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Elastische Rückholvorrichtung mit drei in einem Gehäuse ineinanderliegenden
Schraubenfedern Die Erfindung betrifft eine elastische Rückholvorrichtung mit drei
in einem Gehäuse ineinanderliegenden Schraubenfedern, deren Durchmesser in bezug
auf ihren jeweiligen Windungshalbmesser derart gewählt ist, daß die Summe der Federkräfte
der zwei inneren Federn im wesentlichen gleich der Federkraft der äußeren Feder
ist. Eine solche Rückholvorrichtung hat den Zweck, durch Ausübung einer gegebenen
Kraft auf den beweglichen Teil diesen jederzeit in seine Ruhestellung zurückzuführen.
Mit anderen Worten: Der Hub und die Wirksamkeit der Rückholvorrichtung sind festgelegt.
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In den meisten Anwendungsfällen, insbesondere beim Betätigen der Zahnstange
einer selbsttätigen lösbaren Kupplung durch einen Druckflüssigkeitszylinder, ist
eine Verringerung der axialen Abmessung der elastischen Rückholmittel auf ein Mindestmaß,
ohne jedoch weder deren Wirksamkeit zu gefährden, noch deren Durchmesser zu vergrößern,
sehr wünschenswert.
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Zu diesem Zweck ist bisher vorgeschlagen worden, anstatt einer einzigen
Feder mehrere koaxiale schraubenförmige Federn zu verwenden.
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Bei diesen bekannten Systemen sind die Federn entweder parallel oder
hintereinander angeordnet. Im ersteren Falle kann man eine nur unbedeutende Verringerung
der axialen Abmessung erzielen.
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Wenn die Federn hintereinandergeschaltet sind, muß jede von ihnen
jederzeit die gesamte Rückholkraft übertragen. Um diese Übertragung mit einer angemessenen
Wirksamkeit zu gewährleisten, müßte dann jede Feder ein innerhalb gewisser Grenzen
liegendes Verhältnis zwischen ihrem Windungsdurchmesser und der Dicke des sie bildenden
Drahtes aufweisen. Es kommt nun vor, daß, wenn eine Feder innerhalb einer anderen
angebracht ist, wie das beim hintereinandergeschalteten Arbeiten der Federn unter
Verringerung ihrer Gesamtlänge unerläßlich ist, das vorerwähnte Verhältnis nur hinsichtlich
einer einzigen Feder berücksichtigt werden kann.
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Hierdurch ergeben sich bauliche Beschränkungen für die Anwendung und
Unterbringung solcher Federn.
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Man hat bereits bei Stoßdämpfern zwei Federn ineinanderliegend angeordnet,
die einer dritten, konzentrisch zu ihnen liegenden Feder entgegenwirken, wobei also
hinsichtlich der zusammenwirkenden ineinanderliegenden Federn die obenerwähnten,
ihre Wirksamkeit einschränkenden Schwierigkeiten bestanden.
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Man hat auch schon drei Federn in der Weise hintereinandergeschaltet,
daß man sie koaxial zueinander anordnete und durch zwischengeschaltete rohrförmige,
an einem Ende ganz oder teilweise durch einen Boden geschlossene Teile, an denen
die Enden der Federn sich abstützen, ineinandergeschachtelt hat. Dabei war aber
eine erhebliche Baulänge unvermeidbar, weil im völligen Zusammendrücken der einzelnen
Federn durch das vorzeitige Anschlagen einer die Federn nach außen pufferartig abdeckenden
Scheibe mit ihrem überstehenden Rand auf die Ränder der rohrförmigen Teile verhindert
wurde.
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Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer elastischen Rückholvorrichtung
der beschriebenen Bauart und des beschriebenen Zweckes, die drei koaxiale schraubenförmige
Federn enthält, von denen zwei parallel arbeiten und innerhalb der dritten, mit
ihnen in Reihe arbeitenden Feder untergebracht sind.
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Diese Rückholvorrichtung ist erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet,
daß zwischen die zwei inneren Federn und die äußere Feder ein die ersteren umgebendes
rohrförmiges, an einem Ende durch einen Boden geschlossenes Teil zwischengeschaltet
ist, dessen Länge im wesentlichen gleich dem Längenwert der äußeren Feder im völlig
zusammengedrückten
Zustand ist und gegen dessen Boden sich die inneren
Federn abstützen, wobei an dem dem Boden entgegengesetzten Ende des Teiles ein Endflansch
angebracht ist, an dem sich die äußere Feder abstützt.
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Diese Anordnung ermöglicht die Verringerung der axialen Abmessung
des Systems ohne Vergrößerung seines Durchmessers. Ferner ist es auf diese Weise
möglich, den drei Federn -ein angemessenes Verhältnis zwischen ihrem Windungsdurchmesser
und ihrer Drahtdicke zu geben, während man den beiden parallel arbeitenden kleineren
Federn eine maximale Gesamtkraft geben kann, die genau gleich der Kraft der dritten,
stärkeren Feder ist.
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Eine besonders kurze Baulänge läßt sich erzielen, wenn das rohrförmige
Teil eine Länge hat, die im wesentlichen gleich dem Längenwert der ersten Feder
in völlig zusammengdrücktem Zustand ist.
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Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
an Hand der Beispiele darstellenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen Fig. 1 bis
3 axiale Schnitte durch verschiedene bekannte Ausführungsformen einer üblichen für
die Rückführung des Kolbens eines Druckflüssigkeitszylinders einer Andrehvorrichtung
in seine Ruhestellung verwendeten elastischen Rückholvorrichtung, Fig. 4 einen axialen
Schnitt durch eine elastische Rückholvorrichtung nach der Erfindung mit dem gleichen
Zweck, deren Teile sich in ihrer Ruhestellung befinden, Fig. 5 eine Ansicht entsprechend
Fig. 4, jedoch unter Darstellung der einzelnen Teile am Ende des Arbeitshubes des
Druckflüssigkeitszylinderkolbens, und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in
Fig. 5. Im dargestellten Beispiel wird die elastische Rückholvorrichtung nach der
Erfindung zur Rückführung einer Zahnstange 1 verwendet, die mit dem Ritzel 2 einer
hydraulischen Kupplung einer Andrehvorrichtung im Eingriff steht und den sich in
seiner Ruhestellung befindenden Kolben eines hydraulischen Zylinders 3 bildet. In
diesem Beispiel wird dieses Zylinder-Zahnstangen-Ritzel-Aggregat zur Betätigung
des Antriebsgliedes der Kupplung einer Andrehvorrichtung verwendet.
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Fig. 1 zeigt eine übliche elastische Rückholvorrichtung mit nur einer
Feder 4, deren Achse auf der Verlängerung der Achse des Zylinders 3 liegt
und die zwischen dem Boden des rohrförmigen Gehäuses 5 und dem Ende 6 der
Zahnstange 1 gegen eine Scheibe 7 angeordnet ist. Die axiale Abmessung
einer solchen Vorrichtung erreicht in einem besonderen, zur Veranschaulichung gewählten
Beispiel 216 mm.
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In Fig. 2 wird eine erste bekannte Verbesserung gezeigt, bei
der an Stelle der einzelnen Feder 4 nach Fig. 1 drei koaxiale Federn 8, 9
und 10 verwendet werden. Diese Dreifederanordnung ermöglicht bei demselben
besonderen Beispiel bei sonst gleichbleibenden Gegebenheiten nur die Verringerung
der axialen Abmessung des Systems auf 184,5 mm.
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In Fig. 3 wird eine andere Verbesserung mit drei koaxialen Rückholfedern
gezeigt, bei der die Federn statt wie in Fig. 2 parallel zu diesem Zweck in Reihe
geschaltet sind, wobei eine erste Feder 11 zwischen der Scheibe 7 und einem an einem
Ende eines beweglichen rohrförmigen Teiles 12 vorgesehenen äußeren Flansch
eingelegt ist. Eine zweite, im Inneren der Feder 11 angebrachte Feder 13
ist zwischen einem am anderen Ende des genannten beweglichen rohrförmigen Teiles
12 vorgesehenen Flansch und einem äußeren Flansch eines zweiten beweglichen rohrförmigen
Teiles 14 eingelegt. Schließlich ist eine dritte Feder 15 zwischen
einem linearen Flansch des letztgenannten beweglichen rohrförmigen Teiles
14 und dem Boden eines feststehenden rohrförmigen Gehäuses 5 eingelegt. Diese
Anordnung ermöglicht bei demselben besonderen Beispiel eine Verringerung der axialen
Abmessung des Rückholsystems auf 182 mm.
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Infolge dieser Anordnung ist die Erreichung eines angemessenen Verhältnisses
zwischen dem Windungsdurchmesser und der jeweiligen Drahtdicke für alle drei Federn
11, 13 und 15 unmöglich. Tatsächlich kann ein solch angemessenes Verhältnis nur
für eine der Federn erzielt werden.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß bei Verwendung von drei Federn,
wenn diese nicht so gestaltet sind, daß sie weder völlig in Reihe noch völlig parallel,
sondern entsprechend einer besonderen Reihenparallelschaltung arbeiten, das gesamte
Aggregat wesentlich gedrungener gebaut werden kann.
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Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt, bei der die elastische
Rückholvorrichtung aus einer äußeren Feder 16 mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt
besteht, die mit zwei inneren koaxialen Federn 17 und 18 mit geringerem
Querschnitt in der Weise kombiniert ist, daß die beiden letzten Federn parallel
arbeiten, während dieses Federnpaar mit der äußeren Feder 16 in Reihe arbeitet.
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Diese Anordnung ermöglicht eine stärkere Verringerung der axialen
Abmessungen, die wiederum in demselben besonderen Beispiel auf 178,6 mm herabgesetzt
wird.
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Ferner ist es möglich, den drei Federn 16, 17 und
18 ein angemessenes Verhältnis von Windungsdurchmesser zu Drahtdicke zu geben,
während man den beiden inneren Federn 17 und 18 eine im wesentlichen
der Kraft der äußeren Feder 16 gleiche maximale Gesamtkraft geben kann.
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In Fig. 4 bis 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform dieser Anordnung
veranschaulicht, bei der die axiale Abmessung der Rückholvorrichtung noch weiter
verringert wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der äußeren Feder
16 für das Eindringen des Endes der Zahnstange 1 ausreichend groß.
Ferner enthält das System ein frei verschiebbares rohrförmiges Teil 19, zwischen
dem und der zylindrischen Wand des Gehäuses ein ringförnllger Raum vorhanden ist,
der die äußere Feder 16 aufnimmt, von der ein Ende unmittelbar gegen den
Boden des rohrförmigen Gehäuses 5 liegt. Das andere Ende der äußeren Feder
16 liegt gegen einen Endflansch 20 des rohrförmigen Teiles
19. Die beiden ineren Federn 17 und 18 sind zwischen dem Boden
21 des rohrförmigen Teiles 19 und dem Ende der Zahnstange eingelegt. Im dargestellten
Beispiel trägt das Ende der Zahnstange 1 eine Scheibe 7, deren Rand
als Widerlager für die inneren Federn 17 und 18 wirkt, und einen Führungskörper
23, der axial in das Innere der Federn 17 und 18 über eine Strecke
hineinragt, die gleich der Strecke ist, um die sie in der in Fig. 4 gezeigten, völlig
gestreckten Stellung aus dem rohrförmigen Teil 19 herausragen. Außerdem ist
bei diesem Beispiel die Länge des rohrförmigen Teiles 19 gleich der Länge
der äußeren Feder 16 in ihrem völlig zusammengedrückten Zustand.
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In der in Fig. 5 gezeigten Stellung ist das Ende 6
der Zahnstange
1 in das bewegliche rohrförnllge Teil
19 eingetreten, so daß, wenn
die drei Federn völlig zusammengedrückt sind, die axiale Abmessung der elastischen
Rückholvorrichtung effektiv auf die axiale Länge des Federnpaares 17, 18 verringert
ist. Beim Vergleich der anderen beschriebenen Rückholvorrichtungen mit dieser bevorzugten
Ausführungsform hat sich herausgestellt, daß die axiale Abmessung wiederum bei sonst
gleichen Gegebenheiten auf 156 mm verringert wurde. Ferner beträgt in zwei vergleichbaren
Fällen die im Beispiel nach Fig. 4 bis 6 durch die elastische Rückholvorrichtung
verursachte zusätzliche Länge nur 36 mm gegenüber 96 mm im Beispiel nach Fig. 1.
Es wurde also eine Verringerung von 63 % erzielt. Die in Fig. 4 bis 6 veranschaulichte
Anordnung ermöglicht es weiter, dem ganzen Aggregat (Fig. 4) eine symmetrische Form
zu geben, bei der die beiden gleichachsigen rohrförmigen Gehäuse sich beiderseits
des Gehäuses 25 für das Ritzel2 erstrecken, wobei das Gehäuse des Druckflüssigkeitszylinders
bzw. der elastischen Rückholvorrichtung im wesentlichen die gleiche Länge haben.