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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung
einer zylindrischen Schraubenfeder gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1.
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Maßnahmen
zur Schwingungsdämpfung von zylindrischen Schraubenfedern,
auch als Spiralfedern bezeichnet, sind seit geraumer Zeit in den
unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. So ist aus
der
DD 272 339 A1 eine
Einrichtung zur Dämpfung von Eigenschwingungen zylindrischer
Schraubenfedern bekannt, welche im Wesentlichen eine im Innenraum
der zu bedämpfenden Schraubenfeder eine Walzenbürste
umfasst, deren Borsten zwischen die Windungen der Schraubenfeder
ragen und diese berühren. Die
DE 10 2004 016 101 B4 beschreibt
ein Federelement für eine Radaufhängung eines
Kraftfahrzeugs, welches ein mit einer Spiralfeder verbundenes Dämpfungselement
umfasst, das mit samt der Spiralfeder mit seinem einen oberen freien
Ende am Fahrzeugaufbau und mit seinem abgekehrten unteren freien
Ende an der Radaufhängung abgestützt ist. Das
Dämpfungselement besteht aus einem elastischen Faltenbalg,
mit einer zieharmonikaartigen Außen- und Innenwandung.
Die Windungen der Spiralfeder sind auf der Außenwandung
in rillenförmigen Einformungen im Bereich von Spitzen der
Außenwandung formschlüssig gehalten. Das Dämpfungselement
besteht beispielsweise aus PU-Schaum und deformiert sich elastisch
beim Einfedern der Spiralfeder. Schließlich ist aus der
DE 10 2005 007 637
A1 ein Pedalmodul, insbesondere ein Pedalmodul, das für
eine Gaspedalvorrichtung für ein Fahrzeug geeignet ist,
bekannt, wobei eine so genannte doppelte Spiralfeder zur Rückstellung
des Gaspedals, bestehend aus einer äußeren und
einer in derselben koaxial angeordneten inneren Spiralfeder, vorgesehen ist.
Um Schwingungen respektive Resonanzen der beiden Spiralfedern zu
verhindern, ist ein Dämpfungsteil vorgeschlagen, welches
faktisch für das Zusammenwirken der beiden Spiralfedern
ausgelegt ist. Im Wesentlichen ist besagtes Dämpfungsteil
aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Kautschuk, in
der Form einer langen flachen Platte ausgebildet, die ihrerseits
während der Montage u-förmig gebogen wird und
deren Schenkel, auch als Einsetzabschnitte bezeichnet, sozusagen
radial gegenüberliegend in die Beabstandung zwischen den
Spiralfedern eingesetzt werden, wobei der Boden des gebildeten „U"
zwischen zwei Spiralen der inneren Spiralfeder geschoben wird und
somit ortsfest gehalten ist. Es ist festzustellen, dass hier die
Dämpfungseigenschaft des Dämpfungskeiles lediglich
auf einen relativ geringen Umfangsabschnitt der beiden Spiralfedern
begrenzt ist, welches obendrein zu einer ungleichmäßigen
Belastung der Spiralfedern und demgemäß undefinierten
Federwirkung derselben führen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung
einer zylindrischen Schraubenfeder zu schaffen, die einfach und
kostengünstig herstell- sowie montierbar ist und äußerst
wirkungsvoll in ihren Dämpfungseigenschaften ist ohne die
Federeigenschaften ungünstig zu beeinflussen.
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Die
gestellte Aufgabe wird demnach durch eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung
einer zylindrischen Schraubenfeder gelöst, die wenigstens einen
Federeinsatz umfasst, der koaxial zur Schraubenfeder innerhalb eines
von den Federwindungen beschriebenen zylindrischen Hohlraumes der Schraubenfeder
angeordnet ist, wobei im Betrieb der Schraubenfeder eine Schwingungsdämpfung
derselben durch Reibkontakt zwischen der den zylindrischen Hohlraum
der Schraubenfeder beschreibenden Innenkontur zumindest einer Federwindung
und der Außenkontur des Federeinsatzes infolge einer Relativbewegung
zwischen der zumindest einer Federwindung der Schraubenfeder und
dem Federeinsatz durch axiale und/oder radiale Bewegung der zumindest
einen Federwindung gestattet ist. Darüber hinaus stabilisiert
der Federeinsatz im Betrieb die Schraubenfeder.
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Die
Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder
Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach
ist der wenigstens eine Federeinsatz zweckmäßigerweise
stabförmig ausgebildet. Gemäß einer ersten
vorteilhaften Ausgestaltungsvariante kann die in Reibkontakt mit
der zumindest einen Federwindung tretende Außenkontur des
wenigstens einen Federeinsatzes durch wenigstens drei in Längsrichtung
der Schraubenfeder sich erstreckende und gleichmäßig über
den Umfang des Federeinsatzes angeordnete sowie radial ausgerichtete
Stegelemente gebildet sein. Gemäß einer weiteren
möglichen Ausgestaltungsvariante kann es auch von Vorteil
sein, wenn die in Reibkontakt mit der zumindest einen Federwindung
tretende Außenkontur des wenigstens einen Federeinsatzes
durch ein in Längsrichtung der Schraubenfeder ausgerichtetes
Rohr- oder Stabelement gebildet ist. Das Rohr- oder Stabelement
kann hierbei einen rotationssymmetrischen oder einen vom rotationssymmetrischen
abweichenden Querschnitt nach Art eines Polygons mit spitzen oder
gerundeten Ecken aufweisen. Weiter ist vorgesehen, dass der wenigstens
eine Federeinsatz form-, kraft und/oder stoffschlüssig
mit zumindest einer Federwindung fest verbunden ist. Demgegenüber
kann der wenigstens eine Federeinsatz auch einenends mit einem die
Schraubenfeder tragenden Bauteil fest verbunden sein. Wie die Erfindung
noch vorsieht, kann zumindest die Reibungsfläche des wenigstens einen
Federeinsatzes durch einen in Grenzen harten Kunststoff oder durch
ein Elastomer gebildet sein, wobei sich als Elastomer ein Kunststoff
oder ein Kautschuk anbieten. Schlussendlich kann die wenigstens eine
Schraubenfeder durch eine Zug- oder Druckfeder in einem Fußhebelwerk
eines Kraftfahrzeugs gebildet sein.
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Die
Erfindung umfasst ferner ein Fußhebelwerk eines Kraftfahrzeugs
mit einer zylindrischen Schraubenfeder und mit einer Vorrichtung
zur Schwingungsdämpfung der Schraubenfeder der oben beschriebenen
Art.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung einer
zylindrischen Schraubenfeder hat im Hinblick auf herkömmliche
den wesentlichen Vorteil, dass mittels derselben während
des bestimmungsgemäßen Gebrauches der Schraubenfeder, gekennzeichnet
durch ein Ein- oder Ausfedern, eine Stabilisierung der Schraubenfeder
mit einer Schwingungsdämpfung wirkungsvoll kombiniert ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ausschnittsweise
einen mittels einer zylindrischen Schraubenfeder federkraftbelasteten Pedalhebel
eines Fußhebelwerkes eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung
zur Schwingungsdämpfung und
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2 die
Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung in einer perspektivischen
Einzelansicht.
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Demnach
zeigt 1 zunächst ausschnittsweise einen an
sich bekannten Pedalhebel 1 eines ebenso einschlägig
bekannten und demgemäß nicht näher gezeigten
Fußhebelwerkes. Der Pedalhebel 1 ist seinerseits
mittels einer zylindrischen Schraubenfeder 2, vorliegend
einer Zugfeder, federkraftbelastet derart, dass nach Betätigung
des Fußpedals durch einen Fahrzeugführer, dasselbe
selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückgeführt
wird.
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In
der Praxis sind bei Verwendung herkömmlicher Zugfedern
während des Fahrbetriebes und/oder durch die Betätigung
des Fußpedals selbst nachteilige Schwingungen der Schraubenfeder 2, vorliegend
der Zugfeder, zu verzeichnen, die ihrerseits mit Störgeräuschen
und einem unangenehmen Betätigungsgefühl für
den Fahrzeugführer einhergehen.
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Um
diesem Problem zu begegnen, ist eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung
der zylindrischen Schraubenfeder 2 vorgesehen, die ihrerseits wenigstens
einen Federeinsatz 3 umfasst.
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Dieser
Federeinsatz 3 ist nunmehr derart ausgebildet und koaxial
zur Schraubenfeder 2 innerhalb eines von den Federwindungen 4 beschrieben zylindrischen
Hohlraumes 5 der Schraubenfeder 2 angeordnet,
dass im Betrieb der Schraubenfeder 2 zum einen eine Stabilisierung
und zum anderen eine Schwingungsdämpfung derselben durch
Reibkontakt zwischen der den zylindrischen Hohlraum 5 der Schraubenfeder 2 beschreibenden
Innenkontur zumindest einer Federwindung 4 und der Außenkonter des
Federeinsatzes 3 infolge einer Relativbewegung zwischen
der zumindest einen Federwindung 4 der Schraubenfeder 2 und
dem Federeinsatz 3 durch axiale und/oder radiale Bewegung
der zumindest einen Federwindung 4 gestattet ist.
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Im
Wesentlichen ist bezweckt, dass an den Kontaktstellen zwischen der
zumindest einen Federwindung 4 und dem Federeinsatz 3 gespeicherte
Federenergie durch Reibung in Wärme umgewandelt wird, woraus
gemäß so genannter „Reibungsdämpfung"
die beabsichtigte Dämpfung der Federschwingungen resultiert.
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Für
den Fachmann ist sicherlich leicht nachvollziehbar, dass infolge
des Ein- und Ausfederns der Schraubenfeder 2 der Reibkontakt
mehr oder weniger groß ausgebildet ist, da für
die Schraubenfeder 2 während des bestimmungsgemäßen
Gebrauches derselben zum einen in axialer Richtung gesehen eine
Längung oder Verkürzung derselben und zum anderen
in radialer Richtung gesehen eine Durchmessererweiterung oder -verringerung
zu verzeichnen ist, die eine ständige Änderung
der Größe der Reibkraft bewirkt, wodurch nachteilige
Resonanzen vermieden werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Federeinsatz 3 stabförmig
ausgebildet und lässt sich demgemäß komfortabel
im zylindrischen Hohlraum 5 der Schraubenfeder 2 positionieren.
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Wie
insbesondere der 2 sehr gut zu entnehmen ist,
ist die in Reibkontakt mit der zumindest einen Federwindung 4,
vorliegend einer Mehrzahl von Federwindungen 4, tretende
Außenkontur des Federeinsatzes 3 durch wenigstens
drei, vorliegend vier in Längsrichtung der Schraubenfeder 2 sich
erstreckende und gleichmäßig über den
Umfang des Federeinsatzes 3 angeordnete sowie radial ausgerichtete
Stegelemente 6 gebildet.
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Besagte
Stegelemente 6 sind vorliegend im Querschnitt gesehen kreuzförmig
angeordnet, wodurch eine besonders vorteilhafte, d. h., statisch günstige
radiale Abstützung bzw. Stabilisierung der Schraubenfeder 2 bewerkstelligt
ist.
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Einer
der Stegelemente 6 ist seinerseits einenends radial außen
mit Übermaß ausgebildet und weist in diesem Bereich
eine Ausnehmung 7 auf, die ihrerseits einen Formschluss
mit einer Federwindung 4 gestattet, indem dieselbe während
der Montage des Federeinsatzes 3 in besagte Ausnehmung 7 einrastet.
Hierdurch wird eine definierte Lage des Federeinsatzes 3 innerhalb
der Schraubenfeder 2 gewährleistet.
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Selbstverständlich
kann es auch angezeigt sein und ist demgemäß durch
die Erfindung mit erfasst, mehrere derartige Ausnehmungen 7 zur
Verrastung, auch an verschiedenen Stegelementen 6 und an
verschiedenen Stellen derselben vorzusehen, sofern im Sinne der
Erfindung noch eine Relativbewegung zwischen zumindest einer Federwindung 4 und
dem Federeinsatz 3 gestattet ist. Ebenso ist die Erfindung
nicht auf eine formschlüssige Verbindung zumindest einer
Federwindung 4 mit dem Federeinsatz 3 beschränkt,
sondern umfasst auch an sich bekannte kraftschlüssige und/oder
stoffschlüssige Befestigungsmaßnahmen.
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Ferner
kann es auch angezeigt sein, den Federeinsatz 3 aus dem
zylindrischen Hohlraum 5 der Schraubenfeder 2 herausragen
zu lassen und diesen herausragenden Abschnitt des Federeinsatzes 3 mit einem
die Schraubenfeder 2 tragenden Bauteil, welches beispielsweise
der Pedalhebel 1 des Fußhebelwerkes sein kann,
fest zu verbinden (nicht näher gezeigt).
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Im
Rahmen von umfangreichen Versuchen wurden besonders gute Ergebnisse
hinsichtlich einer bestimmten Schwingungsdämpfung erzielt,
wenn zumindest die Reibungsfläche des wenigstens einen Federeinsatzes 3 durch
einen in Grenzen harten Kunststoff oder durch ein Elastomer, welches
ein elastischer Kunststoff oder ein Kautschuk sein kann, gebildet
ist.
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Zweckmäßigerweise
kann hierbei ein weitestgehend starres innenliegendes Grundelement nach
Art einer Armierung aus Kunststoff, Metall o. a. mit besagter außenliegender
Reibungsfläche beschichtet sein, wodurch zum einen der
gewünschten Stabilisierung der Schraubenfeder 2 und
zum anderen der Schwingungsdämpfung derselben besonders Rechnung
getragen wird (nicht näher dargestellt).
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Selbstverständlich
ist auch eine einstückige Variante dahingehend gestattet,
dass für den Federeinsatz 3 ein einheitlicher
Werkstoff, wie ein in Grenzen harter Kunststoff oder ein Elastomer,
Verwendung findet. Ein derartiger Federeinsatz 3 lässt
sich äußerst günstig nach einem an sich
bekannten Spritzgießverfahren herstellen.
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Die
Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die konkret
dargestellte Ausführungsvariante des Federeinsatzes 3 sondern
umfasst jedweden Federeinsatz 3, der seinerseits vorteilhaft
eine Stabilisierung der Schraubenfeder 2 mit einer wirkungsvollen Schwingungsdämpfung
derselben kombiniert.
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So
kann die in Reibkontakt mit der zumindest einen Federwindung 4 tretende
Außenkontur des wenigstens einen Federeinsatzes 3 auch
durch ein in Längsrichtung der Schraubenfeder 2 ausgerichtetes Rohr-
oder Stabelement gebildet sein, welches einen rotationssymmetrischen
oder einen von demselben abweichenden Querschnitt, vorzugsweise
nach Art eines Polygons mit spitzen oder gerundeten Ecken, die ihrerseits
mit der zumindest einen Federwindung 4 in Reibkontakt treten
können, aufweist (nicht näher dargestellt). Hinsichtlich
der Materialwahl orientiert sich dieses Ausführungsbeispiel
an dem vorbeschriebenen.
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Fernerhin
können zusätzlich zu dem einen Federeinsatz 3 weitere
gleichwirkende Federeinsätze 3 zum Einsatz kommen,
die dann innerhalb des Hohlraumes 5 der Schraubenfeder 5 koaxial
hintereinander angeordnet sind (nicht näher dargestellt). Eine
derartige Ausgestaltung der Erfindung bietet sich insbesondere dann
an, wenn die Schraubenfeder 2 auf ihrem Federweg, ggf.
in einer Hülse geführt Krümmungen oder
Abkantungen überstreichen muss.
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Durch
die Art der Ausbildung des Federeinsatzes 3, insbesondere
durch die Auswahl des Querschnittes derselben aus den oben beschriebenen, durch
die Wahl der Größe der Reibfläche und
die Anzahl der Reibungspartner, insbesondere definiert durch die
Anzahl der Federwindungen 4, die in Reibkontakt mit dem
zumindest einen Federeinsatz 3 stehen, ist in weiten Grenzen
eine definierte Einstellung vornehmlich der Schwingungsdämpfung
gestattet.
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Auch
beschränkt sich die Erfindung nicht auf oben beschriebene
Schrauben-Zugfeder sowie oben beschriebenen Anwendungsfall, sondern
kann gleichwirkend an Schrauben-Druckfedern sowie für jegliche
anderen denkbaren Anwendungfälle zum Einsatz kommen.
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- 1
- Pedalhebel
- 2
- Schraubenfeder
- 3
- Federeinsatz
- 4
- Federwindungen
- 5
- zylindrischer
Hohlraum
- 6
- Stegelement
- 7
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DD 272339
A1 [0002]
- - DE 102004016101 B4 [0002]
- - DE 102005007637 A1 [0002]