DE10341167A1

DE10341167A1 - Feder mit einer Mehrzahl von Windungen, insbesondere Spiral- oder Schraubenfeder

Info

Publication number: DE10341167A1
Application number: DE2003141167
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Ing. Tröbst (FH)
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2003-09-06
Filing date: 2003-09-06
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Feder 11 mit einer Mehrzahl von Windungen 12, insbesondere Spielfeder oder Schraubenfeder, deren Federkörper 13 nach Art einer hohlen gewickelten Röhre 14 ausgebildet ist, wobei der Federkörper 13 mindestens eine Druckeinlassöffnung 16 aufweist und der Innenraum 17 des Federkörpers 13 mit einem Druckmedium 22 zur Variation der Steifigkeit der Feder 11 beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feder mit einer Mehrzahl von Windungen, insbesondere eine Spiralfeder oder eine Schraubenfeder, deren Federkörper nach Art einer hohlen gewickelten Röhre ausgebildet ist.
Federn, die einen Federkörper in Form einer Röhre aufweisen, werden in unterschiedlichen Einsatzbereichen verwendet, beispielsweise in Druckmesseinrichtungen, insbesondere Röhren, Federmanometern und dergleichen.

Aus EP 0 280 937 ist darüber hinaus eine Federanordnung mit variabler Federkraft bekannt, die einen tubusartigen Körper aufweist. Eine Druckfeder mit einem länglichen rohrförmigen Elastomerkörper geht aus DE 690 24 003 hervor. Der Einsatzbereich der genannten Federn ist sehr eng beschränkt und meist darauf gerichtet, von oben auf den Federkörper einwirkende Lasten abzufedern oder Drücke zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder mit einer Mehrzahl von Windungen, deren Federkörper nach Art einer hohlen gewickelten Röhre ausgebildet ist, derart weiterzubilden, daß sie in weiten Gebieten der Technik, insbesondere auch im Motorenbau eingesetzt werden kann, variable Federkennlinien ermöglicht, sowie eine hohe Dämpfung im Resonanzfall gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst, vorteil hafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 17, Anspruch 18 betrifft eine besonderes vorteilhafte Verwendung der Feder.

Als Kern der Erfindung wird es angesehen, den Federkörper mit mindestens einer Druckeinlassöffnung zu versehen und den im Federkörper vorliegenden Hohlraum, d.h. den Innenraum des Federkörpers, mit einem Druckmedium zu Variation der Steifigkeit der Feder zu beaufschlagen. Wird die Feder mit hohem Druck beaufschlagt, wird die Feder versuchen sich zu strecken, wobei sich die Federkennlinien und die Dämpfung ändern. Auch ist die Feder in der Lage höhere Lasten aufzunehmen. Wir die Druckbeaufschlagung hingegen auf Null abgesenkt, dann sind die Federeigenschaften des Gesamtsystems nur noch die Materialeigenschaften und die Ausformung/Wandstärke der Feder verantwortlich. Mit anderen Worten ist durch die erfindungsgemäße Feder möglich, ein platzsparendes variables Federsystem zur Verfügung zu stellen, das z.B. auch im Motorenbau, insbesondere auch als Ventilfeder eingesetzt werden kann. Je nach Anforderungen, Drehzahl, Temperatur des Motors und dergleichen können die Federkennlinien an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.

Grundsätzlich ist es möglich, die Druckeinlassöffnung in einem Innen- oder Mittelbereich der Feder anzuordnen und der Feder eine Druckauslassöffnung zuzuweisen. Die Druckeinlassöffnung kann aber auch in einem Endbereich der Feder angeordnet werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als ein Ende einer einseitig beaufschlagten Feder meist ruht und deswegen besonders leicht angeschlossen werden kann. Grundsätzlich liegt es im Rahmen der Erfindung, auch mehrere Druckeinlass- oder Druckauslassöffnungen vorzusehen. Ein Ende des Federkörpers kann aber auch vollständig oder teilweise verschlossen sein und das andere Ende mit der Druckeinlassöffnung versehen werden. Ein Ende der Feder kann mit einer Drosselöffnung versehen werden, durch die das Druckmedium in den die Feder aufnehmenden Raum ausströmen kann. Dabei ist es möglich, daß das Druckmedium beispielsweise Kühl- oder Schmierzwecke im Bereich der Feder übernimmt. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine nur teilweise Durchströmung eines Federkörpers, der auch nur teilweise als rohrartiger Körper ausgebildet sein kann. In diesem Fall besteht das Gesamtsystem dann aus einer herkömmlichen Schrauben- oder Spielfeder und einem daran angesetzten Abschnitt eines Federkörpers nach Art einer hohlen gewickelten Röhre, der im Sinne der Erfindung druckbeaufschlagt ist. Besonders vorteilhafte Kühleigenschaften ergeben sich, wenn das Druckmedium durch eine Kühleinrichtung geleitet wird. Dabei bietet sich als Druckmedium insbesondere eine Flüssigkeit an.

Eine Dämpfung der Feder ergibt sich durch die Reibung des Fluids, zum einen die Reibung des Fluids an der Innenwandung des röhrenartigen Federkörpers, aber auch durch innere Reibungszustände des Fluids selbst.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen
1 eine erste Ausführungsform der Feder mit einem geschlossenen und einem offenen Ende
2 eine modifizierte Ausführungsform der Feder mit einer Druckeinlassöffnung in einem Innen- oder Mittelbereich der Feder
3 eine Feder mit einer Drosselöffnung an einem und einer Druckeinlassöffnung am anderen Ende, die von einer gekühlten Flüssigkeit durchströmt ist.
Die in den Zeichnungsfiguren 1 bis 3 dargestellte Feder 11 weist eine Mehrzahl von Windungen 12 auf und ist als Schraubenfeder ausgebildet. Der Federkörper 13 ist nach Art einer hohlen, gewickelten Röhre 14 ausgebildet, was sich insbesondere aus dem Teilschnittbereich 15 ergibt. Der Federkörper 13 weist eine Druckeinlassöffnung 16 auf, wodurch der Innenraum 17 des Federkörpers 13 mit einem Druckmedium 22 zur Variation der Steifigkeit der Feder 11 beaufschlagbar ist. Die Druckeinlassöffnung 16 ist bei dem in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel am unteren dargestellten Ende 18 der Feder 11 angeordnet. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Enden 18, 19 der Feder 11 hingegen verschlossen, die Druckeinlassöffnung 16 befindet sich in einem Mittelbereich 20.
Bei dem in Zeichnungsfigur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Feder 11 darüber hinaus eine Druckauslassöffnung 21 auf, die am Bereich des Endes 19 der Feder 11 angebracht ist. Dadurch hat das Druckmedium 22 die Möglichkeit, den Federkörper in seiner gesamten Länge zu durchströmen und gegebenenfalls zu kühlen. Alternativ zu den dargestellten Ausführungsbeispielen können auch mehrere Druckeinlass- und/oder Druckauslassöffnungen vorgesehen werden. Genauso ist es möglich, die Druckauslassöffnung 21 im Innen- oder Mittelbereich 20 der Feder 11 anzuordnen. Die Druckauslassöffnung 21 kann eine Drosselöffnung sein, so daß bei Druckbeaufschlagung durch die Druckeinlassöffnung sich trotz eines gewissen Durchflusses im Innenraum der Feder ein Überdruck eingestellt, der zu einer Versteifung der Feder führt. In 3 ist angedeutet, daß das Druckmedium 22 durch eine Kühleinrichtung 30 geleitet werden kann, wodurch die Kühlwirkung in Federinnenraum weiter verbessert wird. Das Druckmedium 22 kann eine Flüssigkeit sein.
Alternativ kann die Druckauslassöffnung 21 nach Art einer variablen Drossel ausgebildet werden, diese kann gegebenenfalls durch eine Steuereinrichtung hinsichtlich ihres Durchlassquerschnittes gesteuert werden.

11: Feder
12: Windungen
13: Federkörper
14: Röhre
15: Teilschnittbereich
16: Druckeinlaßöffnung
17: Innenraum
18: Enden
19: Ende
20: Mittelbereich
21: Druckauslaßöffnung
22: Druckmedium
30: Kühleinrichtung

Claims

Feder (1) mit einer Mehrzahl von Windungen (12), insbesondere Spiralfeder oder Schraubenfeder, deren Federkörper (13) nach Art einer hohlen gewickelten Röhre (14) ausgebildet ist, wobei der Federkörper (13) mindestens eine Druckeinlassöffnung (16) aufweist und der Innenraum (17) des Federkörpers (13) mit einem Druckmedium (22) zur Variation der Steifigkeit der Feder (11) beaufschlagbar ist.
Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinlassöffnung (16) in einem Mittelbereich (20) der Feder (11) angeordnet ist.
Feder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) eine Druckauslassöffnung (21) aufweist.
Feder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinlassöffnung (16) in einem Endbereich der Feder (11) angeordnet ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckauslassöffnung (21) in einem Endbereich der Feder (11) angeordnet ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckeinlass- (16) und/oder Druckauslassöffnungen (21) vorgesehen sind.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckauslassöffnung (21) in einem Mittelbereich (20) der Feder (11) angeordnet ist.
Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (19) des Federkörpers (13) vollständig oder teilweise verschlossen ist und das andere Ende (18) mit einer Druckeinlassöffnung (16) versehen ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (19) der Feder (11) mit einer Drosselöffnung versehen ist.
Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden (18, 19) der Feder (11) mit dem Druckmedium (22} druckbeaufschlagt sind.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (22) den Federkörper (13) zum Zwecke der Druckbeaufschlagung zumindest teilweise durchströmt.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Feder (11) bei Absenkung des Beaufschlagungsdruckes ausschließlich durch die Materialeigenschaften und Abmessung des Federkörpers (13 ) definiert ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (22) durch eine Kühleinrichtung (30) geleitet wird.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (22) eine Flüssigkeit ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) durch die Reibung flüssigen Druckmediums (22) gedämpft ist.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Erzeugung variabler Kennlinien und variabler Dämpfungseigenschaften.
Feder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckauslassöffnung (21) nach Art einer variablen Drossel ausgebildet oder an ein variables Drosselelement angeschlossen ist.
Verwendung einer Feder (11) nach den vorhergehenden Ansprüchen als Ventilfeder in einem Verbrennungsmotor.