CH396521A - Spiralfeder und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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)

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.