AT397986B - Torsionsfeder - Google Patents

Description

AT 397 986 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Torsionsfeder aus wenigstens zwei zu einem Paket zusammengefügten Einzelfedern.

Federn gibt es in den verschiedensten Ausführungsformen und die meisten dieser Federn zeichnen sich durch eine einfache Querschnittsgestaitung über die gesamte Federlänge aus. Allerdings kommt es bei 5 den bekannten Federn stets zu einer Biege- und/oder Torsionsbelastung des Federmaterials, so daß der Federquerschnitt wegen der von einer mittigen neutralen Zone radial auswärts ansteigenden Spannungen ungleichmäßig und damit recht unvollkommen genutzt wird, was an sich eine Überdimensionierung der Federn erfordert. Diese Belastungsverhältnisse und damit auch der geringe Nutzungsgrad des Federquerschnittes gelten für Einzelfedern genauso wie für bekannte Federkombinationen, die ja nur eine Parallel-io oder Hintereinanderschaltung einzelner, sich im Belastungsverhalten nicht beeinflussender Federn darstellen. Solche Federkombinationen finden beispielsweise in Federsätzen oder Drehstabpaketen Verwendung, wobei Federsätze aus mehreren, mit entsprechendem Abstand ineinandergesetzten Druckfedern und Drehstabfederpakete aus nebeneinander angeordneten, dünnen rechteckigen Federstäben bestehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Torsionsfeder der eingangs geschilderten Art zu 15 schaffen, die bei weitreichender Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Einsatzbereiche eine optimale Nutzung des Materialquerschnittes über die Federlänge gewährleistet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß als Einzelfedern Schraubenfedern vorgesehen sind, die mit wechselnder Windungsrichtung koaxial ineinandersitzen und in Anschlußflanschen zur gemeinsamen Verdrehbelastung enden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich eine Schraubenfeder bei 20 einer Verdrehbelastung im Sinne der Schraubenwindungen aufzudrehen und damit aufzuweiten und bei einer Verdrehbelastung entgegen dem Windungssinne zusammenzudrehen und damit zusammenzuziehen versucht und sich so zwei entsprechend gegensinnig gewundene, aneinanderliegende Schraubenfedern unter geeigneter gemeinsamer Verdrehbelastung durch das gegenseitige Aufweiten bzw. Zusammenziehen in ihren Radialbewegungen hindern. Eine solche Verdrehbelastung führt dann aufgrund der gegenseitigen 25 radialen Abstützung der Federn zu einer reinen Zug- oder Druckbelastung der Einzelfedern, welche axiale Belastung eine gleichmäßige Querschnittsbelastung und damit einen optimalen Materialnutzungsgrad mit sich bringt. Es entsteht eine Torsionsfeder, die neben der optimalen Materialnutzung durch die Wahl der Anzahl, Form und Größe der Einzelfedern, des Federmaterials u. dgl. in ihren Eigenschaften über weiteste Bereiche variierbar und an die unterschiedlichsten Anforderungen anpaßbar ist. 30 Da sich immer zwei Einzelfedern gegeneinander abstützen, müssen die Einzelfedern paarweise Zusammenwirken, so daß bei gleichbleibender Richtung der Verdrehbelastung das Federpaket eine gerade Anzahl von Einzelfedern aufweist.

Ist eine ungerade Anzahl an Einzelfedern zu einem Paket zusammengefügt, lassen sich aber auch wechselnde Verdrehbelastungen problemlos aufnehmen. Jede der Einzelfedern stützt sich ja in Abhängig-35 keit von der Belastungsrichtung entweder an der radial innen- oder an der radial außenbenachbarten Feder ab, so daß in beiden Belastungsfällen wegen der Abstutzeffekte die Einzelfedern bis auf eine wiederum einer Axialbelastung unterworfen sind. Nur die innerste oder äußerste Einzelfeder bleibt je nach Belastungsrichtung ohne radiale Abstützung, was bei der Auslegung der Torsionsfeder zu berücksichtigen ist, aber nur eine untergeordnete Rolle spielt. 40 Weisen die Einzelfedern einen rechteckigen Querschnitt auf und tragen vorzugsweise auf einer Seite eine reibungsmindernde Beschichtung, kommt es zu einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Federpaketes, da durch die rechteckige Querschnittsform eine saubere Abstützfläche für die miteinander zusammenwirkenden Einzelfedern entsteht und sich gute Abstützverhältnisse ergeben, wobei durch eine geeignete Beschichtung einer der aneinanderliegenden Stützflächen die Reibungskräfte bei den auftretenden Relatives bewegungen verringert werden können.

Eine rationelle Herstellung der Federpakete ergibt sich dadurch, daß die Einzelfedern aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Bandmaterial oder aus einem schraubenlinienförmig geschlitzen Rohr bestehen, wobei sich das Winden von Bandmaterial vor allem für Stahlfedern eignet und ein Rohrschlitzen für faserverstärktes Kunststoffmaterial. Stahlbänder lassen sich in üblicher Weise zu entsprechenden so Schraubenfedern winden, und Schraubenfedern aus faserverstärktem Kunststoff wiederum können einfach durch ein Wickeln eines Rohres aus faserverstärktem Kunststoff als Ausgangsmaterial und ein entsprechendes Schlitzen dieses Rohres mittels Wasserstrahl· oder laserschneiden hergestellt werden.

Erfindungsgemäße Torsionsfedem können überall dort, wo auf Verdrehung belastete Federn einzusetzen sind, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist allerdings ihre Verwendung als Kupplungsglied einer 55 drehmomerrtenübertragenden Wellenkupplung, da sie hier zusätzlich zu ihrer Aufgabe einer Drehmomen-tenübertragung auch noch eine Dämpfungswirkung aufgrund der auftretenden Reibungskräfte mit sich bringen und zudem den Ausgleich eines axialen und/oder radialen Versatzes der miteinander zu kuppelnden Welienteile erlauben. 2

Claims (6)

1. AT 397 986 B In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Torsionsfeder in teilgeschnittener Seitenansicht und Fig. 2 das Federpaket eines anderen Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Torsionsfeder ebenfalls in teilgeschnittener Seitenansicht. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht eine Torsionsfeder 1 aus zwei zu einem Paket 2 zusammengefügten Schraubenfedern 2a, 2b, die gegensinnig zueinander gewunden sind und koaxial ineinandersitzen. Beiderends sind die beiden Schraubenfedern 2a, 2b drehfest mit einem Anschlußflansch 3, 4 verbunden, wobei die Federenden 5a, 5b in entsprechenden Halterungsnuten 6 der Anschlußflansche 3, 4 befestigt sind. Die Schraubenfedern 2a, 2b weisen einen rechteckigen Querschnitt auf und bestehen beispielsweise jeweils aus einem schraubeniinienförmig geschlitzten Rohr 7, 8, das aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Wird nun der Anschlußflansch 3 gegenüber dem Anschlußflansch 4 im Windungssinne der inneren Schraubenfeder 2b, also beim dargestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinne, verdreht, werden beide Schraubenfedern 2a, 2b im gleichen Sinne auf Verdrehung belastet, wodurch sich die innere Schraubenfeder 2b auszudehnen versucht und die äußere Schraubenfeder 2a im gleichen Maße zum Zusammenziehen tendiert, so daß sich die beiden Federn radial gegeneinander abstutzen und radiale Bewegungen unterbleiben. Dadurch werden die Schraubenfedern 2a, 2b bei einer Verdrehbelastung lediglich einer Axialbelastung, also einer Zug- bzw. Druckbelastung unterworfen und es kommt zu einer optimalen Nutzung des Federquerschnittes. Das in Fig. 2 veranschaulichte Federpaket 9 setzt sich aus fünf Schraubenfedern 9a, b, c, d. e zusammen, die mit wechselnder Windungsrichtung ineinandersitzen. Auch hier weisen die Schraubenfedern 9a, b, c, d, e rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Federn beispielsweise jeweils aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Stahlband 10, 11, 12, 13, 14 bestehen. Zur Beeinflussung der Reibungskräfte zwischen den einzelnen Schraubenfedern 9a, b; 9b, c; 9c, d; 9d, e ist jeweils eine der Schraubenfedern mit einer gleitfähigen Beschichtung 15 versehen, so daß die Schraubenfedern nur unter Zwischenlage dieser Beschichtung 15 paarweise Zusammenwirken können. Durch die ungerade Anzahl der zum Paket 9 zusammengefügten Schraubenfedern 9a, b, c, d, e eignet sich dieses Federpaket 9 für eine wechselnden Verdrehbelastungen unterworfene Torsionsfeder. Wird nämlich das Federpaket 9 über nicht weiter dargestellte Anschlußflansche gemeinsam, beispielsweise im Uhrzeigersinn, vom linken Ende her verdreht, versuchen alle im Uhrzeigersinn gewundenen Schraubenfedern 9b, d sich aufzuweiten und die gegensinnig gewundenen Schraubenfedern 9a, c, e tendieren zum Zusammendrehen, so daß die Schraubenfedern 9a, b; und 9c, d, sich gegenseitig abstützend, paarweise Zusammenwirken und nur die innerste Schraubenfeder 9e ungestützt bleibt. Wird nun im Gegensinn, also gegen den Uhrzeigersinn verdreht, ergeben sich umgekehrte Verhältnisse und die Schraubenfedem 9e, d und 9c, b wirken paarweise zusammen und die äußerste Schraubenfeder 9a bleibt ungestützt, so daß vom ganzen Federpaket 9 bis auf eine stets alle Einzelfedern paarweise Zusammenwirken können und die gewünschte Axialbelastung erfahren. Nur jeweils die innerste oder äußerste Einzelfeder wird im einen oder anderen Belastungsfall wie eine übliche Schraubenfeder auf Biegung belastet. Patentansprüche 1. Torsionsfeder aus wenigstens zwei zu einem Paket zusammengefügten Einzelfedern, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelfedern Schraubenfedern (2a, b; 9a, b, c, d, e) vorgesehen sind, die mit wechselnder Windungsrichtung koaxial ineinandersitzen und in Anschlußflanschen (3, 4) zur gemeinsamen Verdrehbelastung enden.
2. 2. Torsionsfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme wechselnder Verdrehbelastungen eine ungerade Anzahl an Einzelfedern zu einem Paket (9) zusammengefügt ist
3. 3. Torsionsfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bnzeffedem (2a, b; 9a, b, c, d, e) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und vorzugsweise auf einer Seite eine retbungsmin-demde Beschichtung (15) tragen.
4. 4. Torsionsfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Einzelfedem (9a, b, c, d, e) aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Bandmaterial (10,11,12,13,14) bestehen. 3 AT 397 986 B
5. 5. Torsionsfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfedem (2a, b) aus einem schraubenlinienförmig geschlitzten Rohr (7, 8) bestehen.
6. 6. Torsionsfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als 5 Kupplungsglied einer drehmomentenübertragenden Wellenkupplung. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4 55