DE102015012334B3

DE102015012334B3 - Hülsenförmige Federstruktur mit mehreren Bandfedern und Verfahren zur Herstellung einer Bandfeder einer derartigen Federstruktur

Info

Publication number: DE102015012334B3
Application number: DE102015012334.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hülsenförmige Federstruktur (1) umfassend eine Längsachse (8) und mindestens drei entlang der Längsachse (8) ausgerichtete wellenförmige Bandfedern (2), bei der jede Bandfeder (2) zur Ausbildung einer Wellenform Umkehrabschnitte (3, 4) aufweist und Zwischenstücke (5), die jeweils zwei aufeinander folgende Umkehrabschnitte (3, 4) miteinander verbinden, und die mindestens drei Bandfedern (2) zur Ausbildung der hülsenförmigen Federstruktur (1) umfänglich um die Längsachse (8) der Federstruktur (1) herum und paarweise benachbart nebeneinander angeordnet sind in der Art, dass ausgehend von einem freien Ende (7a) der Federstruktur (1) entlang der Längsachse (8) hin zum anderen freien Ende (7b) der Federstruktur (1) die Umkehrabschnitte (3, 4) und die Zwischenstücke (5) benachbarter Bandfedern (2) miteinander korrespondieren, wobei die Umkehrabschnitte (3, 4) abwechselnd – als innenliegende Umkehrabschnitte (3) – nach innen und – als außenliegende Umkehrabschnitte (4) – nach außen gerichtet sind. Es soll eine hülsenförmige Federstruktur (1) der genannten Art bereitgestellt werden, die selbsttragend ist, über eine hohe Knickstabilität verfügt und als Hochleistungsfeder geeignet ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine hülsenförmige Federstruktur (1), die dadurch gekennzeichnet ist, dass – die mindestens drei Bandfedern (2) zwischen den beiden freien Enden (7a, 7b) der Federstruktur (1) mindestens eine formschlüssige Verbindung (6) in Gestalt eines ringförmigen Bandes (6) aufweisen, wobei das Band (6) die Federstruktur (1) im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte (3) umfänglich außen umschließt, und – die Bandfedern (2) mehrschichtig aufgebaut sind in der Art, dass jede Bandfeder (2) mindestens zwei wellenförmige Lagen (2a) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine hülsenförmige Federstruktur umfassend eine Längsachse und mindestens drei entlang der Längsachse ausgerichtete wellenförmige Bandfedern, bei der jede Bandfeder zur Ausbildung einer Wellenform Umkehrabschnitte aufweist und Zwischenstücke, die jeweils zwei aufeinander folgende Umkehrabschnitte miteinander verbinden, und die mindestens drei Bandfedern zur Ausbildung der hülsenförmigen Federstruktur umfänglich um die Längsachse der Federstruktur herum und paarweise benachbart nebeneinander angeordnet sind in der Art, dass ausgehend von einem freien Ende der Federstruktur entlang der Längsachse hin zum anderen freien Ende der Federstruktur die Umkehrabschnitte und die Zwischenstücke benachbarter Bandfedern miteinander korrespondieren, wobei die Umkehrabschnitte abwechselnd – als innenliegende Umkehrabschnitte – nach innen und – als außenliegende Umkehrabschnitte – nach außen gerichtet sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Bandfeder einer derartigen Federstruktur.
Die Europäische Patentanmeldung EP 2 082 903 A2 beschreibt eine wellenförmige Bandfeder der oben genannten Art, d. h. eine Bandfeder mit wellenförmigem Verlauf. Diese Bandfeder weist zur Ausbildung einer Wellenform Umkehrabschnitte und Zwischenstücke auf, wobei die Zwischenstücke aufeinander folgende Umkehrabschnitte miteinander verbinden.
Nachteilig an der Bandfeder gemäß der EP 2 082 903 A2 ist, dass prinzipbedingt eine erhöhte Knickgefahr besteht. Bei Belastung, d. h. bei Einleiten einer Kraft in Richtung der Längsmittellinie, um welche die Bandfeder mäandert, kann die Bandfeder leicht zur Seite weggehen.
Um die Knickgefahr zu reduzieren, wird die Bandfeder in den Zwischenstücken mit Löchern versehen, welche entlang der Längsmittellinie angeordnet sind und die miteinander fluchten. Durch die Löcher wird ein stabförmiges Dämpferbein hindurch geführt, welches neben der eigentlichen Aufgabe als Dämpfer auch der Führung der Bandfeder dient und ein seitliches Ausknicken verhindern soll. An den Enden der Bandfeder werden Federteller vorgesehen, mit denen der Dämpfer fest verbunden ist und an denen sich die Bandfeder abstützt.
Das Einbringen der Löcher ist aufwendig und kostenintensiv und kann erst nach der Formgebung, d. h. der Ausbildung des wellenförmigen Bandes, erfolgen. Auch wenn die höchsten Spannungen der vorwiegend biegebelasteten Bandfeder in den Umkehrabschnitten auftreten und nicht in den die Löcher aufnehmenden Zwischenstücken, schwächen die Löcher die Bandfeder in ihrer Festigkeit.
Zudem reibt die Bandfeder mit den Innenflächen der Löcher auf dem Dämpferbein, wenn die Feder unter Belastung komprimiert wird und sich bei Entlastung wieder entspannt. Die Reibung zwischen Dämpferbein und Band ist nicht unerheblich, da das Dämpferbein zur Führung des Bandes nicht geringe seitliche Kräfte ausübt, sobald die Bandfeder ihre Knickstabilität verloren hat.
Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen Bandfeder ist auch darin zu sehen, dass zur Stabilisierung der Bandfeder zwingend eine Dämpfereinheit vorgesehen werden muss, d. h. die Bandfeder nur in Kombination mit einer Dämpfereinheit in Gestalt eines Federbeins nutzbar ist. In einer Vielzahl von Anwendungsfällen wird aber eine Trennung von Feder- und Dämpfereinheit bevorzugt bzw. ausschließlich eine Feder benötigt, ohne dass eine Dämpfung erfolgen soll.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der EP 2 082 903 A2 wird eine Federstruktur unter Verwendung von zwei wellenförmigen Bandfedern ausgebildet. Die beiden Bandfedern werden dabei sandwichartig aufeinandergelegt und zwar in der Art, dass die Bandfedern sich in den Umkehrabschnitten berühren. In den auf diese Weise ausgebildeten Kontaktflächen werden die Bandfedern miteinander verbunden.
Auch wenn diese Ausführungsform stabiler, d. h. knicksicherer, ist als eine einzelne Bandfeder, ist die Federstruktur nach wie vor nicht selbsttragend. Zur Stabilisierung wird wieder ein stabförmiges Dämpferbein vorgesehen. Die zur Aufnahme des Dämpferbeins erforderlichen Löcher befinden sich hierbei in den miteinander verbundenen Umkehrabschnitten, d. h. in den am höchsten beanspruchten Bereichen der beiden Bandfedern.
Die US 4,832,320 beschreibt ebenfalls eine kombinierte Feder-Dämpfer-Einheit, bei der zwei wellenförmige Bandfedern und ein Dämpfer zusammenwirken. Auch die in der US 4,832,320 offenbarte Federstruktur ist nicht selbsttragend. Vielmehr sind Federteller notwendig, welche die Bandfedern an ihren freien Enden aufnehmen und fixieren, wobei den beiden Bandfedern erst durch die Federteller eine gewisse Stabilität verliehen wird.
Auch die Europäische Patentanmeldung EP 0 132 048 A1 hat eine wellenförmige Bandfeder zum Gegenstand. Beschrieben wird unter anderem eine Federstruktur umfassend vier wellenförmige Bandfedern, die paarweise gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Paare in der Art gruppiert werden, dass die beiden Ebenen, die von den zwei Bandfederpaaren aufgespannt werden, senkrecht aufeinander stehen. Die vier Bandfedern werden an den freien Enden der Federstruktur, an denen sie zusammenlaufen, miteinander verbunden.
Eine derartige Anordnung der Bandfedern und das Verbinden an den Enden sollen die Steifigkeit und die Knickstabilität der gesamten Federstruktur erhöhen. Bei den in der EP 0 132 048 A1 graphisch dargestellten Ausführungsformen der Federstruktur kann dies noch angenommen werden, da die einzelnen Bandfedern lediglich fünf Umkehrabschnitte aufweisen. Bei einer Erhöhung der Wellenanzahl, d. h. bei Erhöhung der Anzahl der Umkehrabschnitte, kann hingegen nicht mehr von einer knicksicheren Federstruktur ausgegangen werden, da die Bandfedern gemäß der EP 0 132 048 A1 zwischen den freien Enden der Federstruktur in ihrer Bewegung völlig frei sind, insbesondere knicken können.
Eine höhere Anzahl an Wellen kann aber erforderlich werden, falls eine Hochleistungs-Federstruktur verlangt wird, die eine große Energiemenge aufzunehmen in der Lage ist, was beispielsweise im Fahrzeugbau der Fall sein kann.
Ein weiterer Nachteil der in Rede stehenden Federstruktur ist die Art, in der die Bandfedern an den freien Enden der Struktur miteinander verbunden sind. Die Bandfedern laufen an den freien Enden der Struktur nach innen in Richtung der Längsachse der Federgruppe. Im Bereich der Längsachse treffen die einzelnen Bandfedern aufeinander und sind miteinander verbunden. Insofern handelt es sich bei der Federstruktur der EP 0 132 048 A1 um eine geschlossene Federstruktur, d. h. einen geschlossenen Federkörper, im Gegensatz zu einer offenen, hülsenartigen, d. h. armreifähnlichen Struktur. Folglich ist es nicht möglich eine stabförmige Dämpfereinheit durch die Struktur hindurch zu führen. Zudem erfordert die Ausbildung der freien Enden die Einleitung der Kraft als Punktlast.
Eine Federstruktur der eingangs genannten Art beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 015 469 A1 . Die mindestens drei Bandfedern sind zur Ausbildung einer hülsenförmigen Federstruktur umfänglich, d. h. auf einem Umfang, um die Längsachse der aus ihnen aufgebauten Federstruktur herum, nebeneinander, d. h. paarweise benachbart zueinander, angeordnet. Die Umkehrabschnitte und die Zwischenstücke der Bandfedern wechseln sich entlang der Längsachse ab.
Diese Art der Anordnung bzw. Gruppierung der Bandfedern gestattet das Hindurchführen einer stabförmigen Dämpfereinheit durch die hülsenförmige Federstruktur und eröffnet damit grundsätzlich die Verwendung einer Dämpfereinheit, falls dies für einen konkreten Anwendungsfall erwünscht bzw. erforderlich ist.
Andererseits ist das Vorsehen einer derartigen Dämpfereinheit nicht zwingend erforderlich, insbesondere nicht, um die zur Hülse gruppierten Bandfedern zu führen bzw. zu stützen, da die Federstruktur von Hause aus eine hohe Knickstabilität aufweist. Die Federstruktur ist eine selbsttragende Federstruktur, die im unbelasteten Zustand über eine vergleichsweise hohe Formstabilität verfügt, ohne dass zusätzlich stabilisierende Elemente vorgesehen werden müssten.
Die hohe Knickstabilität wird durch die Hülsenform und dadurch erzielt, dass die einzelnen Bandfedern zwischen den freien Enden der Federstruktur miteinander verbunden sind. Jede Bandfeder ist mit jeder der beiden benachbarten Bandfedern zumindest an einer Stelle stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung wird jeweils im Bereich eines Umkehrabschnitts der Bandfedern vorgesehen und führt zur Ausbildung einer formstabilen Federstruktur. Auf diese Weise bilden die mindestens drei Bandfedern eine hülsenförmige monolithische Federstruktur aus, die eine hohe Knickstabilität aufweist und selbsttragend ist.
Als problematisch erweist sich in der Praxis aber die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den einzelnen Bandfedern, die gemäß der DE 10 2010 015 469 A1 ohne Verwendung von zusätzlichen Elementen realisiert werden sollen.
Vor dem Hintergrund des vorstehend Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hülsenförmige Federstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die selbsttragend ist, über eine hohe Knickstabilität verfügt und als Hochleistungsfeder geeignet ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Bandfeder einer derartigen Federstruktur aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine hülsenförmige Federstruktur umfassend eine Längsachse und mindestens drei entlang der Längsachse ausgerichtete wellenförmige Bandfedern, bei der jede Bandfeder zur Ausbildung einer Wellenform Umkehrabschnitte aufweist und Zwischenstücke, die jeweils zwei aufeinander folgende Umkehrabschnitte miteinander verbinden, und die mindestens drei Bandfedern zur Ausbildung der hülsenförmigen Federstruktur umfänglich um die Längsachse der Federstruktur herum und paarweise benachbart nebeneinander angeordnet sind in der Art, dass ausgehend von einem freien Ende der Federstruktur entlang der Längsachse hin zum anderen freien Ende der Federstruktur die Umkehrabschnitte und die Zwischenstücke benachbarter Bandfedern miteinander korrespondieren, wobei die Umkehrabschnitte abwechselnd – als innenliegende Umkehrabschnitte – nach innen und – als außenliegende Umkehrabschnitte – nach außen gerichtet sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass

– die mindestens drei Bandfedern zwischen den beiden freien Enden der Federstruktur mindestens eine formschlüssige Verbindung in Gestalt eines ringförmigen Bandes aufweisen, wobei das Band die Federstruktur im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte umfänglich außen umschließt,
– jede formschlüssige Verbindung einen Stützring umfasst, der dem ringförmigen Band gegenüberliegend in der hülsenförmigen Federstruktur angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte umfänglich an dem Stützring abstützen, und
– die Bandfedern mehrschichtig aufgebaut sind in der Art, dass jede Bandfeder mindestens zwei wellenförmige Lagen umfasst.

Die hülsenförmige Federstruktur gestattet das Hindurchführen einer stabförmigen Dämpfereinheit und eröffnet damit grundsätzlich die Verwendung einer Dämpfereinheit, falls dies für einen konkreten Anwendungsfall erwünscht bzw. erforderlich ist. Andererseits ist das Vorsehen einer derartigen Dämpfereinheit nicht zwingend erforderlich, insbesondere nicht, um die zur Hülse gruppierten Bandfedern zu führen bzw. zu stützen, da die erfindungsgemäße Federstruktur von Hause aus eine hohe Knickstabilität aufweist.
Die hohe Knickstabilität wird durch die Hülsenform und dadurch erzielt, dass die Bandfedern – zumindest auch – zwischen den freien Enden der Federstruktur miteinander verbunden sind.
Die mindestens drei Bandfedern weisen erfindungsgemäß zwischen den beiden freien Enden der Federstruktur mindestens eine formschlüssige Verbindung in Gestalt eines ringförmigen Bandes auf. Das Band umschließt die Federstruktur im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte umfänglich von außen, so dass einem Knicken nach außen entgegengewirkt wird. Die formschlüssige Verbindung im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte führt zur Ausbildung einer formstabilen Federstruktur im Bereich der Verbindung und im Ganzen. Auf diese Weise bilden die mindestens drei Bandfedern eine hülsenförmige Federstruktur aus, die eine hohe Knickstabilität aufweist und selbsttragend ist.
Der spezielle Aufbau der erfindungsgemäßen Federstruktur, insbesondere das konstruktive Merkmal, nach welchem die Bandfedern zwischen den Enden formschlüssig miteinander verbunden sind, gestattet Ausführungen mit hoher Wellenanzahl, d. h. Ausführungsformen der Federstruktur, die mehr als fünf Umkehrabschnitte aufweisen, insbesondere auch mehr als zehn bzw. mehr als fünfzehn Umkehrabschnitte aufweisen können.
Da die erfindungsgemäße Federstruktur im Wesentlichen auf Biegung beansprucht wird und die höchsten Spannungen in den Umkehrabschnitten auftreten, ist die Federstruktur somit auch als Hochleistungsfeder geeignet, welche in der Lage ist, hohe Energiemengen aufzunehmen und zu speichern.
Die Aufnahme hoher Energiemengen – schon bei geringer Wellenanzahl – wird insbesondere dadurch unterstützt bzw. ermöglicht, dass die erfindungsgemäßen Bandfedern mehrschichtig aufgebaut sind in der Art, dass jede Bandfeder mindestens zwei wellenförmige Lagen umfasst.
Aus der Theorie des Biegebalkens folgt, dass die Verformbarkeit und Belastbarkeit einer Bandfeder bestimmt und begrenzt wird durch die in den äußersten Fasern bzw. Bereichen auftretenden Zug- bzw. Druckspannungen. Eine einzelne einstöckige Bandfeder (1a und 1b) einer bestimmten Dicke kann weniger stark verformt werden als zwei Bandfedern geringerer Dicke (1c und 1d) bzw. weniger stark verformt werden als eine zweischichtige Bandfeder, deren zwei Lagen jeweils dünner sind als die einzelne Bandfeder. Aus den 1a, 1b, 1c und 1d ist dies ersichtlich. Das Bezugszeichen 2a kennzeichnet eine Lage einer mehrschichtigen Bandfeder 2 und das Bezugszeichen 12 die neutrale Schicht der Feder, die belastungsfrei ist. Mit der Verformbarkeit steigt auch die Belastbarkeit der Federstruktur, d. h. die Fähigkeit, Energie aufzunehmen. Die erfindungsgemäße Federstruktur ist daher auch besonders geeignet als Hochleistungsfeder.
Soll eine einzelne einstückige Bandfeder nach dem Stand der Technik unter Beibehaltung einer gleichgroßen Federsteifigkeit beispielsweise durch eine zweischichtige erfindungsgemäße Bandfeder mit zwei Lagen ersetzt werden, weist jede Lage eine geringere Dicke auf als die einzelne Bandfeder nach dem Stand der Technik, wohingegen beide Lagen zusammen eine größere Dicke aufweisen, um eine gleichgroße Federsteifigkeit zu realisieren. Dies resultiert unter anderem aus der Relevanz des Widerstandsmoments für die vorliegende Betrachtung und der Formel zur Berechnung dieses Widerstandsmoments, bei der die Dicke des Biegebalkens bzw. der Bandfeder zum Quadrat eingeht; einen rechteckförmigen Querschnitt der Bandfeder vorausgesetzt.
Erfindungsgemäß umfasst jede formschlüssige Verbindung einen innenliegenden Stützring, der dem ringförmigen Band gegenüberliegend in der hülsenförmigen Federstruktur angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte umfänglich an dem Stützring abstützen.
Mit der erfindungsgemäßen Federstruktur wird die der Erfindung zugrunde liegende erste Teilaufgabe gelöst. Es wird eine Federstruktur bereitgestellt, die selbsttragend ist, über eine hohe Knickstabilität verfügt und als Hochleistungsfeder geeignet ist.
Die Federstruktur ist aus mindestens drei Bandfedern aufgebaut, so dass die Federstruktur entlang der Längsachse zumindest stellenweise bzw. abschnittsweise einen dreieckigen bzw. polygonalen Querschnitt aufweist. Insofern ist das ringförmige Band einer formschlüssigen Verbindung, welches von außen um innenliegende Umkehrabschnitte der Bandfedern gespannt ist, ebenfalls dreieckig bzw. polygonal und nicht rund, insbesondere nicht kreisförmig. Folglich ist ringförmig im Rahmen der vorliegenden Erfindung dahingehend zu verstehen, dass das Band in sich geschlossen ist, also keinen Anfang und kein Ende aufweist.
Vorteilhaft können Ausführungsformen sein, bei denen die Federstruktur vier, fünf, sechs, sieben oder mehr Bandfedern umfasst. Dann nähert sich die Federstruktur in der Grundform mehr und mehr einem Zylinder an.
Die erfindungsgemäße Federstruktur eignet sich sowohl als Zugfeder wie auch als Druckfeder, d. h. die Federstruktur eignet sich zur Aufnahme von Zugkräften und Druckkräften.
Das Vorsehen der mindestens einen formschlüssigen Verbindung im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte gewährleistet, dass sich die Bandfedern unter Belastung nicht gegenseitig im Rahmen ihrer Formänderung behindern bzw. beeinträchtigen, denn die außenliegenden Umkehrabschnitte können sich bei einer Kompression der Federstruktur ungehindert nach außen bewegen und bei einer Expansion bzw. Entlastung strecken.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen innenliegende Umkehrabschnitte benachbarter Bandfedern im Bereich der mindestens einen formschlüssigen Verbindung umfänglich abstandslos aneinander anschließen und anliegen.
Wenn benachbarte Bandfedern sich im Bereich einer formschlüssigen Verbindung an ihren innenliegenden Umkehrabschnitten wechselseitig abstützen, erhöht dies die Formstabilität der Federstruktur.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur sein, bei denen innenliegende Umkehrabschnitte benachbarter Bandfedern im Bereich der mindestens einen formschlüssigen Verbindung umfänglich zueinander beabstandet sind.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen das Band mindestens einer formschlüssigen Verbindung benachbarte Bandfedern auch stoffschlüssig miteinander verbindet. Eine formschlüssige Verbindung, die zusätzlich stoffschlüssig verbindet, kann beispielsweise durch ein klebendes Band realisiert werden, insbesondere durch ein Band, das aus einem faserverstärktem Verbundwerkstoff gefertigt wird. Wird ein derartiges Band als Endlosfaden von außen um die Federstruktur gelegt, bildet sich eine Klebeverbindung aus, d. h. eine stoffschlüssige Verbindung, die auch nach dem Aushärten der Federstruktur Bestand haben kann; zumindest für eine gewisse Zeitspanne.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern zwischen den beiden freien Enden der Federstruktur im Bereich sämtlicher innenliegender Umkehrabschnitte eine formschlüssige Verbindung jeweils in Gestalt eines ringförmigen Bandes aufweisen.
Je mehr formschlüssige Verbindungen in die Federstruktur eingebracht werden, d. h. je höher die Anzahl an Verbindungen ist, die die mindestens drei Bandfedern formschlüssig verbinden und umschließen, desto ausgeprägter ist die ohnehin hohe Knickstabilität und desto größer ist die Formstabilität der Federstruktur im Allgemeinen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen an mindestens einem freien Ende der Federstruktur die mindestens drei Bandfedern einen innenliegenden Umkehrabschnitt aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, wenn die Bandfedern an dem mindestens einen freien Ende im Bereich der innenliegenden Umkehrabschnitte eine formschlüssige Verbindung aufweisen. Dies erhöht die Formstabilität der Federstruktur, insbesondere die Formstabilität des entsprechend ausgebildeten Endes.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern an beiden freien Enden der Federstruktur einen innenliegenden Umkehrabschnitt aufweisen. In diesem Zusammenhang sind Ausführungsformen der Federstruktur vorteilhaft, bei denen an beiden freien Enden der Federstruktur eine formschlüssige Verbindung in Gestalt eines ringförmigen Bandes vorgesehen ist.
Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur sein, bei denen an mindestens einem freien Ende der Federstruktur die mindestens drei Bandfedern einen außenliegenden Umkehrabschnitt aufweisen.
Vorteilhaft können ebenfalls Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur sein, bei denen die mindestens drei Bandfedern an mindestens einem freien Ende der Federstruktur im Bereich von Zwischenstücken enden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen an mindestens einem freien Ende der Federstruktur eine formschlüssige Verbindung in Gestalt eines ringförmigen Bandes vorgesehen ist.
Eine derartige konstruktive Ausgestaltung eines Endes ist vorstehend bereits für Ausführungsformen erörtert worden, die an mindestens einem Ende der Struktur innenliegende Umkehrabschnitte aufweisen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen an mindestens einem freien Ende der Federstruktur ein Abschlusselement vorgesehen ist.
Grundsätzlich benötigt die erfindungsgemäße Federstruktur an ihren Enden keine zusätzlichen krafteinleitenden bzw. formgebenden Elemente, beispielsweise Federteller, da es sich um eine selbsttragende Struktur handelt, die ohne weitere Anbauteile einsetzbar ist. Die Federkräfte werden dann ohne Zwischenschalten weiterer Elemente direkt in die Struktur eingeleitet. Ein Abschlusselement kann aber insbesondere in anderem Zusammenhang von Vorteil sein, beispielsweise bei Ausführungsformen, bei denen innenliegende Stützringe vorgesehen sind.
Wenn die Bandfedern an einem freien Ende innenliegende Umkehrabschnitte aufweisen und im Bereich dieser innenliegenden Umkehrabschnitte eine formschlüssige Verbindung, kann es vorteilhaft sein, ein Abschlusselement an dem freien Ende der Federstruktur vorzusehen, wobei der innenliegende Stützring integral mit dem Abschlusselement ausgebildet ist. Der Stützring und das Abschlusselement bilden dann ein integrales Bauteil.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die Zwischenstücke im unbelasteten Zustand der Bandfedern mit einer Ebene, welche senkrecht auf der Längsachse der Federstruktur steht, zumindest abschnittsweise einen Winkel α ≤ 20°, vorzugsweise einen Winkel α ≤ 10°, bilden. Je spitzer der Winkel α gewählt wird, desto kompakter kann die Federstruktur ausgebildet werden. Bei kleinen Winkeln liegen sich die Umkehrabschnitte nahezu in gefalteter Form gegenüber. Eine derartige Federstruktur kann bei kleinem Volumen große Energiemengen aufnehmen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern uneinheitlich ausgebildet sind. Die Bandfedern können insbesondere in der Gestalt oder im Material variieren. Die Bandfedern können sich somit auch in der Materialstärke, in der Breite, in der Länge und/oder in der Form unterscheiden.
Die uneinheitliche Ausbildung der Bandfedern kann zu einer asymmetrischen Federstruktur führen, die sich gegenüber einer symmetrischen Federstruktur dadurch auszeichnet, dass die Wirkungslinie der resultierenden Federkraft außermittig und/oder gegebenenfalls angestellt, d. h. um einen Winkel gegenüber der Längsachse der Federstruktur geneigt, verläuft. Bei einer symmetrischen Federstruktur verläuft die resultierende Federkraft in der Regel entlang der Längsachse.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Federstruktur sein, bei denen die Umkehrabschnitte uneinheitlich ausgebildet sind. Das können die Umkehrabschnitte verschiedener Bandfedern, aber insbesondere auch die Umkehrabschnitte einer einzelnen Bandfeder sein.
Die Umkehrabschnitte können beispielsweise in der Gestalt oder im Material variieren. So können die Umkehrabschnitte einer einzelnen Bandfeder unterschiedlich dick, unterschiedlich breit, unterschiedlich lang und/oder unterschiedlich geformt sein.
Durch die uneinheitliche Ausbildung der Umkehrabschnitte einer Bandfeder kann Einfluss genommen werden auf die Federkennlinie der Federstruktur. Unterschiedlich ausgebildete Umkehrabschnitte sind in der Regel unterschiedlich steif. So können progressive Federkennlinien modelliert werden. Die entsprechende Federstruktur wird bei Belastung in Stufen härter.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern und/oder das ringförmige Band der mindestens einen formschlüssigen Verbindung zumindest auch aus Verbundmaterial gefertigt sind.
Verbundmaterialien zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe in vorteilhafter Weise miteinander kombinieren, wie beispielsweise Festigkeit, Leichtbau und dergleichen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang insbesondere Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern und/oder das ringförmige Band der mindestens einen formschlüssigen Verbindung zumindest auch aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt sind, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff.
Faserverstärkter Kunststoff zeichnet sich durch eine sehr hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem spezifischem Gewicht aus. Die spezifische Energieaufnahme, d. h. die auf das Gewicht bezogene Energieaufnahmekapazität ist vergleichsweise groß. Zudem ist Kunststoff korrosionsbeständig.
Vorteilhaft sind daneben auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen die mindestens drei Bandfedern und/oder das ringförmige Band der mindestens einen formschlüssigen Verbindung zumindest auch aus Kunststoff gefertigt sind. Insbesondere bei geringen Belastungen können die Bandfedern der Federstruktur aus Kunststoff gefertigt sein.
Kunstoffe, ob faserverstärkt oder nicht, ermöglichen eine einfache, d. h. eine kostengünstige und nur wenige Arbeitsschritte umfassende Herstellung der Federstruktur, beispielsweise im Spritzgießverfahren oder im Resin Transfer Moulding (RTM).
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur sein, bei denen die mindestens drei Bandfedern und/oder das ringförmige Band der mindestens einen formschlüssigen Verbindung zumindest auch aus Metall gefertigt sind.
Im Gegensatz zu Kunststoff ist Metall hitzebeständig, d. h. auch für den Einsatz bei höheren Temperaturen geeignet. Das höhere Gewicht hingegen wird in der Regel als Nachteil angesehen.
Die mindestens drei Bandfedern müssen gemäß den vorstehenden Ausführungsformen nicht einheitlich aus Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder Metall gefertigt sein, sondern können auch aus verschiedenen Materialien bestehen.
Zudem sind Variationen und Weiterbildungen denkbar, beispielsweise die Beschichtung einer aus Metall gefertigten Bandfeder mit Kunststoff zum Zwecke des Korrosionsschutzes.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen mindestens einer Bandfeder lose aufeinander liegen, wobei aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen vorzugsweise aller Bandfedern lose aufeinander liegen.
Liegen die einzelnen Lagen einer mehrschichtigen Bandfeder lose aufeinander, können sich die Lagen relativ zueinander bewegen, wodurch der erfindungsgemäße Effekt, der auf der Mehrschichtigkeit der Bandfedern beruht und schon beschrieben wurde, besonders deutlich zu Tage tritt.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen mindestens einer Bandfeder durch Vorsehen einer Zwischenschicht voneinander getrennt sind. Vorzugsweise gilt dies für sämtliche Bandfedern.
Auch die durch Vorsehen einer Zwischenschicht voneinander getrennten Lagen einer Bandfeder können im vorstehend beschriebenen Sinne lose aufeinander liegen und gegeneinander beweglich sein. Das Vorsehen einer Zwischenschicht kann mehrere verschiedene Vorteile haben, beispielsweise auch fertigungstechnische Vorteile.
Falls die mindestens zwei Lagen der Bandfeder unter Verwendung von faserverstärktem Kunststoff vorgefertigt werden, um anschließend im Rahmen eines gemeinsamen Formgebungsprozesses eine Wellenform zu erhalten und/oder unter Einbringen von Wärme thermisch gemeinsam ausgehärtet zu werden, kann das Vorsehen einer Zwischenschicht, beispielsweise einer Folie, ein Zusammenkleben der Lagen in vorteilhafter Weise verhindern.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen eine Folie die Zwischenschicht bildet.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur sein, bei denen aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen mindestens einer Bandfeder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise gilt dies für sämtliche Bandfedern. Diese Ausführungsform gestattet das Einbringen von dämpfenden Materialien, insbesondere als Zwischenschicht.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen der hülsenförmigen Federstruktur, bei denen aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen mindestens einer Bandfeder durch Einbringen einer Zwischenschicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise gilt dies für sämtliche Bandfedern.
Die Zwischenschicht kann beispielsweise Gummi oder gummiähnliche Mischungen umfassen und lässt im Einzelfall eine mehr oder weniger große Bewegung der Lagen zueinander zu.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtig aufgebauten Bandfeder einer hülsenförmigen Federstruktur einer vorstehenden Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem die mindestens zwei Lagen der Bandfeder unter Verwendung von faserverstärktem Kunststoff vorgefertigt werden und anschließend eine Formgebung durchgeführt wird, wobei die mindestens zwei Lagen in einem gemeinsamen Verfahrensschritt eine Wellenform erhalten und unter Einbringen von Wärme thermisch gemeinsam ausgehärtet werden.
Das bereits für die erfindungsgemäße Federstruktur Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Federstruktur gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Federstrukturen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Dass die Lagen einer Bandfeder einen gemeinsamen Formgebungsprozess durchlaufen, hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Diese Vorgehensweise sorgt für eine hohe Passgenauigkeit der Lagen einer Bandfeder, die nicht gewährleistet werden könnte, wenn die Lagen einzeln in separaten Formgebungsprozess ihre Wellenform erhalten würden. Zudem führt die gemeinsame Formgebung in einem einzigen Verfahrensschritt zu einer Zeitersparnis und somit zu einer Kostenersparnis. Die vorstehende Vorgehensweise eignet sich besonders für die Serienproduktion der Federstruktur.
Als faserverstärkter Kunststoff könnte eine Karbonfaser zum Einsatz kommen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den 1a, 1b, 1c und 1d sowie 2 bis 8 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1a ein einzelner einstöckiger Biegebalken unter Belastung,
1b die in 1a kenntlich gemachte Einzelheit in einer Vergrößerung,
1c ein zweischichtiger Biegebalken unter Belastung,
1d die in 1c kenntlich gemachte Einzelheit in einer Vergrößerung,
2 in einer perspektivischen Darstellung eine Federstruktur,
3 in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsform der Federstruktur,
4 in einer perspektivischen Darstellung eine Federstruktur,
5 in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Federstruktur,
6 den in 5 eingezeichneten Querschnitt Y-Y zur Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Abschlusselementes,
7 den in 5 eingezeichneten Querschnitt Z-Z zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Abschlusselementes, und
8 im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform der Federstruktur.
Die 1a, 1b, 1c und 1d wurden bereits im Zusammenhang mit der Erörterung der erfindungsgemäßen Federstruktur beschrieben.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine hülsenförmige Federstruktur 1.
Die dargestellte Federstruktur 1 umfasst drei wellenförmige mehrschichtige Bandfedern 2. Jede Bandfeder 2 hat zwei Lagen 2a und weist zur Ausbildung einer Wellenform fünf Umkehrabschnitte 3, 4 und vier Zwischenstücke 5 auf, wobei die Umkehrabschnitte 3, 4 jeweils über ein Zwischenstück 5 miteinander verbunden sind.
Die drei Bandfedern 2 bilden eine hülsenförmige Federstruktur 1 aus. Hierzu sind die Bandfedern 2 auf einem dreieckförmigen Umfang um die Längsachse 8 der Federstruktur 1 herum – paarweise benachbart – nebeneinander angeordnet.
Die Orientierung der Bandfedern 2 ist dabei derart, dass ausgehend von einem freien Ende 7a der Federstruktur 1 hin zum anderen freien Ende 7b der Federstruktur 1 die Umkehrabschnitte 3, 4 und die Zwischenstücke 5 abwechselnd aufeinander folgen. Die Umkehrabschnitte 3, 4 sind abwechselnd – als innenliegende Umkehrabschnitte 3 – nach innen und – als außenliegende Umkehrabschnitte 4 – nach außen gerichtet, wobei die Federstruktur 1 mit einem innenliegenden Umkehrabschnitt 3 anfängt und endet.
Die drei Bandfedern 2 weisen zwischen den beiden freien Enden 7a, 7b der Federstruktur 1 eine formschlüssige Verbindung 6 in Gestalt eines ringförmigen Bandes 6 auf, wobei das Band 6 die Federstruktur 1 im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte 3 umfänglich außen umschließt. Im Bereich der formschlüssigen Verbindung 6 berühren sich die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 benachbarter Bandfedern 2, d. h. die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 schließen im Bereich der formschlüssigen Verbindung 6 abstandslos aneinander an. Das Band 6 kann dadurch erzeugt bzw. hergestellt werden, dass ein Faden aus faserverstärktem Verbundmaterial mehrmals um die Federstruktur 1 gewickelt wird, der im Weiteren aushärtet und das Band 6 ausbildet.
Zusätzlich zu der einen formschlüssigen Verbindung 6 zwischen den beiden freien Enden 7a, 7b der Federstruktur 1 sind auch an den beiden freien Enden 7a, 7b selbst formschlüssige Verbindungen 6 jeweils in Gestalt eines ringförmigen Bandes 6 vorgesehen. Dies erhöht die Formstabilität der Federstruktur 1 bzw. die Knickstabilität. Innenliegende Stützringe sind nicht vorgesehen bzw. wurden zur Vereinfachung weggelassen.
Bei einer Kompression der Federstruktur 1 bewegen sich die außenliegenden Umkehrabschnitte 4 nach außen, um sich bei Entlastung wieder zu entspannen, d. h. zu strecken. Die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 verbleiben auf ihrem Umfang und damit abgesehen von ihrer Lageänderung in Richtung der Längsachse 8 in ihrer Position. Die Bandfedern 2 behindern sich folglich unter Belastung nicht gegenseitig bei ihrer Formänderung, so dass eine einwandfreie Funktionsweise der Federstruktur 1 gewährleistet ist.
Bei den Bandfedern 2 der in 2 dargestellten Federstruktur 1 sind die Zwischenstücke 5 uneinheitlich ausgebildet in der Art, dass die Zwischenstücke 5 unterschiedlich lang sind. Die beiden in 2 am unteren Ende 7b der Federstruktur 1 angeordneten Zwischenstücke 5 sind länger als die beiden darüber liegenden Zwischenstücke 5, so dass diese weniger steif sind.
Als Folge dieser uneinheitlichen Ausgestaltung kommt der untere äußere Umkehrabschnitt 4 bei Erreichen einer bestimmten Last zur Anlage und die Federung wird allein von dem oberen äußeren Umkehrabschnitt 4 übernommen. Eine progressive Federkennlinie ist das Resultat.
3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsform der Federstruktur 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2 dargestellten Federstruktur 1 erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Federstruktur 1 umfasst die in 3 dargestellte Federstruktur 1 sechs wellenförmige mehrschichtige Bandfedern 2, die jeweils vier Umkehrabschnitte 3, 4 und vier Zwischenstücke 5 aufweisen. Die Federstruktur 1 weist aufgrund der sechs Bandfedern 2 abschnittweise einen sechseckigen Querschnitt bzw. Umfang auf. 3 offenbart, dass die Federstruktur 1 sich in der Grundform zunehmend einem Zylinder annähert, je mehr Bandfedern 2 vorgesehen werden.
Die Federstruktur 1 bildet am unteren Ende 7b außenliegende Umkehrabschnitte 4 aus, während die Bandfedern 2 am oberen Ende 7a im Bereich der Zwischenstücke 5 enden.
Die sechs Bandfedern 2 weisen zwischen den beiden freien Enden 7a, 7b der Federstruktur 1 zwei formschlüssige Verbindungen 6 jeweils im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte 3 und in Gestalt eines ringförmigen Bandes 6 auf, wobei das Band 6 die Federstruktur 1 jeweils umfänglich von außen umspannt.
Jede formschlüssige Verbindung 6 umfasst einen innenliegenden Stützring 9, der gegenüberliegend dem ringförmigen Band 6 in der hülsenförmigen Federstruktur 1 angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 umfänglich an dem Stützring 9 abstützen.
4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Federstruktur 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2 dargestellten Federstruktur 1 erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Federstruktur 1 umfasst die in 4 dargestellte Federstruktur 1 acht wellenförmige mehrschichtige Bandfedern 2, die jeweils neun Umkehrabschnitte 3, 4 und acht Zwischenstücke 5 aufweisen. Die Federstruktur 1 weist infolge der acht Bandfedern 2 abschnittsweise einen achteckigen Querschnitt bzw. Umfang auf.
5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Federstruktur 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 4 dargestellten Federstruktur 1 erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 4. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Federstruktur 1 umfasst die in 5 dargestellte Federstruktur 1 sechs wellenförmige mehrschichtige Bandfedern 2, die jeweils fünf Umkehrabschnitte 3, 4 und vier Zwischenstücke 5 aufweisen. Die Federstruktur 1 weist aufgrund der sechs Bandfedern 2 abschnittweise einen sechseckigen Querschnitt bzw. Umfang auf.
In Ergänzung zu der in 4 dargestellten Ausführungsform weist die in 5 gezeigte kürzere Federstruktur 1 an jedem Ende 7a, 7b ein separates Abschlusselement 10 in Gestalt eines Ringes 11 auf.
6 zeigt den in 5 eingezeichneten Querschnitt Y-Y. Das an dem einen Ende 7a der Federstruktur 1 vorgesehene Abschlusselement 10 nimmt die Bandfedern 2 formschlüssig an ihren innenliegenden Umkehrabschnitten 3 auf. Hierzu weist das in Gestalt eines Ringes 11 ausgebildete Abschlusselement 10 einseitig offene Ausnehmungen auf, in welche die als innenliegenden Umkehrabschnitten 3 ausgebildeten Bandfederenden hinein gesteckt werden. Hinsichtlich der übrigen Bauteile wird Bezug genommen auf die übrigen Figuren. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
7 zeigt den in 5 eingezeichneten Querschnitt Z-Z und eine zweite Ausführungsform eines Abschlusselementes 10 an dem anderen freien Ende 7b der Federstruktur 1. Im Unterschied zu der in 6 dargestellten Ausführungsform sind in dem Abschlusselement 10 der 7 keine einseitig offenen Ausnehmungen vorgesehen. Vielmehr ist an dem freien Ende 7b der Federstruktur 1 eine formschlüssige Verbindung 6 in Gestalt eines Bandes 6 vorgesehen, das die Federstruktur 1 umfänglich und von außen umspannt. Das ringförmige Abschlusselement 10 weist hierzu einen Absatz auf, wobei ein integral mit dem Abschlusselement 10 ausgebildeter innenliegender Stützring 9 gegenüberliegend dem Band 6 in der hülsenförmigen Federstruktur 1 angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 umfänglich an dem Stützring 9 abstützen können. Hinsichtlich der übrigen Bauteile wird Bezug genommen auf die übrigen Figuren. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
8 zeigt im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform der Federstruktur 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 5 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 5. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführungsform weisen die mehrschichtigen Bandfedern 2 der in 8 dargestellten Federstruktur 1 jeweils sechs Umkehrabschnitte 3, 4 und fünf Zwischenstücke 5 auf.
Die in 8 dargestellte Ausführungsform ist auch an ihren Enden 7a, 7b anders ausgebildet. Die Bandfedern 2 der Federstruktur 1 enden an dem einen Ende 7a der Federstruktur 1 mit außenliegenden Umkehrabschnitten 4 und an dem anderen Ende 7b der Federstruktur 1 mit innenliegenden Umkehrabschnitten 3.
An dem einen Ende 7a der Federstruktur 1 ist ein Abschlusselement 10 in Gestalt eines Ringes 11 vorgesehen, der die Bandfedern 2 mittels Absatz formschlüssig und vorgespannt an ihren außenliegenden Umkehrabschnitten 4 aufnimmt. An den davor innenliegenden Umkehrabschnitten 3 ist eine formschlüssige Verbindung 6 in Gestalt eines ringförmigen Bandes 6 vorgesehen, wobei das Band 6 die Federstruktur 1 im Bereich der innenliegenden Umkehrabschnitte 3 umfänglich außen umschließt. Die formschlüssige Verbindung 6 umfasst zusätzlich einen innenliegenden Stützring 9, der gegenüberliegend dem ringförmigen Band 6 in der hülsenförmigen Federstruktur 1 angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 umfänglich an dem Stützring 9 abstützen.
An dem anderen freien Ende 7b der Federstruktur 1, an dem die Bandfedern 2 der Federstruktur 1 mit innenliegenden Umkehrabschnitten 3 enden, ist kein Abschlusselement, aber ebenfalls eine formschlüssige Verbindung 6 in Gestalt eines Bandes 6 vorgesehen, das die Federstruktur 1 umfänglich und von außen umspannt. Ein innenliegender Stützring 9, an dem sich die innenliegenden Umkehrabschnitte 3 abstützen und der dem Band 6 gegenüberliegt, ergänzt die formschlüssige Verbindung 6. Zwischen den beiden Enden 7a, 7b der Federstruktur 1 ist eine weitere formschlüssige Verbindung 6 vorgesehen.
Zudem ist mittig zwischen den Enden 7a, 7b der Federstruktur 1 im Bereich eines innenliegenden Umkehrabschnitts 3 ein dämpfendes Element 13 vorgesehen, das eine dämpfende Wirkung hat und verhindert, dass die benachbarten Zwischenstücke 5 bei hoher Belastung zur Anlage kommen.
Bezugszeichenliste

1: Federstruktur
2: mehrschichtig aufgebaute wellenförmige Bandfeder
2a: wellenförmige Lage einer Bandfeder
3: innenliegende Umkehrabschnitte
4: außenliegende Umkehrabschnitte
5: Zwischenstücke
6: formschlüssige Verbindung, Band
7a: ein freies Ende der Federstruktur
7b: anderes freies Ende der Federstruktur
8: Längsachse
9: Stützring
10: Abschlusselement
11: Ring
12: neutrale Schicht
13: dämpfendes Element

Claims

Hülsenförmige Federstruktur (1) umfassend eine Längsachse (8) und mindestens drei entlang der Längsachse (8) ausgerichtete wellenförmige Bandfedern (2), bei der jede Bandfeder (2) zur Ausbildung einer Wellenform Umkehrabschnitte (3, 4) aufweist und Zwischenstücke (5), die jeweils zwei aufeinander folgende Umkehrabschnitte (3, 4) miteinander verbinden, und die mindestens drei Bandfedern (2) zur Ausbildung der hülsenförmigen Federstruktur (1) umfänglich um die Längsachse (8) der Federstruktur (1) herum und paarweise benachbart nebeneinander angeordnet sind in der Art, dass ausgehend von einem freien Ende (7a) der Federstruktur (1) entlang der Längsachse (8) hin zum anderen freien Ende (7b) der Federstruktur (1) die Umkehrabschnitte (3, 4) und die Zwischenstücke (5) benachbarter Bandfedern (2) miteinander korrespondieren, wobei die Umkehrabschnitte (3, 4) abwechselnd – als innenliegende Umkehrabschnitte (3) – nach innen und – als außenliegende Umkehrabschnitte (4) – nach außen gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens drei Bandfedern (2) zwischen den beiden freien Enden (7a, 7b) der Federstruktur (1) mindestens eine formschlüssige Verbindung (6) in Gestalt eines ringförmigen Bandes (6) aufweisen, wobei das Band (6) die Federstruktur (1) im Bereich innenliegender Umkehrabschnitte (3) umfänglich außen umschließt, – jede formschlüssige Verbindung (6) einen Stützring (9) umfasst, der dem ringförmigen Band (6) gegenüberliegend in der hülsenförmigen Federstruktur (1) angeordnet ist, so dass sich die innenliegenden Umkehrabschnitte (3) umfänglich an dem Stützring abstützen, und – die Bandfedern (2) mehrschichtig aufgebaut sind in der Art, dass jede Bandfeder (2) mindestens zwei wellenförmige Lagen (2a) umfasst.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innenliegende Umkehrabschnitte (3) benachbarter Bandfedern (2) im Bereich der mindestens einen formschlüssigen Verbindung (6) umfänglich abstandslos aneinander anschließen und anliegen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (6) mindestens einer formschlüssigen Verbindung (6) benachbarte Bandfedern (2) auch stoffschlüssig miteinander verbindet.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) zwischen den beiden freien Enden (7a, 7b) der Federstruktur (1) im Bereich sämtlicher innenliegender Umkehrabschnitte (3) eine formschlüssige Verbindung (6) jeweils in Gestalt eines ringförmigen Bandes (6) aufweisen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem freien Ende (7a) der Federstruktur (1) die mindestens drei Bandfedern (2) einen innenliegenden Umkehrabschnitt (3) aufweisen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) an beiden freien Enden (7a, 7b) der Federstruktur (1) einen innenliegenden Umkehrabschnitt (3) aufweisen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem freien Ende (7a) der Federstruktur (1) die mindestens drei Bandfedern (2) einen außenliegenden Umkehrabschnitt (4) aufweisen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) an mindestens einem freien Ende (7a) der Federstruktur (1) im Bereich von Zwischenstücken (5) enden.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem freien Ende (7a, 7b) der Federstruktur (1) eine formschlüssige Verbindung (6) in Gestalt eines ringförmigen Bandes (6) vorgesehen ist.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem freien Ende (7a, 7b) der Federstruktur (1) ein Abschlusselement (10) vorgesehen ist.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstücke (5) im unbelasteten Zustand der Bandfedern (2) mit einer Ebene, welche senkrecht auf der Längsachse (8) der Federstruktur (1) steht, zumindest abschnittsweise einen Winkel α ≤ 20° bilden.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: α ≤ 10°.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) uneinheitlich ausgebildet sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) und/oder das ringförmige Band (6) der mindestens einen formschlüssigen Verbindung (6) zumindest auch aus Verbundmaterial gefertigt sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) und/oder das ringförmige Band (6) der mindestens einen formschlüssigen Verbindung (6) zumindest auch aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Bandfedern (2) und/oder das ringförmige Band (6) der mindestens einen formschlüssigen Verbindung (6) zumindest auch aus Metall gefertigt sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen (2a) mindestens einer Bandfeder (2) lose aufeinander liegen.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen (2a) mindestens einer Bandfeder (2) durch Vorsehen einer Zwischenschicht voneinander getrennt sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie die Zwischenschicht bildet.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen (2a) mindestens einer Bandfeder (2) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Hülsenförmige Federstruktur (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende wellenförmige Lagen (2a) mindestens einer Bandfeder (2) durch Einbringen einer Zwischenschicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtig aufgebauten Bandfeder (2) einer hülsenförmigen Federstruktur (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lagen (2a) der Bandfeder (2) unter Verwendung von faserverstärktem Kunststoff vorgefertigt werden und anschließend eine Formgebung durchgeführt wird, wobei die mindestens zwei Lagen (2a) in einem gemeinsamen Verfahrensschritt eine Wellenform erhalten und unter Einbringen von Wärme thermisch gemeinsam ausgehärtet werden.