CN203560344U - 波形弹簧 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种波形弹簧（2），其包括以大致圆环状的方式卷绕成的弹簧带（4），弹簧带（4）在周向上形成以径向参考平面振荡的波形线并且具有波峰（6）和波谷。圆环状弹簧带（4）的端部通过焊缝（10）相连，焊缝（10）置于弹簧带（4）的波形线上的介于波峰（6）和相邻的波谷（8）之间的低应力区域。

Description

波形弹簧

技术领域

本发明涉及一种波形弹簧。 

背景技术

波形弹簧作为轴向补偿元件或复位元件被以各种方式使用。为此，波形弹簧既被作为单独元件使用又被作为多个波形弹簧一起的组件使用，比如用在连接装置中。 

现有的波形弹簧通常是通过从弹簧带中冲压出来而制成。为此，在第一步骤中，弹簧垫圈从轧制的原材料中冲压出来，然后在下一个步骤中，成型成波形弹簧。圆形冲压产生大量的废料，因此对材料和物流带来更大的花费。此外，这样冲压成的波形弹簧通常具有不利的冲压边缘，而去除这些需要额外的滑动磨削的生产步骤。另外，这种冲压的波形弹簧的弹簧特性对于一些应用显示出不足，特别是对于将波形弹簧用于动态应力下的应用。 

实用新型内容

本发明所解决的问题是提供一种可靠的并且可经济生产的波形弹簧，其也非常适用于将波形弹簧暴露在动态应力下的应用。 

这个问题通过提供了一种波形弹簧来解决，波形弹簧2，包括以圆环状的方式卷绕成的弹簧带4，弹簧带4在周向上形成以径向参考平面振荡的波形线并且具有波峰6和波谷，其特征在于，圆环状弹簧带4的端部通过焊缝10相连，焊缝10置于弹簧带4的波形线上的介于波峰6和相邻的波谷8之间的低应力区域的波形线在径向参考平面区内的零交叉处。 

本发明的波形弹簧的优选实施例可从下述技术方案中获知。 

优选地，以圆环状方式卷绕的弹簧带4在周向上形成了一个以径向参考平面呈正弦振荡的波形线。 

进一步地，弹簧带4为扁平线材。 

进一步地，弹簧带4具有圆形的横截面。 

弹簧带4包括具有低碳含量的弹性硬质不锈钢材料。 

焊缝10是激光焊缝。 

进一步地，除了弹簧带4的材料之外，焊缝10不包括任何被引入的材料。 

进一步地，焊缝10包括除弹簧带4之外的被引入的材料。 

弹簧带4包括至少两个波峰6和两个波谷。本发明的波形弹簧实质上包括以圆环状的方式卷绕的弹簧带，弹簧带在周向上形成以径向参考平面振荡的波形线并且具有波峰和波谷。圆环状弹簧带的端部通过焊缝相连，焊缝置于弹簧带的波浪线上的介于波峰和相邻的波谷之间的低应力区域。 

波形弹簧上侧的波峰和波形弹簧下侧的波谷通常作为连接到波形弹簧上的附件的支撑面，轴向力通过该支撑面被传递到波形弹簧上。 

本申请主题的发明人已经发现，在波形弹簧上，最大应力的区域位于波形弹簧的波峰和波谷处，而介于波峰和相邻的波谷之间的区域受到比波峰和波谷小的压力。当波形弹簧受到压力时，轴向力通过波形弹簧的上和下支撑面被传递到波形弹簧。作用在波谷的轴向力与作用在弹簧带的波峰的力的作用相反。在位于波峰和相邻的波谷之间的某一点处，轴向上的反力相互抵消，从而在弹簧带上形成一个低应力区域。 

本发明的波形弹簧是不通过冲压制成的，而是通过弹簧带的卷绕，这是一种更加经济的选择，因为它既不产生任何废料也不需要后续的通过滑动磨削去除不利的冲压边缘的生产步骤。此外，卷绕弹簧带形成的波形弹簧产生了沿弹簧带的周向上的非常有利的纤维取向，这导致了非常好的弹簧特性和波形弹簧上的最佳的且均匀的力的分布以及最佳的和均匀的力的传输到波形弹簧上，使得本发明的波形弹簧尤其适合于动态应力。它防止波形弹簧内的局部应力差异，从而延长了波形弹簧的疲劳寿命。此外，纤维取向沿弹簧带的周向延伸，使得在弹簧带的端部，切边相对于纤维取向成倾斜角或成直角延伸。这样的纤维取向最适合于将弹簧带的端部焊接在一起，因为，力被这样均匀地传递到焊缝。此外，在这种情况下的由弹簧带变形导致的出现在波峰和波谷处的波峰和波谷的应力比在弹簧带上纤维取向分布不均匀的弹簧带要低。 

从面向生产的角度看，将焊缝设置在波形弹簧的波峰或波谷是有利的。然而，发明人已经发现，以这种方式设置的焊缝被暴露在高动态应力和由附件带来的摩擦力下，这往往会导致焊缝的快速磨损和断裂。 

考虑到这一点，发明人已经发现，一卷绕的波形弹簧，其端部位于弹簧带的波形线的介于波峰和相邻的波谷之间的低应力区域，且端部彼此通过在此位置的焊缝相连，卷绕的波形弹簧具有相当长的疲劳寿命和可靠性，即使这样，从面向生产的角度看，这样的波形弹簧的制造是比较困难的。 

置于波峰和相邻的波谷的焊缝承受相当小的应力，因为，正如发明人所发现的，这是一个低应力区域并且与附件不接触，从而由于摩擦产生的磨损能够被可靠地避免。这也使显著地降低在各自的被连接附件处发生的磨损成为可能，其中的磨损是由比如焊道造成的。此外，这实现了沿波形弹簧的圆周上的统一的波高，波高不受焊道的影响。另外，由位于波峰或波谷处的焊道造成的波形弹簧的附加应力可以被可靠地避免。 

此外，将焊缝置于波形弹簧的波峰和相邻的波谷之间还得到了波形弹簧的上侧和下侧的平坦的支撑面，其实现了从一个零件到波形弹簧之间的特别均匀的力的传输。这使得抵消可能由于某个非平坦的支撑面导致的波形弹簧的非对称行为成为可能。此外，这样波形弹簧的弹簧特性几乎不受焊缝的影响。由于焊缝被设置到波形弹簧的低应力区域，在焊缝的区域，弹簧带的初始最低拉伸强度下降到材料的基本强度，对弹簧特性没有或仅有非常小的影响。 

在制备本发明的波形弹簧时，弹簧带在介于波峰和相邻的波谷之间的弹簧带的低应力区域被切断。因此，切断面通常并非相对于纤维方向的直角延伸，直角延伸通常被认为非常有利于焊接，而相反地相对于纤维方向倾斜，这对焊接的要求更高。 

波形弹簧的弹簧刚度可以通过波形弹簧的波峰和波谷的各自的数量被改变。大量的波峰和波谷导致了具有高梯度的弹簧特性高弹簧刚度。 

改变波形弹簧的弹簧特性的另一种方法是，通过形成具有不同振幅的波峰和波谷的波形弹簧。这种波形弹簧具有连续增强的进步弹簧特性，其受到个体的波峰和波谷的高度和数量 的影响。 

根据本发明的第一个实施例，圆环状的弹簧带沿波形线延伸，该波形线以径向参考平面，尤其大体上正弦，振荡。焊缝位于波形线在径向参考平面区的零交叉处。 

如果弹簧带沿以弹簧片的径向参考平面正弦振荡的波形线延伸，那么各个波峰和波谷具有一致的高度，从而对于从波形弹簧下侧和上侧连接的附件形成平坦的支撑面。 

假设一条均匀延伸的正弦波形线，低应力区域位于弹簧带的波峰和相邻的波谷之间的中间。最低应力区域位于波形线的零交叉，并且通过将焊缝安置于波形线在径向参考平面区的零交叉处，作用于焊缝的力可以被最小化。这实现了最优的弹簧特性并且将应力导致的弹簧带的焊缝的磨损减少到最低。 

在本发明的进一步的实施例中，弹簧带为扁平线材。 

如果弹簧带为扁平线材，那么弹簧带具有矩形横截面。弹簧带优选地以横截面的窄边以圆环状的方式形卷绕。使用扁平线材的优点是在波形弹簧的下侧和上侧形成扁平的径向支撑面，从而确保沿轴向上均匀的力传输到波形弹簧上并且防止连接到波形弹簧的上侧或下侧的附件滑移。 

以矩形横截面的长边以圆环状方式卷绕弹簧带也是可能的，从而增加了波形弹簧的弹簧刚度。 

进一步地，扁平线材的使用允许采用轧制的弹簧线，其随后以圆环状的方式被卷绕。卷绕的弹簧线提供了沿圆形卷绕的波形弹簧的周向上的统一的纤维方向，因此提供了在弹簧带上均匀的力分布。 

在本发明的波形弹簧的进一步实施例中，弹簧带具有圆形的、卵圆形的或椭圆形的横截面。 

此外，弹簧线的其他横截面形状也是可能的。弹簧带的横截面的形状一方面影响波形弹簧的弹簧刚度，另一方面影响弹簧带上的应力的分布。弹簧带的对称的横截面提供了弹簧带内的均匀的应力分布。 

根据本发明的进一步的实施例，弹簧带由具有低碳含量的弹性硬质不锈钢材料制成。 

采用这样的材料防止在弹簧带的焊缝处形成新的硬化区。新的硬化区代表焊缝脆化，其降低了焊缝的强度，导致了焊缝的磨损或甚至损坏。通过使用具有低碳含量的弹簧带材料，可以可靠地避免在焊缝处形成新的硬化区。 

根据本发明的进一步的实施例，焊缝为激光焊缝。 

激光焊缝的优点在于，与其他焊接工艺相比，低的、集中的能量被传递到波形弹簧，从而防止波形弹簧受热引发的变形。此外，激光焊接允许从远距离焊接并达到难以接近的位置。激光焊接使在波峰和波谷之间的区域工作成为可能，与波形弹簧的弹簧带的波峰和波谷相比，波峰和波谷之间的区域更难以接近。激光焊接的另一个优点是可以在材料中制成任意的接缝形状。此外，焊接的接缝可以后续被改进，比如通过研磨焊道以得到平坦的弹簧带表面。 

根据本发明的进一步的实施例，除了弹簧带的材料之外，焊缝不包括任何被引入的材料。 

如果焊接过程不需要引入任何除了弹簧带的材料之外的材料，那么弹簧带的两个端部可直接焊接到一起，从而获得两个弹簧端部之间的最佳连接。为此，两个弹簧端部之间被设置成无间隔或非常小的间隔是必要的，以便得有足够的弹簧带材料用于形成焊缝。 

此外，焊缝包括除弹簧带的材料之外的被引入的材料也是可能的，这样使得由于生产流程的原因彼此更远距离间隔的弹簧带的端部焊接到一起形成环状波形弹簧成为可能。在这个过程中，优选地，被附加地引入到焊缝的材料与弹簧带的材料相同或类似。如果选择了与弹簧带材料不同的材料，应该优选具有低碳含量的，以保证焊缝的强度并防止焊缝裂化或脆化。 

本发明的另一个实施例包括具有至少两个波峰和两个波谷的弹簧带。 

波形弹簧的上侧和下侧的平坦的支撑面的规定需要弹簧带具有至少两个波峰和两个波谷。这也确保了在轴向上均匀的力传输到波形弹簧。 

另外，本发明包括用于制造波形弹簧的方法，包括下述步骤：以圆环状的方式卷绕弹簧线，其中弹簧带材料的纤维取向沿弹簧带的周向延伸；在其周向上沿以径向参考平面振荡的波形线成形弹簧带；切断弹簧带；并通过焊缝连接弹簧带的端部，其中焊缝位于弹簧带的波形线的介于波峰和相邻的波谷之间的低应力区域。 

这样的方法能相对快速和经济地被实施。它既不产生废料也不需要去除冲压毛刺的额外步骤。 

采用这样的方法制造的波形弹簧实现了上述优点，关于波形弹簧的描述的所有的实施例和因此获得的优点相应地适用于它的制造方法。 

在一个方法实施例中，弹簧带沿波形线被成形加工，该波形线关于径向参考平面，特别地上正弦，振荡，并且焊缝置于波形线在径向参考平面区的零交叉处。 

在进一步的实施例中，焊缝通过激光焊接的方式制造。 

附图说明

在下文中，将通过几个参考附图的实施例来更详细地说明本发明。 

图1示出了本发明的一个实施例中的波形弹簧的透视示意图； 

图2示出了图1中波形弹簧的放大的截面剖视示意图。 

具体实施方式

图1示出了圆环状波形弹簧2的透视示意图。 

波形弹簧2的弹簧带4沿波形线延伸，该波形线具有波峰6和波谷8并且该波形线在波形弹簧2的周向上，以径向参考平面振荡。在图1所示的实施例中，弹簧带4共包括8个波峰6和8个波谷8。 

在图1所示的实施例中，弹簧带4为具有矩形横截面的扁平线材。在这种情况下，弹簧带4以矩形横截面的窄边以圆环状的方式被卷绕。 

图1中所示的弹簧带4的波形线具有大致上正弦形状，波形线的每个波峰6和波谷8都具有相同的高度，并且波形线以相同的径向参考平面振荡。因为波峰和波谷具有相同的高度，得到了波形弹簧2的上侧和下侧的平坦的支撑面。 

另外，图1示出了示意性的焊缝10，在波形弹簧2的前方区域，其在弹簧带4的正弦波形线的介于波峰6和相邻的波谷8之间的零交叉处连接波形弹簧2的两个端部以形成封闭的 圆环。在图1的实施例中，焊缝10位于径向参考平面上，波形弹簧的弹簧带4关于该径向参考平面振荡。 

根据发明人的发现，承受最大应力的区域是那些弹簧带4的波峰6和波谷8处。这是因为波峰6和波谷8形成了对连接到波形弹簧2的附件的支撑面，轴向力通过该支撑面被传递到波形弹簧2。在波形弹簧受到的压力中，通过波峰6传递到弹簧带4的轴向作用力与作用在波谷8的轴向作用力的作用相反。在两个相邻的波谷8和波峰6之间的区域为低应力区域，其受到很小的压力。 

如图1所示，将焊缝10置于波形弹簧2的这样的低应力区域，因此获得的优点是焊缝承受了比当其置于波峰6或波谷8时更小的应力。这实现了焊缝10的低磨损以及非常高的疲劳寿命和可靠性。 

此外，位于波峰6和相邻的波谷8之间的焊缝10不会造成由于焊缝10和连接到波形弹簧2的上侧或下侧的附件的摩擦而产生的任何磨损。这也有助于焊缝10的长的疲劳寿命。图1所示的焊缝10不与连接到波形弹簧2的上侧或下侧的附件相接触。 

置于波峰6和相邻的波谷8之间的焊缝10对改变波形弹簧2的弹簧特性不明显。在焊缝10的区域，由于焊缝10置于波形弹簧2的低应力区域或无应力区域，最低拉伸强度下降到弹簧带4的材料的基本强度，其对波形弹簧2的弹簧刚度仅具有非常小的影响。 

采用具有矩形横截面的扁平线材作为弹簧带4提供了波形弹簧的上侧和下侧的扁平的径向支撑面，从而实现了沿轴向的均匀的力的传输并防止连接到波形弹簧2的支撑面的附件的滑移。 

图1中所示的弹簧带4特别地为轧制的弹簧线，其后续被以圆环状的方式卷绕。与冲压的弹簧线相比，卷绕的弹簧线具有沿圆形的卷绕的弹簧带4的周向上的一致的纤维方向。这实现了在弹簧带4上的均匀的力的分布。由于一致的纤维方向，轧制的并后续卷绕的弹簧材料更适于波形弹簧2的动态应用。 

此外，与冲压的弹簧带相比，轧制的弹簧带4没有冲压毛刺，并且弹簧带4的边缘均匀地延伸。因此，没有必要去除边缘的毛刺。 

此外，与冲压的波形弹簧相比，卷绕的弹簧带4更经济，因为与冲压零件相比，比如，它不产生任何废料，其节约达到95%的材料。 

在制造过程中，首先将弹簧带4卷绕成一个开口的环状波形弹簧，随后其端部通过焊缝10相连。 

波形弹簧2的示出的波峰6和波谷8的数量仅为示意性的，当然，其可能是任意数量的波峰6和波谷8，所述数量对波形弹簧2的弹簧刚度有影响。数量较大的波峰6和波谷8将，例如，当在轴向上受压时增加波形弹簧2的弹簧刚度，并急剧提升弹簧特性。 

此外，在弹簧带4上形成不同高度的波峰6和波谷8是可能的。通过这样做，弹簧特性可被单独地修改并展现出连续增强的进步梯度。 

图2示出了波形弹簧2的放大的截面12的剖视示意图。 

波形弹簧的截面12示出了弹簧带4的一个周期的正弦波形线，并且以点划线的方式示出了径向参考平面。从左到右，被示出的波形弹簧的截面12始于穿过径向参考平面的正弦波形线的零交叉，然后形成了一个波谷8，然后再次上升到零交叉并然后形成波峰6，并然后再次止于正弦波的零交叉。 

弹簧带4的端部，在卷绕工序后圆环状的弹簧带被切割的位置，其位于波谷8和波峰6之间的穿过弹簧带4的径向参考平面的低应力的零交叉处。这些弹簧带4的端部通过焊缝10连接。弹簧带4的纤维方向沿着弹簧带4的走向。焊缝10垂直于它延伸，焊缝10的主延伸方向相对于径向参考平面成40-50°角。通过将焊缝10设置于穿过弹簧带4的径向参考平面的低应力的零交叉处，作用在焊缝10的力可以保持很低。 

焊缝10特别地通过激光焊接的方式生产的。采用激光焊接可实现不同的接缝形状。激光焊接的优点在于，与其他焊接方式相比，低且集中的能量被传递到弹簧带4上，从而防止弹簧带4受热引发的变形。此外，激光焊接允许从相对远的距离焊接，并允许在难以接近的波形弹簧2的区域工作，例如，介于波峰6和相邻的波谷8之间的区域。 

焊缝10从弹簧带4的下侧延伸到其上侧，并在其下侧和上侧均有凹槽，其使得这个区域的焊缝10的材料强度略低于弹簧带4的材料强度。焊缝10的上侧比焊缝上下侧之间的区域宽很多，焊缝10的下侧比焊缝上下侧之间的区域略宽，焊缝上下侧之间的区域是定宽的并沿超过弹簧带4厚度的大约三分之二延伸。 

图2中的焊缝10不采用任何附加焊接材料通过激光焊接制成，这样弹簧带4的端部直接彼此焊接。可替代的，通过引入除了弹簧带4的材料之外的附加材料来生产焊缝10无疑是可能的。这将，特别地，来连接由于生产原因彼此距离较大的弹簧带端部，这样这个间隔必须由附加材料桥接。为了实现弹簧带材料和附加的材料之间的最佳的连接，采用的材料，特别地，与弹簧带4的材料相似或相同。附加采用的材料优选地具有低碳含量，以防止焊缝10形成裂纹。 

图1和图2中的波形弹簧2的弹簧带4包括具有低碳含量的弹性硬质不锈钢材料、弹簧钢。这样防止了形成新的硬化区，硬化区与焊缝脆化相关，从而具有更低的强度。 

波形弹簧2适用于各种应用。一个优选的应用是在连接装置中，其中单独的连接板彼此之间的通过在其中设置波形弹簧2在轴向间隔设置。这样的波形弹簧2处于动态应用中并且本发明的焊缝的设置被证明尤其对于这个应用有利。 

标号列表 

2  波形弹簧 

4  弹簧带 

6  波峰 

8  波谷 

10 焊缝 

12 波形弹簧的截面 

Claims (23)

1.波形弹簧（2），包括以圆环状的方式卷绕成的弹簧带（4），弹簧带（4）在周向上形成以径向参考平面振荡的波形线并且具有波峰（6）和波谷，其特征在于，圆环状弹簧带（4）的端部通过焊缝（10）相连，焊缝（10）置于弹簧带（4）的波形线上的介于波峰（6）和相邻的波谷（8）之间的低应力区域的波形线在径向参考平面区内的零交叉处。 

2.根据权利要求1所述的波形弹簧（2），其特征在于，以圆环状方式卷绕的弹簧带（4）在周向上形成了一个以径向参考平面呈正弦振荡的波形线。 

3.根据权利要求1所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）为扁平线材。 

4.根据权利要求2所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）为扁平线材。 

5.根据权利要求1所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）具有圆形的横截面。 

6.根据权利要求2所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）具有圆形的横截面。 

7.根据权利要求1-6中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括具有低碳含量的弹性硬质不锈钢材料。 

8.根据权利要求1-6中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）是激光焊缝。 

9.根据权利要求7所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）是激光焊缝。 

10.根据权利要求1-6中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，除了弹簧带（4）的材料之外，焊缝（10）不包括任何被引入的材料。 

11.根据权利要求7所述的波形弹簧（2），其特征在于，除了弹簧带（4）的材料之外，焊缝（10）不包括任何被引入的材料。 

12.根据权利要求8所述的波形弹簧（2），其特征在于，除了弹簧带（4）的材料之外，焊缝（10）不包括任何被引入的材料。 

13.根据权利要求9所述的波形弹簧（2），其特征在于，除了弹簧带（4）的材料之外，焊缝（10）不包括任何被引入的材料。 

14.根据权利要求1-6中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）包括除弹簧带（4）之外的被引入的材料。 

15.根据权利要求7所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）包括除弹簧带（4）之外的被引入的材料。 

16.根据权利要求8所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）包括除弹簧带（4）之外的被引入的材料。 

17.根据权利要求9所述的波形弹簧（2），其特征在于，焊缝（10）包括除弹簧带（4）之外的被引入的材料。 

18.根据权利要求1-6中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰（6）和两个波谷。 

19.根据权利要求7所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰（6）和两个波谷。 

20.根据权利要求8所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰 （6）和两个波谷。 

21.根据权利要求9、11、12、13、15、16、17中任一所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰（6）和两个波谷。 

22.根据权利要求10所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰（6）和两个波谷。 

23.根据权利要求14所述的波形弹簧（2），其特征在于，弹簧带（4）包括至少两个波峰（6）和两个波谷。 

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