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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Kraftrichtungsfehlern einer
Schraubenfeder in einer Gesamtanordnung, die eine Gleithülse und einen in dieser Gleithülse
gleitenden Kolben aufweist, wobei diese Schraubenfeder koaxial zu diesem Kolben angeordnet
ist und mit ihren Basen auf diese Gleithülse und diesen Kolben im wesentlichen
entgegengesetzte Kräfte ausübt.
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Solche Gesamtanordnungen sind in hydraulischen Systemen zur Verteilung von Flüssigkeiten
oder zu hydromechanischen Berechnungen absolut üblich. Das gilt besonders für die
Ausrüstungen für Kraftstoff-Regel- und Verteilersysteme, mit denen in der Luftfahrt Turbotriebwerke
ausgerüstet werden.
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Der Oberflächenzustand der Kontaktbereiche auf dem Kolben und der Gleithülse ist von
ausgezeichneter Qualität, um das Festfressen der Teile zu verhindern und die Reibungskräfte so
weit wie möglich zu reduzieren. Die funktionalen Spiele zwischen diesen Gleithülsen und
diesen Kolben sind extrem klein, und zwar in einer Größenordnung von einigen Mikrometern.
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Wie es die Fig. 1 und 2 zeigen, verläuft die Kraft R, die die Feder 1 auf den Kolben 2 und
die Gleithülse 3 ausübt, jedoch nicht durch den Mittelpunkt 0 der entsprechenden Anlageseite
und ist nicht senkrecht zu den Anlageflächen ausgerichtet.
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Dies ergibt sich daraus, dass die Basen der Schraubenfeder über Teller an Oberflächen des
Kolbens und der Gleithülse anliegen, die senkrecht zur Vorschubachse des Kolbens liegen.
Herstellungsfehler und Verformungen der Feder bewirken eine ungleichmäßige Verteilung der
auf die Teller wirkenden Kräfte.
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Als Folge der Distanz e zwischen dem Mittelpunkt der Anlageseite und dem Angriffspunkt der
Kraft R an dieser Anlageseite entsteht im Bereich der Gleithülse und des Kolbens eine seitliche
Komponente F1, F2 sowie ein Drehmoment C. Diese Kraft F1 und das Drehmoment C
drücken den Kolben 2 gegen die Bohrung der Gleithülse 3, wodurch der Wert der Reibungskraft
zwischen diesen Teilen steigt und über kurz oder lang ein Stillstand durch Festfressen hervorgerufen
werden kann, ein Umstand, der an Bord eines im Flug befindlichen Flugzeugs
besonders störend sein kann.
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Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die Kraft F2 und das Drehmoment C zu verringern, ja sogar
zu beseitigen.
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Im Idealfall eines reibungsfreien Kugelgelenks sind die Auflagegegenkräfte der kugelförmigen
Oberflächenbereiche, die jeweils in Kontakt miteinander sind, immer senkrecht zum Profil und
von identischem Wert. Diese Gegenkräfte haben also als Druckauflage die Radien der Kugel,
die den inneren Teil des Kugelgelenks bildet, und enden alle im Mittelpunkt dieser Kugel. Mit
dem Kugelgelenk wird also gewährleistet werden, dass die Resultierende R der
Auflagegegenkräfte durch den Mittelpunkt der Kugel verläuft, und dass das übertragene Drehmoment an
dieser Stelle gleich Null ist.
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Bei einem Kugelgelenk mit Reibung kann das Kugelgelenk ein Drehmoment von ungleich Null
übertragen, doch der Vorteil des von der Erfindung vorgeschlagenen Aufbaus besteht darin,
den maximal möglichen Wert der Reibung zu bestimmen, indem ein Kugelgelenk gewählt wird,
dessen Radius abhängig von den Zwecken und den Belastungen der Anwendung möglichst
klein ist. In der Tat ist der Maximalwert des Drehmoments C durch die folgende Formel
gegeben:
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C = f · r · R
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wobei:
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f = der Reibungskoeffizient
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r = der Radius der Kugel
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R = der Wert der Resultierenden.
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Vorteilhafterweise ist die Schraubenfeder an ihren beiden Enden an kugelförmigen Auflagern
gelagert. Durch diese Anordnung kann die seitliche Kraft F1 beseitigt werden.
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Falls nur ein einziges kugelförmiges Auflager vorhanden ist, ist die Kraft F1 vorhanden, und
ihre Stärke hängt davon ab, wie nahe an der Senkrechten zur Feder die andere Anlageseite sich
befindet.
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Aus FR-A 1 150 075 ist ferner eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Kraftrichtungsfehlern
einer Schraubenfeder in einer hydraulischen Gesamtanordnung zur Verteilung von Flüssigkeit
bekannt, die eine Gleithülse und einen in dieser Gleithülse gleitenden Kolben aufweist, wobei
diese Feder koaxial zu diesem Kolben angeordnet ist und mit ihren Basen auf diese Gleithülse
und diesen Kolben im wesentlichen entgegengesetzte Kräfte ausübt. Zwischen der auf den
Kolben einwirkenden Basis der Schraubenfeder und dem Kolben ist eine kugelförmige
Gelenkverbindung vorgesehen, die auf der Achse des Kolbens zentriert ist, wobei die
Kugelgelenkverbindung aus einer inneren Kugel, die auf einer mit dem Kolben fest verbundenen Stange
sitzt, und einem Ring, dessen kugelförmige Oberfläche an der Außenfläche dieser inneren
Kugel anliegt, besteht.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung des obengenannten Typs dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung der Vorspannung der Schraubenfeder dieser Ring an der genannten Basis der
Schraubenfeder mittels eines ringförmigen Tellers, der die Aufnahme für diese Basis der
Schraubenfeder bildet, und eines Befestigungsteils, auf dem dieser Ring sitzt, angebracht ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor,
die nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
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Fig. 1 eine herkömmliche Gesamtanordnung mit einer Gleithülse und einem in dieser
Gleithülse gleitenden Kolben zeigt, der durch eine Schraubenfeder belastet wird, die sich an
ebenen, im wesentlichen senkrecht zur Achse des Kolbens befindlichen Oberflächen in
Anlage befindet,
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Fig. 2 eine äquivalente Darstellung der Kräfte und Drehmomente ist, die im Bereich einer
Anlagefläche herrschen,
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Fig. 3 ein hydraulisches System zur Verteilung von Flüssigkeiten darstellt, das eine
Gesamtanordnung mit einer Gleithülse und einem in dieser Gleithülse gleitenden und durch eine
Schraubenfeder belastet Kolben umfasst, wobei diese Feder mit dem Kolben durch eine
kugelförmige Vorrichtung verbunden ist, die es ermöglicht, die ungleichen Kräfte
auszugleichen, die durch die Feder auf den Kolben ausgeübt werden,
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Fig. 4 eine Draufsicht des Kolbenkopfes zeigt,
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Fig. 5 eine Seitenansicht des Kolbenkopfes gemäß Pfeil A von Fig. 4 zeigt,
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Fig. 6 den Aufbau des Kugelgelenks in Vergrößerung zeigt, und
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Fig. 7 eine Draufsicht des Kugelgelenkkopfes zeigt.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen klassischen Aufbau einer Feder 1, die zwischen einem in einer
Gleithülse 3 gleitenden Kolben 2 und einem mit der Gleithülse 3 fest verbundenen Teil 4
angeordnet ist. Der Angriffspunkt der Resultierenden R der von der Feder 1 auf die Anlageseite des
Kolbens 2 ausgeübten Kräfte ist um eine Distanz e gegenüber dem Mittelpunkt 0 der
Anlageseite verschoben. Andererseits verläuft die Resultierende R nicht senkrecht zu der Anlageseite
und unterteilt sich in eine seitliche Kraft F 1 und eine parallel zur Achse 5 des Kolbens 2
gerichtete Kraft F. Im Mittelpunkt 0 herrscht ein Drehmoment C = F · e, das die Tendenz hat, den
Kolben 2 in der Bohrung der Gleithülse 3 zu kippen.
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Die Fig. 3 bis 7 zeigen ein hydraulisches System zur Verteilung von Flüssigkeiten 10, das
eine Gleithülse 3 und einen in der Gleithülse 3 gleitenden Kolben 2 aufweist. Zwischen der
Gleithülse 3 und dem Kolben 2 ist eine Schraubenfeder 1 angeordnet, um die
Durchlassöffnungen für die Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Druck der Flüssigkeit zu regeln.
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Wie in Fig. 3 deutlich zu sehen ist, befindet sich die untere Basis 11 der Schraubenfeder 1 in
Anlage an einem außen an der Gleithülse 3 umlaufenden Absatz 12, während die obere Basis
13 in einer Rille 14 eines ringförmigen Tellers 15 Aufnahme findet.
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Der ringförmige Teller 15 weist in seinem zentralen Bereich eine Öffnung 16 auf, durch die
sich eine Stange 17 erstrecken kann, die auf der Achse des Kolbens 2 zentriert ist und an ihrem
oberen Ende eine innere Gelenkkugel 18 sowie an ihrem unteren Ende eine
Befestigungsvorrichtung 19 zur Befestigung der Stange an dem Kolben 2 aufweist. Diese
Befestigungsvorrichtung 19 weist drei auseinanderstrebende Zapfen 20 auf, die um die Achse der Stange 17 in
einer senkrecht zu dieser Achse liegenden Ebene gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die drei
Zapfen 20 dringen in drei Aussparungen 21 ein, die in der Wand des Kolbens 2 ausgeführt
sind, und verriegeln sich dort.
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Die Verbindung zwischen dem ringförmigen Teller 15 und der inneren Gelenkkugel 18 wird
durch einen Ring 22 gewährleistet, der eine konkave kugelförmige Oberfläche aufweist, die
sich an der unteren Außenfläche der inneren Kugel 18 in Anlage befindet, sowie durch ein
Befestigungsteil 24, das zwischen dem Ring 22 und dem Teller 15 angeordnet ist. Dieses
Befestigungsteil 24, das ringförmig ausgeführt ist, weist einen Bogenausschnitt 25 als Durchlass für
die Stange 17 sowie eine ringförmige Aufnahme zum Zentrieren des Rings 22 auf. Es wird in
einer ringförmigen Aufnahme an der Oberseite des Tellers 15 aufgenommen und zentriert.
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Die innere Kugel 18 ist an der Stange 17 mittels einer Mutter 26 und einer
Verriegelungsscheibe 27 befestigt.
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Der Wert der Zugkraft der Feder 1 hängt von der Dicke des Befestigungsteils 24 ab. Durch
den Bogenausschnitt 25 kann dieses Befestigungsteil 24 leicht ausgetauscht werden, ohne
weitere Teile auszubauen. Es muss lediglich die Feder 1 zusammengedrückt werden, indem der
Teller 15 nach unten geschoben wird, und das Befestigungsteil 24 herausgeschoben werden.
Das Einsetzen eines neuen Befestigungsteils 24 erfolgt unter den gleichen Umständen.
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Der Kolben 2 gleitet unter der Einwirkung der gegenwirkenden Kräfte der Feder 1 und des
Drucks der Flüssigkeit im Inneren des hydraulischen Verteilersystems 10, um das Öffnen von
Öffnungen 28 in der Wand des Kolbens 2 zu der Innenwand 29 der Gleithülse 3 hin zu regeln.
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Wie in Fig. 6 zu sehen ist, verlaufen die elementaren Kräfte F3, die der Ring 22 auf die innere
Kugel 18 ausübt, senkrecht zu den Anlageflächen und verlaufen alle durch den Mittelpunkt der
kugelförmigen Fläche der Gelenkkugel 18, der sich auf der Achse der Stange 17 befindet. Die
Resultierende R ist 'daher auf der Achse der Stange 17 zentriert.