflänge fast konstante Drehmomentabgabe erreicht. Erscheint im einzelnen Fall die so erreichte Nivellierung des Drehmoments noch nicht ausreichend, so kann eine Feder verwendet werden, bei der der Radius der Querwölbung über die Länge des, Federbandes sich progressiv ändert. Durch die entsprechende Wähl -der Progression lassen sich auch andere Formen der Federcharakteristik erzielen.The entire force that can be given off by a transversely arched spring is set thus from the share of the transverse elasticity and the longitudinal elasticity together. When the proportion of longitudinal elasticity is small compared to the proportion of transverse elasticity is, a torque output that is almost constant over the entire length of the cycle is achieved. Does the leveling of the torque achieved in this way not yet appear in the individual case? sufficient, a spring can be used in which the radius of the transverse curvature over the length of the spring band changes progressively. Through the appropriate By choosing the progression, other forms of spring characteristics can also be achieved.

Die Wirkung des gewölbten Federbandes ist davon abhängig, ob die Aufwicklung mit nach innen oder nach außen gerichteter Konkavfläche erfolgt. Wenn. die Wölbung nach außen gerichtet ist, so wird der Anteil der Querwölbungselastizität erhöht. Je nach den. Bedürfnissen des Einzelfalles wird man also die Richtung der Aufwicklung wählen. Im übrigen wird das abzugebende konstante Drehmoment des Triebwerks durch das Verhältnis des. Wölbungsradius. zur Federbreite und Federstärke und im übrigen selbstverständlich wie bei jeder Feder von dem verwendeten Stahlmaterial und dessen Vorbehandlung bestimmt.The effect of the arched spring band depends on whether the winding takes place with inwardly or outwardly directed concave surface. If. the bulge is directed outwards, the proportion of transverse arching elasticity is increased. Depending on the. So the direction of the winding becomes one of the needs of the individual case Select. In addition, the constant torque to be delivered by the engine is through the ratio of the radius of curvature. the width and thickness of the pen and the rest of course, as with any spring, of the steel material used and its Pretreatment determined.

Soll der Anteil der Längselastizität bei dem Federtriebwerk vollkommen ausgeschaltet werden, so kann eine besondere Ausführungsform gewählt werden. Hierbei werden zwei Aufwickelkerne verwendet, die vorzugsweise miteinander gekuppelt sind, und das gewölbte Stahlfederband wird mit dem einen Ende auf dem einen Kern mit nach innen gerichteter Wölbung und mit dem anderen Ende auf dem anderen Kern mit nach außen gerichteter Wölbung befestigt. Wird das Federband dann auf den zweiten Kern aufgewickelt, so bewirkt die Differenz der beiden Querelastizitäten, daß dass Band von dem zweiten Kern abläuft und sich auf dem ersten Kern aufwickelt. Es kommt jeweils nur der Teil der Querwölbung zur Wirkung, welcher sich zwischen dem aufgewickelten und dem abgewickelten Federbeil befindet, während der Anteil der Längselastizität aufgehoben wird. Ein derartiges Triebwerk hat also bei gleichmäßiger Wölbung während der ganzen Dauer des Ablaufs ein konstant wirkendes Drehmoment.Should the proportion of longitudinal elasticity in the spring drive be perfect are switched off, a special embodiment can be selected. Here two winding cores are used, which are preferably coupled to one another, and one end of the curved steel spring strap is attached to the one core inward curvature and with the other end on the other core with rearward attached to the outward curvature. The spring band is then placed on the second core wound up, the difference between the two transverse elasticities causes the tape runs off the second core and winds up on the first core. It always comes only the part of the transverse arch to the effect, which is wound between the and the unwound feather hatchet is located, while the portion of the longitudinal elasticity will be annulled. Such an engine thus has a uniform curvature during constant torque for the entire duration of the process.

Die Erfindung ist nicht nur auf Federtriebwerke mit Spiralfeder anwendbar, sondern sie gestattet auch eine vorteilhafte Ausgestaltung von Federwerken mit blattförmiger Rückholfeder. Wird ein in der Querrichtung gewölbtes Federblatt an einem Ende fest, gelagert, so tritt beim Abbiegen senkrecht zur Halterungsebene eine Kraftspeicherung auf, die bei der Rückkehr der Fader in ihre gerade Lage mit einem konstanten Kraftmoment abgegeben wird. Die Charakteristik des Kraftmoments wird durch die Art der Halterung beeinflußt, d. h. sie ist verschieden, je nachdem, ob das Federende plan oder gewölbt eingespannt ist.The invention is not only applicable to spring drives with spiral springs, but it also allows an advantageous design of spring mechanisms with leaf-shaped Return spring. If a spring leaf curved in the transverse direction becomes stuck at one end, stored, a force storage occurs when turning perpendicular to the mounting plane on that when the faders return to their straight position with a constant moment of force is delivered. The characteristic of the moment of force is determined by the type of bracket influenced, d. H. it differs depending on whether the end of the spring is flat or curved is clamped.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung verschiedener Ausführungsformen an Hand der Zeichnung.Further details of the invention emerge from the following Explanation of various embodiments with reference to the drawing.

Fig. r zeigt eine bekannte Spiraltriebfeder in aufgewickeltem Zustand; Fig. 2 zeigt in Ansicht und im Querschnitt ein Stahlfoderband, wie es gemäß der Erfindung verwendet, wird; Fig.3 ist eine Ansicht eines Federtriebwerkes nach der Erfindung; Fig. 4 zeigt ein anderes Triebwerk; Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform; Fig.6 gibt ein Blattfederwerk nach der Erfindung und F ig. 7 eine Alländerung hiervon wieder; Fig. 8 und 9 stellen in Diagrammen die Kennlinien der verschiedenen Federwerke im Verlauf des Spannungsvorganges dar.Fig. R shows a known spiral drive spring in the wound state; Fig. 2 shows, in elevation and in cross-section, a steel conveyor belt as used in accordance with the invention; Fig. 3 is a view of a spring drive mechanism according to the invention; Fig. 4 shows another engine; Fig. 5 shows a further embodiment; 6 gives a leaf spring system according to the invention and FIG. 7 a complete change of this again; FIGS. 8 and 9 show in diagrams the characteristics of the various spring mechanisms in the course of the tensioning process.

Bei den bekannten Triebwerken ist die Federspirale i von ebenem Querschnitt um den Kern 2 aufgewickelt, an dem ihr Ende 3 befestigt ist.In the known engines, the spring coil i has a flat cross-section wound around the core 2 to which its end 3 is attached.

Gemäß der Erfindung wird das in Fig. 2 gezeigte Federstahlband 4 verwendet, dessen Wölbungsradius beliebig gewählt sein kann. Bei. der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Federband 4 auf eine Rolle 5 aufgewickelt, auf deren Achse 6 eine zweite Rolle 7 sitzt, an der die Aufzugskraft 8 angreift. Die aufgewickelte Feder hat hier einen geradlinigen freien Auslauf mit einer Führung g. Selbstverständlich ist die Darstellung nur schematisch. Bei der praktischen Ausführung tritt an die Stelle des Gewichts 8 z. B. eine von Hand zu betätigende Kurbel oder ein Uhrwerkschlüssel.According to the invention, the spring steel strip 4 shown in Fig. 2 is used, whose radius of curvature can be chosen arbitrarily. At. according to the embodiment Fig. 3, the spring band 4 is wound onto a roller 5, on the axis 6 of which a second roller 7 is seated on which the winding force 8 acts. The coiled spring has a straight free outlet here with a guide g. Of course the representation is only schematic. In practice, the Place of weight 8 z. B. a hand-operated crank or a clockwork key.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 befindet sich die Feder 4 in einem Gehäuse io, das eine Federende ist an dem drehbaren Kern i i befestigt, während das andere Ende an der Gehäusewand 12 festgelegt ist. Wie ein Vergleich mit Fig. i zeigt, unterscheidet sich die Feder nach der Erfindung rein äußerlich schon dadurch, daß die Feder i sich spiralförmig aufwickelt, während die Feder 4 sich in Form eines mehrschichtigen Ringes in Abstand um den Kern i i legt.In the embodiment of Figure 4, the spring 4 is in one Housing io, the one spring end is attached to the rotatable core i i while the other end is fixed to the housing wall 12. As a comparison with Fig. i shows, the spring according to the invention differs purely externally in that that the spring i winds up spirally, while the spring 4 is in the form of a multilayer ring at a distance around the core i i.

Die verschiedene Wirkung der Triebwerke ist aus Fig. 8 ersichtlich, in der auf der Abszisse die Umdrehungen des Kernes und auf der Ordinate das Drehinoinent aufgetragen ist. Die Kennlinie I der bekannten Spiralfeder steigt geradlinig an. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verläuft die Kennlinie 111 dagegen vollkommen waagerecht. Wie die Kennlinie IV zeigt, ist die Drehmomentabgabe I>ei der Ausführungsform nach Fig.4 ganz im Anfang steil ansteigend und verläuft dann auf mehr als go% des Triebwerkablaufs außerordentlich flach.The different effects of the thrusters can be seen in FIG. 8, in which the revolutions of the core are plotted on the abscissa and the rotational inch is plotted on the ordinate. The characteristic curve I of the known spiral spring rises in a straight line. In the embodiment according to FIG. 3, on the other hand, the characteristic curve 111 runs completely horizontally. As the characteristic curve IV shows, the torque output I> ei of the embodiment according to FIG. 4 rises steeply at the very beginning and then runs extremely flat over more than 100% of the engine sequence.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind zwei Federtrommeln 13 und 1-4 nebeneinander angeordnet, auf deren Achsen zwei miteinander kämmende Zahnräder i5 und i6 sitzen. Das Federband 4 läuft auf den Trommeln 13 und i4, und zwar ist das eine Ende auf der Trommel 13 so festgelegt, daß die Wölbung des Bandes zum Kern gerichtet ist, während auf der Trommel 14 das andere Federende mit nach außen gerichteter Wölbung gefaßt ist. Wird nun das Band auf die Trommel 14 aufgewickelt und hierauf das Triebwerk freigegeben, so läuft das Federband unter gleichmäßiger Drehmomentabgabe, wie dies aus Kennlinie N` der Fig. 8 ersichtlich ist, auf die Trommel 13 zurück, und die Zahnräder 15 und 16 drehen sich während des ganzen Ablaufes mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Wie die Kennlinie V ersichtlich macht, i,st hier allerdings der Wirkungsgrad bei gleichem Gewicht und gleichem Querschnitt des Bandes geringer als bei den Triebwerken nach Fig. 3 und 4, weil hierbei nur die Differenz der beiden Wölbungskräfte wirksam wird.In the embodiment of FIG. 5, two spring drums 13 and 1-4 arranged side by side, on whose axes two meshing gears i5 and i6 sit. The spring band 4 runs on the drums 13 and i4, namely is one end fixed on the drum 13 so that the curvature of the tape toward the core is directed, while on the drum 14 the other end of the spring with outwardly directed Curvature is taken. If the tape is now wound onto the drum 14 and thereupon the engine is released, the spring band runs with an even torque output, As can be seen from the characteristic line N` in FIG. 8, back onto the drum 13, and the gears 15 and 16 rotate more smoothly throughout the process Speed. As the characteristic curve V shows, it is here, however, that Efficiency with the same weight and the same cross-section of the belt is lower than in the engines of FIGS. 3 and 4, because here only the difference between the two Warping forces take effect.

Bei dem Federwerk nach Fig.6 ist eine kurze Blattfeder, deren Profil jedoch dem der Fig. 2 entspricht, zwischen zwei Klemmbacken 18 und i9 eingespannt. Da die Angriffsflächen der Backen eben sind, wird die Feder 17 plan gefaßt. Wird diese Kurzwegfeder aus ihrer Ruhelage abgebogen, so tritt das aus Kennlinie VI ersichtliche Kraftmoment auf. Dabei ist auf der Abszisse der Abbiegungswinkel des Federendes aufgetragen. Auch hier steigt das Kraftmoment nur im ersten Teil steil an und verläuft dann außerordentlich flach. Die Feder kann bis zu i8o'°' abgebogen werden.In the spring mechanism according to Figure 6 is a short leaf spring whose profile however, corresponds to that of FIG. 2, clamped between two clamping jaws 18 and 19. Since the contact surfaces of the jaws are flat, the spring 17 is gripped flat. Will If this short travel spring is bent out of its rest position, then that which can be seen from characteristic curve VI occurs Moment of force. The bend angle of the spring end is on the abscissa applied. Here, too, the moment of force rises steeply and runs only in the first part then extremely flat. The spring can be bent up to 180 ° '.

Das Feder-,verk nach Fig.7 unterscheidet sich dadurch, daß die Klemmbacken 2o und 21 Angriffsflächen haben, die entsprechend deal Federquerschnitt gewölbt sind. Hierdurch ergibt sich eine andere Kennlinie VII. Sie steigt zunächst bis etwa 5° außerordentlich steil an und fällt dann ebenso steil bei etwa io°, während- sie anschließend etwa dieselbe Form wie Kennlinie VI hat. Diese Federcharakteristik ist für verschiedene Anwenr Jungen sehr wertvoll, z. B. in. Schlössern, weiche nicht leicht aufgehen sollen bzw. einen hohen Anfangswiderstand bieten müssen. Dies gilt z. B. bei Schlössern für Autotüren, Pendeltüren, Türschließer, auch für Möbeltüren u. dgl.The spring, Verk according to Figure 7 differs in that the jaws 2o and 21 have contact surfaces that are curved in accordance with the spring cross-section. This results in a different characteristic curve VII. It rises extraordinarily steeply up to about 5 ° and then drops just as steeply at about 10 °, while it then has about the same shape as characteristic curve VI. This spring characteristic is very valuable for various users, e.g. B. in. Locks that should not open easily or have to offer a high initial resistance. This applies e.g. B. for locks for car doors, swing doors, door closers, also for furniture doors and the like.

Federwerke nach der Erfindung mit Spiral-oder mit Blattfeder sind auch überall vorteilhaft, wo bisher Gegengewichte für eine in der Höhe verstellbare Last verwendet wurden, z. B. Zuglampen, Vergrößerungsapparate, Rollladen. Schiebefenster usw.Spring mechanisms according to the invention with spiral or leaf springs are Also advantageous wherever counterweights for a height-adjustable one were previously used Load were used, e.g. B. pull lamps, enlargers, roller shutters. Sliding window etc.

Claims

PATE '; TAX CALL: i. Spring mechanism with a steel band spring, characterized in that the steel band has a curved cross-section and the transverse elasticity in the longitudinal direction is used.

2. Spring drive mechanism according to claim i, characterized characterized in that the spiral spring used as the driving force is made of transversely arched Consists of spring band steel.

3. Spring drive according to claim 2, characterized in that that the radius of the transverse curvature over the length of the spring band progressively or decreases.

4. Spring drive according to claim 2 and 3, characterized in that the Winding core has a radius corresponding to the bend at which the spring band assumes a flat cross-section.

Spring drive mechanism according to claim 2 to 4, characterized marked that the spring band with inwardly directed concave surface is wound up.

6. Spring drive according to claim 2 to 5, characterized in that that the spring band is wound with an outwardly directed concave surface. Spring drive according to claim 2 to 6, characterized in that the spring strip is on a core is wound and its free end has a straight outlet. B. Spring drive according to claim 2 to 6, characterized in that the spring strip is on a core is arranged wound in a housing, on the inner wall of which the free end is fixed. G. Spring drive according to claim 2 to 6, characterized in that that the spring band is wound on one core and its free end on a second rotatable core is attached. ok Spring mechanism according to claim i with a leaf-shaped return spring, characterized in that a spring leaf curved in the transverse direction on one End is held and is tensioned by bending perpendicular to the mounting plane. ii. Spring mechanism according to claim 10, characterized in that the gripped spring end is already level in the bracket. i2. Spring mechanism according to claim io, characterized in that that the spring end is arched in the holder.