DE102014004711A1

DE102014004711A1 - Hybrides Feder-Dämpfungselement

Info

Publication number: DE102014004711A1
Application number: DE102014004711.3A
Authority: DE
Inventors: Wladislaw Schmidt
Original assignee: Hutchinson Stop Choc GmbH and Co KG
Current assignee: Hutchinson Stop Choc GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hybrides Feder-Dämpfungselement (1) mit einer metallischen Schraubenfeder (2) und mindestens einem metallischen Gitterpolster (3). Die Schraubenfeder (2) ist radial gegen das mindestens eine metallischen Gitterpolster (3) gepresst. Das mindestens eine metallische Gitterpolster ist als ringförmiges/r Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) ausgebildet. Die eine Schraubenfeder (2) ist im Wesentlichen koaxial zum mindestens einen Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) und das/der mindestens eine ringförmige Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) ist radial außerhalb um die mindestens eine Schraubenfeder (2) gespannt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hybrides Feder-Dämpfungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Feder-Dämpfungselemente werden z. B. an Ventilen in Zylinderköpfen von Verbrennungskraftmaschinen verwendet, wobei diese Feder-Dämpfungselemente über lange Einsatzdauer auch bei hoher Last vorbestimmte Feder-Dämpfungscharakteristika bei niedrigen und hohen Temperaturen und in aggresiven Medien kostengünstig gewährleisten sollen.
Das Dokument WO 2014/011268 offenbart einen metallischen Dämpfer mit einer metallischen Schraubenfeder, die sich radial auf einem metallischen Gitterpolster abstützt, das zur Vibrationsdämpfung radial um ein Turbinengehäuse angeordnet ist. Die Dämpfung des Gehäuses durch Wechselwirkung zwischen metallischer Schraubenfeder und metallischem Gitterpolster ist wesentlich bestimmt durch die Längsspannung der metallischen Schraubenfeder, so dass sich die Feder-Dämpfungscharakteristika dieses metallischen Dämpfers mit jeder Längenänderung der metallischen Schraubenfeder ändern. Der Zusatz von Kunststoff zum metallischen Gitterpolster führt zu Veränderungen der vorbestimmten Feder-Dämpfungscharakteristika zwischen niedrigen und hohen Temperaturen und zu reduzierter Standfestigkeit in aggresiven Medien.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hybrides Feder-Dämpfungselement bereit zu stellen, das unabhängig von Längenänderungen seiner Feder über lange Einsatzdauer vorbestimmte Feder-Dämpfungscharakteristika bei niedrigen und hohen Temperaturen und in aggresiven Medien kostengünstig gewährleistet.
Die Lösung erfolgt mit einem hybriden Feder-Dämpfungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung weist ein hybrides Feder-Dämpfungselement mindestens eine vorzugsweise metallische Teller- oder Schraubenfeder und mindestens ein vorzugsweise metallisches, im Wesentlichen ringförmiges Drahtgestrick auf. Die mindestens eine Schraubenfeder ist radial innen im Wesentlichen koaxial zu dem mindestens einen ringförmigen Drahtgestrick, das senkrecht zur gemeinsamen Achse so um 360° um die mindestens eine Schraubenfeder gespannt ist, dass das mindestens eine ringförmige Drahtgestrick radial von außen gegen die mindestens eine Schraubenfeder gepresst ist. Das erfindungsgemäße hybride Feder-Dämpfungselement bildet ein Tandem aus mindestens einer Schraubenfeder und mindestens einem ringförmigen Drahtgestrick, die auf gleicher Achse zusammen wirken, indem das mindestens eine ringförmige Drahtgestrick entlang des Umfangs gegen die Schraubenfeder gespannt ist. Bei axialer Belastung des erfindungsgemäßen hybriden Feder-Dämpfungselements infolge z. B. eines Stoßes und der daraus folgenden Bewegungen der mindestens einen Schraubenfeder und des mindestens einen ringförmigen Drahtgestricks sind die Bewegungen zum einen gedämpft durch die Reibungen an Kontaktstellen im Gestrick des ringförmigen Drahtgestricks und zudem durch die Reibungen aus Relativbewegungen des ringförmigen Drahtgestricks zur Schraubenfeder an den Kontaktstellen zwischen dem mindestens einen ringförmigen Drahtgestrick und der mindestens einen Schraubenfeder. Das erfindungsgemäße hybride Feder-Dämpfungselement ist geeignet zur Schwingungsisolation und/oder als Stoßdämpfer unabhängig von Längenänderungen seiner mindestens einen Schraubenfeder und gewährleistet auch unter hoher Last kostengünstig über lange Einsatzdauer vorbestimmte Feder-Dämpfungscharakteristika bei niedrigen und hohen Temperaturen und in aggresiven Medien. Vorteilhaft für die Feder-Dämpfungscharakteristika des erfindungsgemäßen hybriden Feder-Dämpfungselements ist die Reversibilität der Verformung des ringförmigen Drahtgestrick sowohl bei axialem Druck als auch bei axialem Zug auf die Schraubenfeder. Das ringförmige Drahtgestrick beeinflusst die Federcharakteristik der Schraubenfeder zu erhöhter Steifigkeit. Das erfindungsgemäße hybride Feder-Dämpfungselement kann sowohl als unkomprimiertes Drahtgestrick wie auch als vorkomprimiertes Drahtgestrick ohne Pressmaschine hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine im Wesentlichen koaxiale, vorzugsweise metallische, äußere Schraubenfeder vorgesehen zu dem mindestens einen ringförmigen Drahtgestrick und der mindestens einen Schraubenfeder. Die äußere Schraubenfeder umgibt das ringförmige Drahtgestrick.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das ringförmige Drahtgestrick mittels eines Rundstrickverfahrens aus Draht zu einer schlauchförmigen Strumpfform gestrickt, die zusätzlich in einem weiteren Prozessritt in Form gepresst zu einem ringförmigen Drahtgestrickkörper ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige Drahtgestrickkörper metallisch und/oder entlang des gesamten Umfangs radial nach innen und/oder außen profiliert für verbesserte Reibungsdämpfung an den Kontaktstellen zwischen metallischer Schraubenfeder und ringförmigem, metallischem Drahtgestrickkörper.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das ringförmige, metallische Drahtgestrick mit aramiden Fäden versehen, die dem ringförmigen, metallischen Drahtgestrick beigestrickt sind.
Das erfindungsgemäße hybride Feder-Dämpfungselement wird im Folgenden anhand bevorzugter Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 hybride Feder-Dämpfungselemente gemäß der Erfindung,
2 alternative hybride Feder-Dämpfungselemente gemäß der Erfindung, und
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem ringförmigen, metallischen Drahtgestrick eines hybriden Feder-Dämpfungselements der Erfindung.
1: Ein hybrides Feder-Dämpfungselement 1 weist eine metallische Schraubenfeder 2 mit mehreren Windungen und ein ringförmiges, metallisches Drahtgestrick 3 auf. Die metallische Schraubenfeder 2 ist radial innen im Wesentlichen koaxial angeordnet zu dem glatten ringförmigen, metallischen Drahtgestrick 3 (1c).
Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 ist koaxial so um die metallische Schraubenfeder 2 gespannt, dass das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 entlang seines gesamten inneren Umfangs von außen radial gegen die metallische Schraubenfeder 2 gepresst ist. Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 weist bei axialer Pressung unterschiedliche Steifigkeiten von wenigen N/mm²–50.000 N/mm² auf.
Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 kann entlang des gesamten Umfangs radial nach innen profiliert sein gegen die metallische Schraubenfeder 2. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Profilierung relativ zur metallischen Schraubenfeder 2 konkav (1a) oder gemäß einer weiteren Ausgestaltung konvex (1b).
2: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1 bezeichnet. Ein alternatives hybrides Feder-Dämpfungselement 10 weist die metallische Schraubenfeder 2 mit mehreren Windungen und das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 auf. Die metallische Schraubenfeder 2 ist radial innen im Wesentlichen koaxial angeordnet zu dem innen glatten, ringförmigen, metallischen Drahtgestrick 3 (2c).
Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 ist koaxial so um die metallische Schraubenfeder 2 gespannt, dass das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 entlang seines gesamten inneren Umfangs von außen radial gegen die metallische Schraubenfeder 2 gepresst ist.
Das alternative hybride Feder-Dämpfungselement 10 weist zusätzlich zur metallischen Schraubenfeder 2 und zum ringförmigen, metallischen Drahtgestrick 3 eine äußere metallische Schraubenfeder 4 mit mehreren Windungen auf. Die äußere metallische Schraubenfeder 4 ist radial außen im Wesentlichen koaxial am ringförmigen und außen glatten, metallischen Drahtgestrick 3 (2c) angeordnet. Die äußere metallische Schraubenfeder 4 ist gegen das ringförmige Drahtgestrick 3 gespannt.
Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 kann entlang des gesamten Umfangs radial nach innen profiliert sein gegen die metallische Schraubenfeder 2 und/oder radial nach außen profiliert sein gegen die äußere metallische Schraubenfeder 4. Entsprechend Ausgestaltung ist die Profilierung relativ zur äußeren metallischen Schraubenfeder 4 konvex (2a) oder konkav (2b).
3: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1, 2 bezeichnet. Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 ist mit fünf Wickellagen aus zusammen gepressten Drähten 5 mit verbleibender Elastizität gebildet. Das Drahtgestrick 3 bildet Kontaktstellen zwischen den Drähten 5. Das Drahtgestrick 3 wird mit Hilfe eine Rundstrickverfahrens aus den Drähten 5 zu einem schlauchförmigen, nicht verpressten Strumpf gestrickt, der nach Längenzuschnitt unter Vorspannung als Drahtgestrickkörper um die metallische Schraubenfeder 2 wickelbar ist.
Die Drähte haben einen Durchmesser von 0,09 mm–0,80 mm und eine Drahtzugfestigkeit von 200 N/mm²–1700 N/mm². Das ringförmige, metallische Drahtgestrick 3 bildet einen Zylinder mit ca. 50 mm Länge, dem aramide Fäden beigestrickt sein können.
Wirkungsweise des hybriden Feder-Dämpfungselements 1
Bei axialen Belastungen der hybriden Feder-Dämpfungselemente 1, 10 infolge z. B. eines Stoßes auf die metallische Schraubenfeder 2 folgen Bewegungen der mit dem ringförmigen, metallischen Drahtgestrick 3 zusammen gespannten metallischen Schraubenfedern 2, 4. Diese spannungsgekoppelten Bewegungen werden zum einen gedämpft durch die Reibung der Drähte 5 an Kontaktstellen im Gestrick des ringförmigen, metallischen Drahtgestricks 3 und zudem gedämpft durch Reibung an den Kontaktstellen zwischen dem ringförmigen Drahtgestrick 3 und der Schraubenfedern 2, 4 in Folge von Bewegungen des ringförmigen, metallischen Drahtgestricks 3 relativ zu den metallischen Schraubenfedern 2, 4. Die Summe der Reibungen in Folge von Bewegungen im ringförmigen, metallische Drahtgestrick 3 und in Folge von Bewegungen des ringförmigen, metallischen Drahtgestricks 3 relativ zur Schraubenfeder 2 ergibt erhöhte Gesamtdämpfung für das hybride Feder-Dämpfungselement 1, das bei axialer Pressung eine durch die mindestens eine Schraubenfeder 2 bedingte Federkennlinie geringer, relativ gleichmäßiger Progression aufweist.
Mit gespanntem Drahtgestrick 3 kann das hybride Feder-Dämpfungselement 1, 10 bei axialen Belastungen, infolge z. B. eines Stoßes, mittels hoher Reibungsdämpfung eine 10 g Eingangsbeschleunigung innerhalb von ungefähr 2 Millisekunden auf 1,6 g Ausgangsbeschleunigung reduzieren.
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

WO 2014/011268 [0003]

Claims

Hybrides Feder-Dämpfungselement (1) mit mindestens einer vorzugsweise metallischen Schraubenfeder (2) und mindestens einem vorzugsweise metallischen Gitterpolster (3), wobei die mindestens eine Schraubenfeder (2) radial gegen das mindestens eine metallischen Gitterpolster (3) gepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine metallische Gitterpolster als ringförmiges/r Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) ausgebildet ist, die mindestens eine Schraubenfeder (2) im Wesentlichen koaxial ist zu dem mindestens einen Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) und das/der mindestens eine ringförmige Drahtgestrick/Drahtgestrickkörper (3) radial außerhalb um die mindestens eine Schraubenfeder (2) gespannt ist.
Hybrides Feder-Dämpfungselement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine im Wesentlichen koaxiale, äußere vorzugsweise metallische Schraubenfeder (4) zu dem mindestens einen ringförmigen Drahtgestrick (3) und der mindestens einen Schraubenfeder (2) vorgesehen ist.
Hybrides Feder-Dämpfungselement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Drahtgestrick (3) zu einem ringförmigen Drahtgestrickkörper ausgebildet ist.
Hybrides Feder-Dämpfungselement (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige, metallische Drahtgestrick (3) entlang des gesamten Umfangs radial nach innen und/oder außen profiliert ist.
Hybrides Feder-Dämpfungselement (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige, metallische Drahtgestrick (3) mit aramiden Fäden versehen ist, die dem metallischen Drahtgestrick (3) beigestrickt sind.