-
Die Erfindung betrifft eine Zugfeder aus einem Drahtmaterial mit einer Mehrzahl von schraubenförmigen Windungen.
-
Bei Drehmomentübertragungseinrichtungen werden Kraftspeicher zur Drehmomentübertragung und Schwingungsdämpfung eingesetzt. So werden beispielsweise bei Kupplungsscheiben oder bei Zweimassenschwungrädern Schraubendruckfedern eingesetzt, die in Fenstern zwischen zwei zueinander verdrehbar angeordneten Scheiben im Drehmomentfluss angeordnet sind.
-
Auch sind Tellerfederstapel als Kraftspeicher für Drehmomentübertragungssysteme bekannt, die eine degressive Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen. Allerdings weisen Tellerfederstapel die Eigenschaft der Reibung zwischen den einzelnen Tellerfedern des Tellerfederstapels auf, was die Charakteristik des Tellerfederstapels beeinträchtigt.
-
Auch werden Zugfedern bei Drehmomentübertragungssystemen verwendet, wobei diese eine lineare Kennlinie aufweisen oder aus mehreren Federn zusammengesetzt sind. Aus der
DE 943 150 B sind Zugfedern bekannt, die aus zwei Zugfedern gebildet sind und die ineinander geschraubt sind.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Zugfeder als Kraftspeicher insbesondere für ein Drehmomentübertragungssystem zu schaffen, die einen degressiven Kennlinienverlauf aufweist aber dennoch einfach aufgebaut ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Zugfeder mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht eine Zugfeder vor, die aus einem Drahtmaterial gefertigt ist, mit einer Mehrzahl von schraubenförmigen Windungen, wobei die Windungen in zumindest zwei Gruppen aufteilbar sind, wobei zumindest eine erste Gruppe von Windungen derart ausgebildet ist, dass die Windungen unter einer Vorspannung aneinander anliegen. Dadurch kann bei einer ersten Krafteinwirkung die Kraft nur entgegen der Rückstellkraft einer Gruppe von Windungen wirken, weil die Gruppe von Windungen mit der Vorspannung als solche nicht an der Rückstellwirkung beteiligt ist, sondern homogen geschlossen verbleibt, solange die Vorspannung nicht überwunden ist. Erst nach Überschreiten der Vorspannung heben die Windungen der Gruppe mit Vorspannung voneinander ab und nehmen an der Rückstellwirkung teil. Dies bewirkt, dass vor der Überschreitung der Vorspannung eine Federkennlinie mit im Wesentlichen linearer Charakteristik resultiert und nach Überschreiten der Vorspannung die Gruppe der Windungen mit Vorspannung ergibt sich eine Kennlinie mit einer Charakteristik, die eine reduzierte Steigung aufweist.
-
Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine zweite Gruppe von Windungen vorgesehen ist, deren Windungen voneinander beabstandet sind oder ohne Vorspannung aneinander anliegen.
-
Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Gruppen von Windungen mit Vorspannung vorliegt, wobei die Vorspannung der Windungen in jeder Gruppe gleich ist oder in zumindest einzelnen Gruppen gegenüber zumindest einer anderen Gruppe variiert. Dadurch kann eine Kennlinie erzeugt werden, die sich durch eine vielfältig variierende Steigung kennzeichnet.
-
Dabei ist es zweckmäßig, wenn zwei Gruppen von Windungen in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, wobei eine Gruppe als eine erste Gruppe von Windungen derart ausgebildet ist, dass die Windungen unter einer Vorspannung aneinander anliegen und wobei eine Gruppe als eine zweite Gruppe von Windungen ausgebildet ist, deren Windungen voneinander beabstandet sind oder ohne Vorspannung aneinander anliegen.
-
Auch ist es zweckmäßig, wenn N1 die Anzahl der Windungen der ersten Gruppe ist und N2 die Anzahl der Windungen der zweiten Gruppe ist und N1 bevorzugt gleich N2 ist oder |N1 – N2| < 5 ist. Dadurch wird eine Zugfeder erzeugt, die hinsichtlich ihrer Längendehnung der einzelnen Gruppen im Wesentlichen unproblematisch ist, weil keine der Gruppen im Vergleich zu einer anderen Gruppe eine übermäßige Längendehnung aufweist.
-
Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest zwei erste Gruppen von Windungen vorgesehen sind, die durch zumindest eine Windung ohne Vorspannung oder durch eine zweite Gruppe von Windungen voneinander getrennt sind. Dadurch kann auch eine einfache Zugfeder mit degressiver Kennlinie erzeugt werden.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Mehrzahl von ersten Gruppen von Windungen vorgesehen sind, die jeweils durch zumindest eine Windung ohne Vorspannung oder durch eine zweite Gruppe von Windungen voneinander getrennt sind.
-
Auch ist es zweckmäßig, wenn die eine Windung zwischen den ersten Gruppen von Windungen eine anteilige Windung, eine ganze Windung oder mehr als eine Windung sein kann. Dadurch wird erreicht, dass der Übergang zwischen zwei Gruppen mit Vorspannung optimal erreicht werden kann.
-
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Drahtmaterial ein Material mit rundem oder ovalisiertem Querschnitt ist. Dadurch kann ein kostengünstiges Drahtmaterial verwendet werden, dass einfach in der Fertigung verwendbar ist.
-
Auch kann es zweckmäßig wein, wenn das Drahtmaterial Berührbereiche aufweist, an welchen sich gegenüberliegende Windungen berühren oder berühren könnten, wobei der Querschnitt des Drahtmaterials in den Berührbereichen abgeflacht ist. Dies führt dazu, dass die Berührbereiche sich aufgrund der Vorspannung nicht gegeneinander verschieben.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
-
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Zugfeder,
-
2 eine Kennlinie einer erfindungsgemäßen Zugfeder,
-
3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zugfeder, und
-
4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zugfeder.
-
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schraubenfeder im Schnitt, die als Zugfeder 1 ausgebildet ist. Dabei ist in der 1 im oberen Bildteil ein Abschnitt der Zugfeder 1 mit zwei Windungen 2, 3, gezeigt, die an einem Berührpunkt 4 aneinander anliegen. Die beiden Windungen 2, 3 liegen mit einer Vorspannung an aneinander an. Dies ist dadurch dargestellt, dass die nächste Windung 5 nach der Windung 3 so gewickelt wäre, dass sie die punktierte Anordnung in der oberen Darstellung der 1 einnehmen würde, wenn die nicht durch die Windung 3 verhindert werden würde. Da dies aber auf Grund der Anwesenheit der Windung 3 nicht möglich ist, legt sich die Windung 5 neben die Windung 3 gemäß der unteren Darstellung der 1 an, wobei im oberen Bildteil die punktierte Anordnung gegenüber der Windung 3 eine Überschneidung h1 aufweist und die Windung 5 mit der punktierten Anordnung 6 im unteren Bildteil der 1 eine Überschneidung h2 aufweist. Die Überschneidung h1 plus die Überschneidung h2 ergibt in der Summe den Durchmesser des Drahtmaterials 7 der Zugfeder 1.
-
Die Zugfeder 1 der 1 ist nur ausschnittweise dargestellt, um die Herstellung der Vorspannung der Windungen 2, 3 gegeneinander zu erläutern. Im Querschnitt ist das Drahtmaterial 7 im Ausführungsbeispiel der 4 rund dargestellt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte der Querschnitt auch ovalisiert ausgebildet sein. Auch könnten die Berührbereiche der jeweils aneinander liegenden Windungen 2, 3 abgeflacht sein, so dass kein linienförmiger Kontakt zwischen den einzelnen Windungen sondern ein mehr flächiger Kontakt vorhanden wäre.
-
Die 2 zeigt eine Kennlinie 10 einer Zugfeder 1, bei welcher die Kraft in kN über der Dehnung in mm aufgetragen ist. Dabei ist zu erkennen, dass ab einer Dehnung von 0 mm bis zu einer Dehnung von etwa 2 mm die Kennlinie eine erste Steigung 11 aufweist, wobei ab der Dehnung von etwa 3 mm bis zur Dehnung von etwa 7 mm die Kennlinie eine zweite Steigung 12 aufweist. Die erste Steigung 11 ist steiler als die zweite Steigung 12. Im Ausführungsbeispiel der 2 beträgt die erste Steigung 11 etwa 0,172 kN/mm, wobei die zweite Steigung 12 etwa 0,056 kN/mm beträgt. Die Steigung der Zugfeder ohne Berücksichtigung der vorgespannten Bereiche ist somit etwa dreifach so steif als die Zugfeder unter Berücksichtigung der vorgespannten Bereiche und nach Überwindung der Vorspannung. Der Übergang zwischen diesen beiden Bereichen erfolgt ab etwa 2 mm Dehnung der Zugfeder, ab etwa 0,3 kN Zugkraft.
-
Die 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zugfeder 20, wobei die Zugfeder 20 eine erste Gruppe 21 von Windungen aufweist und eine zweite Gruppe 22 von Windungen. In den beiden Gruppen 21, 22 ist die Zugfeder 20 mit Windungen 23, 24 ausgebildet. In der Gruppe 22 sind Windungen 23 angeordnet, die beabstandet voneinander ausgebildet sind, wobei keine Vorspannung zwischen den einzelnen Windungen 23 vorliegt. In der Gruppe 21 sind Windungen 24 vorgesehen, bei welcher die Windungen 24 aneinander anliegen, so dass benachbarte Windungen 24 jeweils mit einer Vorspannung aneinander anliegen.
-
Bei Zugbeanspruchung der Zugfeder werden erst die Windungen 23 ohne Vorspannung gedehnt, bevor nach Übersteigen der Vorspannung auch die Windungen 24 gedehnt werden. Vor Erreichen der Vorspannung liegen die Windungen 24 als ungedehnter Block vor. Nach Überschreiten der Vorspannung liegen quasi zwei Federn mit zwei Federkonstanten D1, D2 vor, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Der Kehrwert der Gesamtfederkonstante D ist dann die Summe der Kehrwerte der einzelnen Federkonstanten D1, D2 mit: 1/D = 1/D1 + 1/D2.
-
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum eine Zugfeder 30 im Schnitt dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Windungen 31 in verschiedene Gruppen 32, 33, 34 und 35 gruppiert sind, wobei jede Gruppe 32, 33, 34 und 35 jeweils zwei Windungen 31 zugeordnet sind, die mit einer Vorspannung aneinander anliegen. Zwischen den Gruppen 32, 33, 34 und 35 sind Lücken 36 zwischen den Windungen 31 vorgesehen, sodass die Gruppen 32, 33, 34 und 35 jeweils durch Windungen 31 ohne Vorspannung untereinander getrennt sind.
-
Bei Zugbeanspruchung der Zugfeder werden erst die Windungen ohne Vorspannung gedehnt, bevor nach Übersteigen der Vorspannung auch die Windungen der Gruppen mit Vorspannung gedehnt werden. Vor Erreichen der Vorspannung liegen die Windungen der Gruppen jeweils als nicht gedehnter Block vor. Nach Überschreiten der Vorspannung liegen quasi mehrere Federn mit entsprechenden Federkonstanten D1, D2, D3, ..., DN vor, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei zwischen ihnen jeweils eine Feder mit Federkonstante Dx als nicht vorgespannte Feder angeordnet ist. Der Kehrwert der Gesamtfederkonstante D ist dann die Summe der Kehrwerte der einzelnen Federkonstanten D1, Dx, D2 , Dx, ... etc. mit: 1/D = 1/D1 + 1/Dx + 1/D2 + 1/Dx + ....
-
Auf diese Art können verschiedene Zugfedern mit unterschiedlichen Bereichen mit und ohne Vorspannung kombiniert werden, um eine vielfältig modulierte Federkennlinie zu erhalten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zugfeder
- 2
- Windung
- 3
- Windung
- 4
- Berührpunkt
- 5
- Windung
- 6
- Anordnung
- 7
- Drahtmaterial
- 10
- Kennlinie
- 11
- Steigung
- 12
- Steigung
- 20
- Zugfeder
- 21
- Gruppe
- 22
- Gruppe
- 23
- Windung
- 24
- Windung
- 30
- Zugfeder
- 31
- Windung
- 32
- Gruppe
- 33
- Gruppe
- 34
- Gruppe
- 35
- Gruppe
- 36
- Lücken
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
