CH396521A - Spiralfeder und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Spiralfeder und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Spiralfeder und Verfahren zu deren Herstellung Das Patent betrifft eine Spiralfeder mit sehr hohem Drehmoment und mit einer flachen Drehmoment kurve, welche Feder für die Verwendung in Instrumen ten usw. ausser Uhren bestimmt ist und aus Stahl oder einer Eisenlegierung besteht und der Querschnitt der einzelnen Federwindungen flach oder gekrümmt ist. Gegenstand des Patentes ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Spiralfeder. Bei solchen Federn liegen die verschiedenen Win dungen aneinander an, wenn die Feder gespannt ist. Wenn dagegen die Feder entlastet ist, bewirkt die Rei bung zwischen den verschiedenen Windungen, beson ders im Anfangsstadium der Bewegung, eine beträcht liche Verminderung des Drehmomentes, und die Dreh momentkurve wird verhältnismässig steil. Um diese Nachteile zu vermindern, wird oft ein dünner Ölfilm auf die Feder aufgetragen. Das Ergebnis eines solchen Ölauftrages bewirkt eine Haftung zwischen denjenigen Windungen, welche in enger gegenseitiger Berührung stehen. Dieses verhindert eine schnelle Energieabgabe. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass sich die Schmiereigenschaften des Öles durch Altern, d. h. Strukturänderungen des Öles, mit der Zeit verschlech tern. Es ist auch versucht worden, verschiedene Fest schmierstoffe, sogenannte Trockenschmiermittel wie z. B. Kunststoff aus Polymerisat, zu verwenden. Auch wurde versucht, eine äusserst dünne Schicht mit einer Dicke von 1 ,u und vorzugsweise %Z ,u zu verwenden, wobei gleichzeitig die flachen Seitenflächen der Feder ganz mit dem erwähnten Überzug bedeckt werden. Auch diese Versuche haben sowohl vom herstellungs technischen als auch vom funktionellen Standpunkt aus weniger befriedigende Resultate gezeitigt. Dementsprechend wurde schon lange die Notwen digkeit verspürt, die Eigenschaften von Spiralfedern durch Verminderung der Reibung zu verbessern und dadurch ein höheres Drehmoment oder eine flachere Drehmomentkurve zu erreichen. Die vorliegende Er findung bietet eine zufriedenstellende Lösung des vor liegenden Problems. Es wurde durch eingehende Versuche ermittelt, dass bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die Federn mit einem nachstehend beschriebenen Kunststoff be schichtet werden. Die Spiralfeder nach dem Patent ist dadurch ge kennzeichnet, dass die während des Spannens der Feder in gegenseitige Berührung gebrachte Flächen der Federwindungen eine Polyhalogenalkenschicht auf weisen, deren grösste Schichtdicke 2-15,u beträgt. Das Verfahren zur Herstellung dieser Spiralfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwickeln der Feder die Flächen der Federwindungen, welche beim Spannen der Feder miteinander in Berührung kommen, mit einer Schicht aus Polyhalogenalken von 2-5 ,u Dicke versehen werden. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt; es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht der montierten Spiralfeder, Fig. 2 einen Querschnitt einer Windung der Feder, Fig.3 einen Querschnitt zweier Windungen der Feder und Fig. 4 einen Querschnitt einer leicht gekrümmten Windung. Gemäss Fig. 1 bezeichnet 1 ein Federgehäuse, 2 eine Spindel, um welche die Feder aufgewickelt ist, und 3 eine Spiralfeder in gespanntem Zustand. Gemäss Fig. 2 bezeichnet 4 die Windung einer Feder, welche aus Stahl oder einem anderen für die Federherstellung ge eignetem Material besteht. Entlang der ganzen Länge der Feder sind auf deren beiden Seiten und vorzugs weise in der Mitte Bänder 5 und 6 aus Polyhalogen alken befestigt. Die Breite der Bänder 5 und 6 ist be- trächtlich kleiner als diejenigen der Feder und liegt im Bereich von der Federbreite, obwohl die Bänder auch gleich breit sein können wie die Feder. In gewis sen Fällen kann die Breite der Bänder zwischen 1/4 1/1o variieren. Mit einem bandförmigen Überzug, welcher schma ler ist als die Feder, wird eine schmalere Berührungs fläche und gleichmässiger verteilte Reibung und Haf tung zwischen den Federwindungen erzielt. Es ist auch von Vorteil, dass in den Randzonen der Feder keine Beschichtung vorhanden ist, was deren Manipulation erleichtert. Gemäss Fig.3 sind die Bänder 8 und 9 auf der Feder 7 in der Mitte dicker, was bedeutet, dass sie nach oben eine konvexe Fläche aufweisen, so dass die Kontaktfläche kleiner wird. Die Feder 10 gemäss Fig. 4 ist im Querschnitt gebogen. Die Schichten 11 und 12 können eine gleichmässige Dicke aufweisen oder kön nen, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Mitte dicker sein. Ein besonderer Vorteil bei der oben genannten Be schichtung stellt die Tatsache dar, dass sie vor dem Auf wickeln der Feder aufgebracht werden kann, wodurch eine kontinuierliche Behandlung der schmalen, aus breiteren Bändern ausgeschnittenen oder als Flach draht gewalzten Bändern möglich ist, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, nach welchen jede Feder nach dem Ausschneiden und Aufwickeln einzeln be handelt wird. Dadurch wird eine Vereinfachung des Beschichtungsvorgangs erzielt. Zudem wir die ganze Federherstellung vereinfacht, weil es der Hersteller des Federnmaterials ist, welcher eine Behandlung vorneh men muss und nicht jeder einzelne Federnfabrikant, welcher dazu auch die dazu nötigen Maschinen an kaufen muss. Damit es möglich wird, diese Beschichtung vor dem Aufwickeln der Feder vorzunehmen, muss der Überzug aus Polyhalogenalken bestehen, weil dieses Material durch das Aufwickeln nicht beschädigt und seine physikalischen Eigenschaften durch das nachfolgende Anlassen der Feder nicht verändert werden. Dieses Material ist auch sehr alterungsbeständig, im Gegensatz z. B. von Öl. Das verwendete Polyhalogenalken kann z. B. Polyhalogenäthylen sein oder das besonders gut geeignete Polytetrafluoräthylen oder Polymonochlor- trifluoräthylen. Damit der Überzug zufriedenstellende Ergebnisse liefert, muss seine Dicke in gewissen Grenzen liegen. Eine sehr dünne Schicht in der Grössenordnung von 1 ,u oder weniger kann nur sehr schwer gleichmässig aufgetragen werden, wodurch die Gefahr entsteht, dass gewisse Federteile nur schlecht oder gar nicht ge schmiert werden, besonders da es sich gezeigt hat, dass beim Aufwickeln und beim Anlassen der Feder eine gewisse Dickenabnahme der Schmierschichten eintritt. Eine zu dünne Schicht kann auch bei der Manipulation der Feder in Zusammenhang mit den genannten Be handlungen, beim Einsetzen der Feder in das Feder gehäuse und auch infolge der Abnützung während der Benützung der Feder beschädigt werden. Zudem kann eine ganz dünne Schicht nur schwierig gesehen werden, so dass es schwierig ist, festzustellen, ob die Feder über haupt eine Schmierschicht aufweist oder nicht. Ander seits darf die Schicht auch nicht zu dick sein, da das Überschreiten eines gewissen Grenzwertes zusätzliche Kosten ohne Verbesserung der Schmiereigenschaften bringt. Entscheidend für die Festsetzung der oberen Grenze ist oft die Bedingung, dass die Schmierschicht nicht einen zu grossen Raum im Federgehäuse ein nehmen soll. Es hat sich gezeigt, dass die Schmierschicht eine Dicke von 1-10 % der Federdicke haben soll. Bei Federn, welche 0,05-0,25 mm dick sind, hat sich eine Schichtdicke von 2-7,u als günstig erwiesen. In der Regel sollte die Dicke bei solchen Federn 2-4 ,u und oft sogar nur 2-3,u betragen. 2,5,u ist ein guter Mittel wert. Bei etwas grösseren Federn von 0,25-0,5 mm Dicke, welche für Filmkameras usw. bestimmt sind, kann die obere Grenze der Schichtdicke bei 15,u liegen. Im allgemeinen wird das Beschichtungsmaterial als Wasserdispersion aufgetragen. Um die Dispersion sta bil zu halten, wird ein oberflächenaktiver Stoff ver wendet. Ein Netzmittel kann auch zugesetzt werden. Die Partikeln der Dispersion werden durch Sintern miteinander verbunden, wodurch die Schicht Festform annimmt und auf der darunterliegenden Stahlober fläche haftet. Das Sintern muss vor dem Aufwickeln der Feder stattfinden. Das Anlassen bei einer Tempe ratur von 350-500 C, welches bei gewissen Federstäben und -legierungen erforderlich ist, verschlechtert die physikalischen Eigenschaften der Schicht nicht, im Gegensatz zu Beschichtungen aus einem anderen Material wie z. B. Molybdändisulfid und Graphit. Seit langem ist es Sitte, Öl zum Schmieren der Federn zu verwenden. Das Öl hat in diesem Zusam menhang zwei Funktionen, nämlich die Reibung zu verhindern und als Korrosionsschutz zu dienen. Auch bei Festschmierstoffen hat sich Öl als Korrosions schutz als unentbehrlich gezeigt. Öle jedoch haben den Nachteil, dass sie altern, wodurch ihre Eigenschaften stark verschlechtert werden. Deshalb muss die Feder nach einiger Zeit gereinigt und wieder frisch geölt werden. Unter der Voraussetzung, dass das Federmaterial in bezug auf die Arbeitsumstände der Feder genügend korrosionsfest ist, müssen keine zusätzlichen Mittel zum Schutz der Feder gegen Korrosion verwendet werden. Durch Beschichten der nichtrostenden Feder nach dem vorliegenden Verfahren ergibt sich der Vor teil, dass überhaupt kein Öl mehr verwendet werden muss. Dadurch wird die lange Lebensdauer, d. h. die hohe Dauerfestigkeit des nichtrostenden Stahles, voll ausgenützt, da das Federgehäuse nicht mehr zum Rei nigen und Ölwechsel geöffnet werden muss, so dass das Federgehäuse während der ganzen Lebensdauer der Feder geschlossen bleiben kann. Der Vorteil des kor rosionsfesten Materials ist besonders in dem Fall klar, wo der Überzug die Form eines Bandes hat, welches schmaler ist als die Feder, da die urbeschichteten Ober flächen der Feder sonst der Korrosion unterliegen würden. Das vorliegende Verfahren ist besonders für nicht rostende Stähle geeignet, welche z. B. aus 0,07-0,20 C, 0-0,1 % N, 14-20 /p Cr, 7-12 % Ni, 0,2-2 % Si, 0,4-2 ,/o Mn, 0-4 % Mo, 0-10 ä Co und einem Rest von Eisen mit den üblichen Verunreinigungen bestehen. Die Herstellung von Federn aus diesem Stahl geht von Bändern oder Draht aus, welcher durch Kaltbearbei tung, wie z. B. Kaltwalzen oder Kaltziehen und Kalt walzen im Querschnitt mehr als 50 % und vorzugs weise 80-95 X, verringert wird, worauf eine Wärme behandlung im Temperaturbereich von 350-500 C vorgenommen wird, in welchem Temperaturbereich, wie schon erwähnt, der Überzug keinen Schaden leidet. Das vorliegende Verfahren bringt nicht eine Ver einfachung der Herstellung, sondern eine Verbesserung der funktionellen Eigenschaften der Feder. Alle Feder teile erhalten eine Schmierschicht von genügender Dicke, um ein zufriedenstellendes Funktionieren wäh rend der ganzen Lebensdauer der Feder zu erhalten, so dass eine absolut wartungsfreie Feder mitlanger Lebens dauer erhalten wird. Die gemäss vorliegendem Verfah ren hergestellten Federn sind durch ein hohes Dreh moment und ein gleichmässigeres Ablaufen als die be kannten Federn gekennzeichnet.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH 1 Spiralfeder mit hohem Drehmoment und flacher Drehmomentkurve, welche Feder aus Stahl oder einer Eisenlegierung besteht und der Querschnitt der einzel nen Federwindungen flach oder gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Spannens der Feder in gegenseitige Berührung gebrachten Flächen der Federwindungen eine Polyhalogenalkenschicht aufweisen, deren grösste Schichtdicke 2-15 ,u beträgt. UNTERANSPRÜCHE 1. Spiralfeder nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schichtdicke 2-7 ,u beträgt. 2.Spiralfeder nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schichtdicke 2-4,u beträgt. 3. Spiralfeder nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schicht aus einem Band besteht, dessen Breite kleiner ist als die Breite der Feder. 4. Spiralfeder nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass dieses Band zentral und in einem Abstand von den Längskanten der Feder liegt. 5. Spiralfeder nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Breite des Bandes höchstens 1/, vorzugsweise 1/3 1/ss, der Federbreite beträgt. 6.Spiralfeder nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schicht aus Polyhalogenäthylen, Polytetrafluoräthylen oder Polymonochlortrifluoräthy- len besteht. 7. Spiralfeder nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Feder aus einem nichtrostenden Stahl oder aus einer korrosionsbeständigen Legierung besteht. PATENTANSPRUCH 11 Verfahren zur Herstellung der Spiralfeder nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwickeln der Feder die Flächen der Feder windungen, welche beim Spannen der Feder miteinan der in Berührung kommen, mit einer Schicht aus Polyhalogenalken von 2-15 ,u Dicke versehen werden.UNTERANSPRÜCHE B. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schicht durch Sintern auf die Feder aufgebracht wird. 9. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schicht in Form von Partikeln, d. h. in Form einer Dispersion aufgebracht wird, wel che Partikeln beim Sintern zusammenbacken, so dass die Schicht fest wird und gleichzeitig an der Feder haftet. 10. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Feder nach dem Sintern einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 350 bis 500 C im Zusammenhang mit dem Aufwickeln unterzogen wird.
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