Verfahren zum Winden von spiralförmigen Federn und zur Ausübung dieses Verfahret' dienende Federwindmaschine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Winden von spiral förmigen Federn.
Die Erfindung betrifft gleichfalls eine zur Ausübung dieses Verfahrens dienende Ma schine.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die Federn über einen Dorn zu wickeln, wird gemäss dem vorliegenden Verfahren das zur Bildung der Feder bestimmte Material gegen ein Formwerkzeug vorgestossen, derart, dass das Material sukzessive an mehreren Punkten dieses Werkzeuges anstösst und an diesen in eine, eine Federwindung ergebende Bahn ab gelenkt wird.
Vorteilhaft werden bei der FIerstelhuig. von spiralförmigen Federn das Formwerkzeug bildende Teile derart zwangläufig ausein- andergeschoben, dass die Bahn tangential zur Vorstossrichtung des Materials liegt, sich ent sprechend der vorgestossenen Materiallänge im Krümmungsdurehmesser vergrössert und den formgebenden Teilen je in einem Punkt tan- gential anliegt.
Die zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens dienende Federwindmaschine be sitzt Mittel zum Vorstossen des Materials und ein diesen gegenüberstehendes, mindestens zweiteiliges Formwerkzeug, das Führungs flächen aufweist, welche das an das Werkzeug vorgestossene Material abzulenken und umzu biegen bestimmt sind, so dass der gebogene Materialteil diesen Flächen tangential anliegt.
Die beiliegende Zeichnung zeigt eine bei- spielsweise Ausführungsform einer erfin dungsgemässen Maschine, an Rand von der im folgenden auch das Verfahren nach der Erfin dung beispielsweise erläutert ist.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise, wie das Winden einer Spiralfeder beginnt. Die Fig.2 ist eine ähnliche Ansieht bei fortgeschrittenem Herstellungsvorgang.
Die Fig.3 ist eine geometrische theore tische Darstellung des Herstellungsvorganges einer Spiralfeder und lässt erkennen, wie die das Formwerkzeug bildenden Teile verschoben werden müssen.
Die Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines auf Grund der Darstellung in Fig. 3 arbeitenden Formwerkzeuges.
Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt gemäss V=V der Fig. 4.
Die Fig. 6 ist eine Ansicht der vollständi gen Federwindmaschine.
Die Fig. 7 zeigt eine Einzelheit einer Aus führungsvariante zu Fig. 6.
Zum Winden einer Spiralfeder bedient man sich eines die Walzen 1, 2 der Fig. 1 und 2 aufweisenden Walzenstuhles, welche das zur Bildung der Feder bestimmte Material 3 in Richtung,des Pfeils 4 vorwärtsschieben.
Ein düsenartiges Führungsstück 5 leitet das Material gegen die zu seiner Vorstoss richtung geneigt liegende Fläche 6 einer Backe 7 des dreiteiligen, dem Walzenstuhl gegenüberstehenden Formwerkzeuges ?, 8, 9. Das Material wird hierdurch am jeweiligen Berührungspunkt seitlich zur Vorstossrich- tung abgelenkt, stösst gegen die zweite der neuen Vorschubriehtung gegenüber geneigt liegende Führungsfläche der Leiste 8 und wiederholt -diesen Vorgang ein drittes Mal gegen die entsprechend angeordnete Füh rungsfläche der Backe 9.
Nach jeder Ablenkung rutscht der da durch umgebogene Materialteil, tangential der formgebenden Fläche anliegend weiter, und es entsteht bald eine Schleife 10 (Fig.1).
'Würde man das Werkzeug in der in der letztgenannten Figur angegebenen Entfer nung x von den Walzen stehen lassen, so würde sich das Material in kreisförmigen Schleifen mit unverändertem Durchmesser aufwickeln und es entstünde eine Schrauben feder, falls die Führungsflächen des Werk zeuges mit der Ebene, in der die Ablenkungen erfolgen, einen derartigen Winkel bilden,
dass die nacheinander gebildeten Schleifen seitlich zur erwähnten Ebene ausbleichen können.
Dadurch aber, dass man während des Vor schubes des Materials das Werkzeug zwang läufig .von den Walzen 1, 2 entfernt und deren Teile 7, 9 auf der Leiste 8 gleichzeitig auseinanderstösst, entstehen in der Ablen kungsebene aneinander anschliessende Schlei fen, da der Krümmungsdurchmesser der Bahn des abgelenkten Materialteils immer grösser wird, mit anderen Worten, die in Fig. 2 sicht bare Spiralfeder 11 wird gebildet.
Ent sprechend der Vergrösserung des Krüxnmungs- durchmessers der Bahn ist das Formwerkzeug auf die Entfernung y von den Walzen ver schoben und sind seine Teile 7, 9 gleichzeitig entsprechend voneinander entfernt worden.
Die diesen Windvorgang selbsttätig ver richtende Maschine besitzt Mittel, durch welche diese Bewegung zwangläufig mit dem Materialvorstoss und gesetzmässig ausgeführt werden.
Was da zu geschehen hat, l.ässt sich mathe matisch ableiten, kann aber an Hand der geometrischen theoretischen Darstellung der Fig. 3 in genügend verständlicher Weise er klärt werden.
In dieser Figur sind eine Anfangs- und eine Endlage 7a, 8a, 9a und 7b, 8b, 9b der Werkzeugteile, das heisst der Backen 7 und 9, sowie der Leiste 8 dargestellt. Sie entsprechen den Biegungskreisen a und b des in Richtung des Pfeils 12 vorgestossenen Materials. Wei tere fünf dazwischenliegende Stellungen der Werkzeugteile und entsprechende Biegungs- kreise sind aufgezeichnet und verstehen sich ohne die Figur mit Bezugszeichen zu beladen.
Die lagenunveränderliche Vorstossrichtung 12 bedingt, dass alle Biegungskreise, das heisst alle sukzessive gebildeten Materialschleifen bei der Spiralfederherstelliing an dieselbe tangen- tial anschliessen. Sie tangieren auch die in den den betreffenden Kreisen, bzw. Material schleifen entsprechenden Lagen dargestellten beweglichen Führungsflächen.
Von einem unendlich klein gedachten Aus gangskreis, bzw. einer Anfangswindung, wel che dem Punkt A entsprechen würde, wächst ein senkrecht zur Backe 9 liegender Kreis durchmesser, bzw. der Krümmungsdurch- messer der Materialbahn in Richtung A-B, während sich vom jeweiligen Mittelpunkt B des Kreises, bzw.
dem Krümmungszentrum der -Bahn eine Parallele zur Vorstossrichtung als Krümmungsradius B-C senkrecht zur Leiste 8 ziehen lässt, die den Winkel zwischen Linie A-B und dem zu A-B und zur Füh rungsfläche der Backe 7 senkrecht liegenden Krümmungsradius B-C' und damit auch den von den beiden Backenflächen, die in ent gegengesetzter Richtung zur Vorstossrichtung geneigt sind, eingeschlossenen Winkel in zwei gleiche Teile teilt.
Auch sind die Winkel D-B-C und C-B-E einander gleich, und es liesse sich beweisen, dass sämtliche Punkte wie D und E je auf einer Geraden A-D bzw. A-E liegen.
Die soeben ermittelten Richtungen A-D und A-E würden dann denen der den Backen 7 und 9 mit Bezug auf die Leiste 8 zu erteilenden Verschiebungen entsprechen. Der dickere Kreisbogen 13 mit Pfeil entspricht dem den Führungsflächen des Werkzeuges eingeschriebenen Kreis in ihrer Stellung bei der Bildung der äussersten Schleife der Spiralfeder. Die soeben angeführte Theorie erfährt in folge der hohen Elastizität des zur Herstel lung von Federn angewandten Materials je doch eine Änderung.
Unelastisches Material, wie zum Beispiel Blei, würde wie angeführt gewunden werden, und sein Profil könnte die Backe 7 und die Leiste 8 ohne Zuhilfenahme der Backe 9 eindeutig bestimmen.
In Wirklichkeit ist aber das 1Iaterial hoch elastisch, so dass sich eine durch den blossen Einfluss von 12, 7 und 8 gebildete Schleife nach dem Durchgang durch das Formwerk zeug wieder sehr weit öffnen würde und statt einer archimedischen Spirale mit gleichmässi gen Windungsabständen eine Art logarith mische Spirale mit rasch wachsenden Win- dungsabständen entstehen würde. An der Backe 9 würde das Material nahezu wirkungs los vorbeigleiten.
Alus diesem Grunde ist diese Backe für die weitere Aufgabe ausgebildet, das Material bei der Windungsbildung so zu bremsen, dass es an die zwei für die Bildung der Spiralwin- dung verantwortlichen Flächen der Backe 7 und der Leiste 8 so stark angedrückt wird, dass die Blastizitätsgrenze des Materials über schritten wird und die beabsichtigte bleibende Formgebung eintritt.
Diese Bremswirkung wird am einfachsten durch Erhöhung des Reibungswiderstandes an der Backe 9 erzeugt, indem der Normal druck des Federmaterials auf die betreffende Fläche durch entsprechendes Neigen derselben stark erhöht wird. Deshalb dürfen bei elasti schem Material die nacheinander von den Führungsflächen des Werkzeuges gebildeten Winkel nicht je 450 sein, sondern es muss der Winkel zwischen der Richtung D-E der zwi- sehen den Backen liegenden Führungsfläche der Leiste 8 und der Führungsfläche der Backe 9 praktisch etwa 70 oder noch mehr sein,
was auch ausgedrückt werden kann als eingeschlossener Winkel von 20 oder weniger zwischen dieser Fläche und der zur Vorstoss richtung Parallelen B-C.
Es ergibt sich also praktisch, dass der durch die Führungsflächen der Backen 7 und 9 eingeschlossene Winkel nicht, wie in Fig. 3 dargestellt, durch die zur Richtung des Materialvorstosses Parallele durch den Win kelscheitel in zwei gleiche Winkel unterteilt. wird, sondern in ungleiche Winkel, derart, dass der kleinere auf der Seite der Backe 9 zu liegen kommt, über welche das die Schleife bildende Material das Formwerkzeug verlässt.
Entsprechend der soeben angeführten Theorie kann das Formwerkzeug wie als Bei spiel in den Fig. 4 und 5 dargestellt, gebaut werden.
Zwischen zwei durch nicht gezeichnete Mittel im Abstand voneinander festgehaltenen Führungsplatten 14, 15 ist in Nuten 16 dieser letzteren ein Schlitten 17 geradlinig in der an genommenen Vorstossrichtung des Materials verschiebbar geführt.
Senkrecht zu dieser Richtung stehend, trägt der Schlitten eine längsaufgeschlitzte Führungsleiste 18, durch deren Schlitz zwei Stifte 19, 20 greifen, die ihrerseits an beiden Enden in Schlitzen 21, 22 der Führungsplat ten 14, 15 geführt sind.
Gibt man diesen Führungsschlitzen die sich aus der soeben besprochenen Theorie er gebenden Neigungen der Linien A-E und A-D in bezug auf die Schlittenbewegungs richtung, so ist leicht ersichtlich, dass einer Verschiebung des Schlittens 17 eine zu dieser Verschieberichtung senkrechte Bewegung der Stifte längs der Leiste 18 entspricht, so dass eine gesetzmässig resultierende Bewegung der Backen gemäss den in Fig. 3 festgesetzten Richtungen <B>A -E</B> und A-D erfolgt.
Es lässt isich somit ohne weiteres die Füh- rungsleiste 18 als mittlerer Teil (8) des Form- werkzeuges benützen, vorausgesetzt, dass sie und die Stifte 19, 20 die den beiden andern Teilen 7, 9 entsprechenden Backen 23 und 24 mitbewegen. Wie abgebildet, ist die Führungs fläche der Backe 23 um 450 in bezug auf die mit der Vorstossrichtung parallele Schlitten- bewegungsrichtung geneigt, und diejenige der Backe 24, wie oben angeführt, in entgegen gesetzter Richtung um 200.
Dieser Winkel könnte noch kleiner sein, Die für den Aufwindvorgang nötige Be wegung der Werkzeugteile bewirkt eine Feder 25, die mit dem einen Ende am Schlitten zieht und deren anderes Ende, in 26, an den Führungsplatten verankert ist.
Für die gesetzmässige, zeitlich mit der Vor stossbewegung übereinstimmende Bewegung der Werkzeugteile kann eine mit den Förder- walzen des vorzustossenden Materials zwang läufig bewegungsverbundene Leitkurve vor gesehen sein, die einen Stift 27 in der Vor stossbewegung bewegt, an welchen ein Stift 28 des Schlittens 17 anliegt.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Federwind rnaschine trägt ein Gestell 29 den mit den Walzen 30 und 31 gebildeten Walzenstuhl, wobei die obere Walze 31 in dem in 32 an 29 angelenkten Balken 33 gelagert ist und durch die Druckfeder 34 auf die gegenüberliegende untere Walze 30 gedrückt wird.
Die Walzen sind durch gleich grosse, nicht dargestellte Zahnräder derart gekuppelt, dass sie sich in entgegengesetztem Drehsinn bewe gen, wenn die untere Walze 30 zum Beispiel dureh eine auf der hintern Seite angebrachte, nicht abgebildete Kurbel angetrieben wird.
Der zwischen die Walzen eingeführte Materialstreifen 35 für die Bildung einer Spiralfeder wird dadurch in Richtung des ein gezeichneten Pfeils gegen das Werkzeug 36 vorgestossen. Dieses Werkzeug entspricht genau dem der Fig. 4 und 5.
Zum Aufheben des durch die obere Walze 31 auf die untere Walze 30 ausgeübten Druckes, genügt es, den Balken 33 entgegen der Wirkung der Feder 34 zu verschwenken. Hiezu kann zum Beispiel in der Richtung 37 ein Kabel am Balken befestigt sein, das mit Hilfe eines Pedals fussbetätigt werden kann.
Hinten am Gestell 29 ist die Vorratsspule 38 für den Materialstreifen gelagert.
Das auf der Welle der Walze 30 sitzende, nicht sichtbare Zahnrad greift in ein grösseres, gleichfalls nicht sichtbares Zahnrad ein, des sen Welle 39 eine schneckenförmige Kurven scheibe 40 trägt mit einer der gesetzmässigen WerkzeugbewegLmg entsprechenden Leit- kurve, Gegen diese Kurvenscheibe liegt der Stift 41 einer in der Vorstossrichtung ver schiebbaren Kulisse 42 an, die den bei den Fig.4 und 5 beschriebenen Stift 27 trä;t, gegen welchen der Stift 28 des Werkzeug schlittens 17 anliegt.
Es ist somit leicht ersichtlich, dass der federbelastete Werkzeugschlitten (Feder 25) sich immer nur so weit bewegen wird, als es die Schneckenkurve 40 und die Kulisse 42 zu lassen, das heisst dass infolge der mechani schen Kupplung dieser Teile mit dem Antrieb des Walzenstuhls, die in bezug auf den Materialvorschub erwünschte zwangläufige Lagenänderung der Werkzeugteile stattfinden wird.
Der Stift 27 ist in der Kulisse 42 dank einer Stellschraube 43 längsverstellbar ange ordnet, so dass die Entfernung des Form- werkzeuges gegenüber dem Walzenstuhl ein gestellt werden kann.
Auf der Welle 39 ist eine Skalenseheibe 44 angeordnet und auf der auf der gleichen Maschinenseite liegenden Führungsplatte des Formwerkzeuges eine Skala 45, die die je weilige Lage des Werkzeugschlittens angibt.
Wie die Draufsicht der Fig. 7 zeigt, kann man ausserdem vorsehen, dass das Formwerk zeug in bezug auf die mit Pfeil eingezeich nete Richtung des Materialvorstosses aus der Aufwindebene auf einer Befestigungsscheibe 46 am Gestell 29 nach beiden Seiten um einen kleinen, auf einer Skala 47 ablesbaren Winkel verschwenkt werden kann.
Das auf der Vorr atspule 38 befindliche Material wird durch die Walzen von der Spule abgezogen und in Richtung des Formwerk stückes 36 wie angedeutet vorgestossen. Am Anfang gibt. man dem Material von Hand oder durch eine zusätzlich vorzusehende Vor richtung eine leichte Biegung nach oben. Nacheinander auf die drei Führungsflächen des Werkzeuges aufstossend, wird das Material wie eingangs erklärt spiralig aufgewunden.
Unter der Wirkung der Steuerung durch die Kurvenscheibe 40 entfernt sich der Schlit ten des Werkzeuges vom Walzenstuhl und be wirkt eine Bewegung cler V#lerkzeLLgteile, der art, dass tatsächlich eine Spirale entsteht. Die Länge des jeweils vorgestossenen, am Werkzeug umgebogenen Materials lässt sich auf der Skalenscheibe 44 ablesen, deren Drehung proportional derjenigen der Vor schubwalzen ist.
Ferner ist der jeweiligeKrümmungsdurch- messer der Bahn des Materials der einzelnen in Bildung befindlichen Federwindungen auf der die Lage des Werkzeugschlittens anzeigen den Skala 45 ablesbar.
Am Ende des Windvorganges versehwenkt man den Balken 33 nach oben und lässt den Werkzeugschlitten sich in seine linke End- stellung (Fig.6) bewegen, ohne dass durch den weiter angetriebenen Walzenstuhl weite res Material vorgeschoben wird. Es ist nun möglich, die gebildete Feder vom verbleiben den Material abzuschneiden und die Feder herauszunehmen.
Durch eine entsprechende Verstellung der Werkzeugteile lassen sich auch andere Arten an Federn auf dieser Maschine wickeln.
Windet man zum Beispiel mit. der gemäss Fig.7 ausgebildeten Maschine eine Spiral feder mit seitwärts auf der Drehscheibe 46 etwas verschwenktem Formwerkzeug, so haben die Windungen das Bestreben, seitlich, in Richtung der Windungsaehse, auszuweichen, je nach Mass der Verschwenkung und sowohl nach links oder nach rechts. Die erhaltene Peder ist in diesem Fall eine Kegelspirale.
Auf der Kulisse 42 sitzt ferner ein Hand rad 48, das nichts anderes ist, als eine auf einen Führungsbolzen 49 aufgeschraubte 32utter.
Durch Anziehen dieses Handrades kann die Kulisse 42 blockiert werden. In diesem Fall kann sich der Werkzeugschlitten und können sich die Werkzeugteile nicht mehr bewegen, da die zwangläufige Kupplung zwi schen der Bewegung des ersteren und dem Walzenstuhlantrieb aufgehoben ist. Das Ma terial wird also in kreisförmigen Windungen mit dem eingestellten gleichbleibenden Durch- niesser aufgewunden.
Lässt man es durch die oben angewendete Seitwärtsverschwenkung des Formwerkzeuges seitlich ausweichen, so erhält man eine zylin- drische Schraubenfeder von auf der Skala 45 ablesbarem Durchmesser und entsprechend dem auf der Skala 47 ablesbaren Wert ein gestellter Steigung.
An Stelle der beschriebenen Backen und Leiste könnten anders geformte Ablenkpunkte für das zu formende Material angeordnet werden, zum Beispiel in Gestalt von Bolzen oder dergleichen. Allerdings dürfte in diesem Fall die Steuerung der Ablenkpunkte kompli zierter werden.
Auch wäre es denkbar, die Lage des Form- werkzeuges in der Stossrichtung des Materials unveränderlich zu machen und den Walzen stuhl in bezug auf das Formwerkzeug gesetz mässig zu verschieben.