DE10127583C2 - Hülsenfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hülsenfeder gemäß Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Druckfedern, insbesondere aus Stahldraht gewendelte Druckfe­ dern, finden in der Technik vielfach Verwendung. Obwohl sie in der Funktion voll befriedigen, können sie dennoch in vie­ len Fällen nicht eingesetzt werden, weil sie ein zu großes Bauvolumen aufweisen.

Es hat daher bereits Versuche gegeben, sie durch rohrförmige Hülsenfedern aus Federstahl zu ersetzen, die grundsätzlich die Gestalt eines Hohlzylinders aufweisen, wobei der rohr­ förmigen Hülsenfeder durch eine Vielzahl von Ausnehmungen die gewünschte Elastizität in Achsrichtung gegeben wird.

Eine entsprechende Hülsenfeder ist beispielsweise in der WO 00/08353 A1 im Zusammenhang mit einer piezoelektrischen Ak­ toreinheit beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung wird Flachstahl nach einem Ausformen der Ausnehmungen auf das ge­ wünschte Maß zugeschnitten, der Zuschnitt gerollt und die so entstandene Rohrform mit einer vorzugsweise durch einen Laser erzeugten Längsschweißnaht fixiert. Es entsteht eine in Achs­ richtung elastische Rohr- oder Hülsenfeder.

Die Herstellung einer solchen Hülsenfeder ist allerdings recht aufwändig, insbesondere auch deshalb, weil bei der Fertigung Toleranzen einzuhalten sind.

Darüber hinaus ist aus der DE 848 456 B eine drehelastische Feder bekannt, deren Drehausschlag zum einen durch den Mantel der Drehachse und zum anderen durch die Innenwand eines sie umgebenden Hohlkörpers begrenzt wird. Die Drehfeder als solche hat im Ausgangszustand dreieckförmige Gestalt. Für eine Belastung in Achsrichtung ist diese bekannte Drehfeder nicht geeignet.

Aus der DE 827 365 B schließlich ist eine im wesentlichen spiralförmig gewundene Kegelfeder bekannt, bei der die spi­ ralförmigen Windungen gleichzeitig in Achsrichtung verzogen sind. Die Herstellung einer solchen Feder ist außerordentlich aufwändig und kommt daher für eine kostengünstige Massenfer­ tigung nicht in Frage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mit möglichst geringem Aufwand herzustellende Feder mit geringem Bauvolu­ men und einer hohen Federkonstanten in Achsrichtung zu schaf­ fen.

Die Lösung erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spiral-Hülsenfeder mit Windungsabstand sowie zugehörige Stirnansicht und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Spiral-Hülsenfeder ohne Windungsabstand sowie zugehörige Stirnansicht.

Wie die Fig. 1 (oben) erkennen läßt, ist die aus einem Feder­ stahlblech gefertigte Hülsenfeder 10 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 11 versehen, durch die die Hülsenfeder 10 eine Elastizität in ihrer Achsrichtung erhält.

Die in Umfangsrichtung länglichen Ausnehmungen 11 weisen in ihren Endbereichen 13 im wesentlichen kreisförmige Öffnungen auf, die über einen Bereich 14 mit geringerer Öffnungsbreite als die Endbereiche. 13 miteinander verbunden sind. Durch die Verformungsmöglichkeit einer solchen Hülsenfeder 10 erhält diese eine hinreichende Elastizität in Achsrichtung.

Es sind aber auch andere Gestaltungen der Ausnehmungen 11 möglich, die dann auch zu einer Änderung des Elastizitäts­ verhaltens der Hülsenfeder 10 führen. Zweckmäßigerweise werden die einzelnen Ausnehmungen 11 in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen aufeinander folgend angeordnet. Die jeweils in Achsrichtung der Hülsenfeder 10 nächste Reihe von Ausnehmungen 11 wird zweckmäßigerweise um eine halben Zyklus versetzt angeordnet. So ergibt sich eine optimale Verteilung der Ausnehmungen 11 über die Fläche.

Durch eine andere Gestaltung und Anordnung der Ausnehmungen 11 wird auch das Elastizitätsverhalten der Hülsenfeder 10 verändert.

Die Stirnansicht in Fig. 1 (unten) läßt erkennen, dass die einzelnen Windungen 15a, 15b, 15c und 15d der Spiral-Hülsen­ feder 10 mit Abstand zueinander angeordnet sind.

In Fig. 2 ist eine Hülsenfeder 10 in Seitenansicht und zuge­ höriger Stirnansicht dargestellt, bei der die einzelnen Win­ dungen 16a, 16b, 16c und 16d ohne Windungsabstand angeordnet sind und direkt aufeinander liegen. Bei einer solchen Anord­ nung kommt es bei den Federbewegungen im gewissen Umfang zu Reibeffekten, die in bestimmten Anwendungsfällen durchaus erwünscht sind, da auf diese Weise ganz gezielt eine Hyste­ rese in die Kraft-Weg-Kennlinie eingebracht werden kann.

Eine Zwischenlösung zwischen den beiden Lösungen mit bzw. ohne Windungsabstand kann erreicht werden, wenn - wie in Fig. 1, unten nur prinzipiell dargestellt - die zur Spirale zu wickelnden Bleche mit gleichmäßig verteilten Stegen 17 versehen werden, an denen die benachbarten Windungen direkt miteinander in Kontakt kommen. Die Breite solcher Stege 17 beeinflusst das Ausmaß der Reibeffekte und damit auch der Hysterese-Erscheinungen. In den Bereichen außerhalb der Stege 17 weisen die Windungen dagegen einen Abstand voneinander auf.

Die Spiral-Hülsenfeder 10 wird aus einem vorgestanzten Band gefertigt. Dabei werden durch Stanzen zunächst die Ausneh­ mungen 11 geschaffen. Der Stanzvorgang kann so gestaltet werden, dass ein gewisser Grat um die Ausnehmungen 11 ent­ steht, der durch den anschließenden Windungsvorgang ganz bewußt sowohl in den Innen- als auch in den Außenradius der Windung gelegt werden kann. Sofern dies gewünscht wird, kann der Grat aber auch nach dem Stanzvorgang entfernt oder durch ein Feinstanzen überhaupt vermieden werden.

Die vorliegende Spiral-Hülsenfeder 10 wird anders als beim Stand der Technik an ihren Enden nicht verbunden. Damit er­ gibt sich ein vereinfachter Fertigungsprozess. Insbesondere die bei einer Verbindung der Enden auftretenden Toleranzprob­ leme werden vermieden.

Durch den Wegfall der Schweißverbindung der Enden kann eine größere Vielfalt von Werkstoffen zur Anwendung kommen. Von besonderem Vorteil ist der mögliche Einsatz von gut verfüg­ baren/verformbaren und kostengünstigen Kohlenstoffstählen.

Grundsätzlich kann an Stelle einer bisher verwendeten Hülsen­ feder mit einer Banddicke von 1 mm zum Beispiel eine Spiral- Hülsenfeder der Banddicke von 0,5 mm mit 2 Windungen mit oder ohne Windungsabstand zum Einsatz kommen. Eine beim Stand der Technik notwendige Verbindung der Enden des Bandes aus Feder­ stahl erübrigt sich.

Über die Verteilung von Bereichen mit bzw. ohne Windungsab­ stand kann das Ausmaß der Reibeffekte beeinflusst werden, indem beispielsweise ein bestimmter Teil des Umfangs bzw. der einzelnen Windungen mit und ein anderer Teil ohne Windungsab­ stand gestaltet wird.

Insgesamt ergibt sich so eine Hülsenfeder 10 mit hoher Federkonstante bei geringem Bauvolumen, mit einem gezielt ein­ stellbaren Hysterese-Effekt bei einer vereinfachten Fertigung und erweiterter Werkstoffauswahl.

Claims (10)

1. Hülsenfeder, bestehend aus einem im wesentlichen hohlzy­ lindrischen Grundkörper mit einer Wandung mit einer Viel­ zahl von in Achsrichtung übereinander liegenden Reihen von Ausnehmungen zur Erzielung einer hinreichenden Elastizi­ tät, wobei die Ausnehmungen in benachbarten Reihen jeweils um einen halben Zyklus gegeneinander versetzt sind, da­ durch gekennzeichnet, dass die Wandung als Spirale mit offenen Enden gewickelt ist.

2. Hülsenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (11) in ihren Endbereichen (13) im we­ sentlichen halbkreisförmige Öffnungen aufweisen, die über einen Bereich (14) geringerer Öffnungsbreite als die End­ bereiche (13) miteinander verbunden sind.

3. Hülsenfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die einzelnen Lagen (16a, 16b, 16c, 16d) der Spirale ohne Windungsabstand unmittelbar aufeinander liegen.

4. Hülsenfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die einzelnen Lagen (15a, 15b, 15c, 15d) der Spirale mit Windungsabstand angeordnet sind.

5. Hülsenfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Ausnehmungen (11) um Stanzöffnungen handelt.

6. Hülsenfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzgrat am Innenradius der Spirale angeordnet ist.

7. Hülsenfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzgrat am Außenradius der Spirale angeordnet ist.

8. Hülsenfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein etwaiger Stanzgrat beseitigt oder durch einen Fein­ stanzvorgang ausgeschlossen ist.

9. Hülsenfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sie aus Federstahl besteht.

10. Hülsenfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Kohlenstoffstahl besteht.