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Wickelreibungsfeder Es sind Dämpfungsfedern bekannt, deren Windungen
konisch parallel verlaufen. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie in hohem Maße
die aufgenommene Federarbeit durch Reibung vernichten. Ihr Nachteil besteht darin,
daß sie in ihren Federwegen begrenzt sind, da sie einerseits zwar entgegen dem proportionalen
Verlauf im P-f-Diagramm einer Ringfeder einen progressiven P-f-Verlauf aufweisen,
ihre weiche Anfangsfederung bei geringster Lastaufnahme jedoch seht- groß und somit
der nutzbare Federweg für bestimmte Belastungen oft zu gering ist. Dazu kommt, daß
der Federweg einer einzigen Wickelreibungsfeder durch die Anzahl ihrer Windungen
beschränkt ist, weil die Federwege von beiden Federenden aus von Windung zu Windung
gegen die Federmitte abnehmen, die mittlere Windung also fast keine Federung mehr
ausübt. Man geht deshalb bei einer bekannten Ausführungsform so vor, daß man zur
Vergrößerung des nutzbaren Federweges mehrere solcher Federn hintereinanderschaltet.
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Neben solchen Wickelreibungsfedern, deren Windungen auf einem Zylinder
liegen, kennt man auch schon Wickelreibungsfedern mit konisch parallelen Windungen,
die eine Kegel- oder Evolutfeder bilden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Mängel dieser bekannten
Federn zu vermeiden. Sie geht von einer als Kegel- bzw. Evolutfeder ausgebildeten
Wickelreibungsfeder mit vorzugsweise parallelogrammförmigen Querschnitt und begrenzter
Windungszahl aus, deren Endränder in Endstücken mit seitlichem Spiel abgestützt
sind. Und zwar besteht die Erfindung darin, daß die Federwindungen im entspannten
Zustand verschiedene Neigungswinkel zur Federachse aufweisen, vornehmlich derart,
daß der Neigungswinkel von der äußeren zur inneren Windung stetig abnimmt. Dabei
hat es sich als besonders zweckdienlich herausgestellt; wenn die Neigungswinkel
der Windungen zur engeren Endwindung hin derart abnehmen, daß die Endwindung in
Achsrichtung steht und bei zusammengedrückter Feder alle Windungen achsparallel
stehen.
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Eine solche Kegel- oder Evolut-Wickelreibungsfeder verkürzt die weiche
Anfangsfederung und gibt größere nutzbare Federbereiche. Und zwar ist die Feder
nach der Erfindung bis zur Materialhöhe zusammendrückbar. Somit erübrigt sich die
Hintereinanderschaltung mehrerer Federn. Dazu kommt, daß durch den vornehmlich stetigen
Wechsel der Neigungswinkel der Federwindungen die Federcharakteristik in einer bisher
nicht erreichbaren Weise verändert werden kann, weil man es in der Hand hat, durch
Wahl entsprechender Neigungswinkeländerungen die Federeigenschaften in nahezu jeder
gewünschten Richtung zu beeinflussen. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Und zwar zeigt Fig. 1 eine Kegelreibungsfeder
gemäß der Erfindung mit verschieden abgestuften Neigungswinkeln der Windungen bei
konstantem Windungsquerschnitt, Fig.2 eine Kegelreibungsfeder gemäß der Erfindung
mit verschieden abgestuften Neigungswinkeln der Windungen unter Verwendung eines
Profilstahles, teils im Schnitt, teils in Seitenansicht, und Fig.3 einen Druckbogen
bzw. ein Endstück mit Spalt oder Schlitz, und zwar oben halb im Schnitt und halb
in Seitenansicht sowie darunter in Draufsicht.
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Die erfindungsgemäße Kegelfeder nach Fig. 1 besteht aus einem gewickelten
Federstahlband 1, wobei die Windungen im unbelasteten Zustand unter verschieden
abgestuften Winkeln ß1 bis ß, zu der Federlängsachse geneigt sind. Und zwar nimmt
der Winkel ß von der äußeren Windung zur oberen inneren Windung hin derart ab, daß
die letzte innere Windung parallel zur Federlängsachse steht. Ein oberes Endstück
ist daher entbehrlich.
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Bei Belastung dieser Feder nach Fig. 1 berühren sich die Innenflächen
2 einer Wicklung mit den Außenflächen 3 der Nachbarwindung nicht sofort, sondern
erst nach und nach bei zunehmender Belastung, und zwar vom Außendurchmesser nach
der oberen inneren Windung hin, da die größeren Windungen wie bei einer Kegelfeder
zuerst tragen und die ersten federnden Wege geben.
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Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fig.
1 im wesentlichen durch das abweichende Profil des Federstahlbandes 1', welches
hier an der Außenfläche der Windungen eine einseitige Keilfläche 25 aufweist, die
dem Druckbogen 4 zugekehrt
ist und ein besseres Gleiten ohne Pressen
und Ecken gewährleistet.
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Der Druckboden 4 nach Fig. 3 ist so ausgebildet, daß zwischen Druckbodenrand
20 und Mittenbohrung 26 die Kegelreibungsfeder eingesetzt werden kann. Ein rechtwinkelig
abgebogenes Ende 21 der äußeren Windung, das in einen Spalt 22 des Druckbodenrandes
20 eingreift und die Feder gegen Drehen im Druckboden sichert, soll so lang sein,
daß es schon hei unbelasteter Feder in den Spalt eingreift. Bei zunehmender Belastung,
d. h. bei Erweiterung der äußeren Windung, wandert dann das abgebogene Windungsende
im Spalt nach außen.
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Die Kegelreibungsfeder (Evolutreibungsfeder) arbeitet bei Belastung
wie eine Kegelfeder, und zwar dahingehend, daß ihre Federwege gleich groß sind,
daß die Belastungszunahme jedoch größer ist als die der Kegelfeder, da eine zusätzliche
Kraft aufgewandt werden muß, um das Aneinandervorbeigleiten der Windungen (Reibung)
bis zur Parallelstellung im zusammengeschobenen Zustand zu überwinden. Um gleiche
Federwege bei einer bestimmten Last bei einer Kegelfeder einerseits und einer Kegelreibungsfeder
andererseits zu erreichen, ist ohne Berücksichtigung der Materialbeanspruchung bei
Kegelreibungsfedern gemäß der Erfindung mit geringeren Materialquerschnitten auszukommen.
Die Rückstoßvernichtung infolge Reibung ist mit etwa 80 bis 85 % so groß wie die
der zylindrischen Wickelreibungsfeder und die der Ringfeder, die der Kegelfeder
jedoch annähernd Null.
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Die Kegelreibungsfeder nach Fig. 1 kann auch mit ungleichen Materialquerschnitten
je Windung oder Windungen versehen werden, wie man die Federn auch mit ausgewalzter
unterer oder oberer Endwindung bzw. unter Verwendung eines Profilstahlbandes nach
Fig.2 erzeugen kann.
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Um eine insgesamt weichere und somit längere progressive Anfangsfederung,
die oft als Vorspannung erwünscht ist, zu erhalten, sind die Kegelfedern so ausführbar,
daß die einzelnen Windungen noch mit Spiel versehen sind, und zwar im Gegensatz
zur proportional geradlinigen Anfangsfederung zylindrischer Wickelreibungsfeder
mit Spiel. Durch entsprechende Wahl des Abstandes zwischen den Windungen ist es
möglich, die Charakteristik der Feder weitgehend dem gewünschten Verwendungszweck
anzupassen.