DE1939395U

DE1939395U - Torsionsfeder mit progressiver kennlinie.

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Publication number: DE1939395U
Application number: DE1965A0023410
Authority: DE
Original assignee: AHLE FA GEB; Gebrueder Ahle GmbH and Co
Current assignee: AHLE FA GEB; Gebrueder Ahle GmbH and Co
Priority date: 1965-03-11
Filing date: 1965-03-11
Publication date: 1966-05-26

Description

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Dr. HEINZ FEDER _1# ^_oril'_{1966 Όγ}._ϊ/Ιο

Patentanwalt

4 Düsseldorf (Akte 6₅-2o-2₉)

Am Wehrhahn 77/1 &

Firma Gebr. Ahle, Karlsthal Post Berghausen Bez. Köln

Torsionsfeder mit progressiver Kennlinie.

Auf vielen G-ebieten der Technik, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, wird häufig die Forderung gestellt, daß die verwendeten Federn eine progressive Kennlinie aufweisen, d.h. daß bei Beanspruchung der Feder das Verhältnis KraftsPederwHg nicht konstant ist, sondern zunimmt. 3s sind ochraubendruckfedern mit progressiver Kennlinie bekannt, bei denen eine Krümmung der Kennlinie dadurch erreicht wird, daß sich beim Zusammendrücken der leder die Windungen fortschreitend aneinanderlegen,wodurch die wirksame Länge der Feder vermindert wird.Ss ist auch bekannt, zur wirtschaftlichen Ausnutzung des Merkstoffes für solche Federn Drähte mit kontinuierlich abnehmendem Querschnitt zu verwenden, Es sind ferner Blattfedern mit progressiver Kennlinie bekannt, bei denen die Krümmung der Kennlinie dadurch erreicht wird, daß sich die Blattfeder im Verlauf des Faderhubes fortschreitend an eine Abstützung anlegt und dadurch die Federlänge reduziert wird.

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Außer den Zug- und Druckfedern werden in der 'Technik häufig auch Torsionsfedern verwendet, d.h. Federn, die im ganzen auf Torsion "beansprucht werden.

Gegenstand der Neuerung ist eine Torisonsfeder mit progressiver Kennlinie, wobei die Krümmung der Kennlinie dadurch erreicht wird, daß das eine Ende der zylindrisch oder konisch gewickelten !eder an einem zylindrischen, konischen oder abgesetzten Dorn und/oder einer zylindrischen, konischen oder abgesetzten Büchse so befestigt ist, daß bei Torisonsbeanspruchung sich die Federwindungen, beginnend mit dem an den Dorn oder der büchse befestigten Ende, an den Dorn bzw. die Büchse anlegen ο

Konisch gewickelte Torsionsfedern sind bekannt, doch hatten diese Torsionsfedern keine progressive Kennlinie, da ein Dorn oder eine Büchse, an die sich die «indungen bei Belastung anlegen konnten, nicht vorhanden war. Es sind ferner s!genannte Schlingfederkupplungen bekannt, bei denen eine zylindrisch gewickelte Torsionsfeder sich an einen zylindrischen Dorn anlegt und dadurch eine Kupplung der beiden Teile erreicht wird. Auch bei diesen Schlingfederkupplungen war eine progressive Kennlinie weder angestrebt noch vorhanden.

Soll die Feder eine gekrümmte Kennlinie aufweisen, so müssen sich die Windungen an einem Ende beginnend fortschreitend an den Dorn bzw. die Büchse anlegen= Geht man davon aus, daß die Jeder aus einem Draht oder Band mit gleichbleibendem Querschnitt gewickelt ist, so muß der Zwischenraum zwischen der Feder einerseits und dem Dorn oder der Büchse andererseits, beginnend an dem Ende der Feder, das am Dorn oder der Büchse befestigt ist, zuröimen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder die i'eder zylindrisch

gewickelt ist und der Dorn '..der die -3uch.se konisch sind .-der dadurch, daß die !Feder selbst konisch gewickelt ist, wobei der Dorn bzw. die Büchse zylindrisch sein kann. Selbstverständlich ist es dabei auch möglich, sowohl die Jeder konisch zu wickeln, als auch den Dorn oder die Büchse konisch zu machen. Ss kann aber auch für die Herstellung der Feder ein Draht oder Band mit kontinuierlich abnehmendem Querschnitt verwendet werden. In diesem IPaIl kann von einer zylindrisch gewickelten Feder deshalb nicht mehr gesprochen werden, weil hier die Feder bei konstantem Innendurchmesser einen zunehmenden ^-ußenäurchnesser hat, also außen konisch ist oder bei konstantem Äußendurchmesser einen zunehmenden Innendurchmesser hat, also innen konisch ist. Bei Verwendung einer solchen Feder aus einem L-raht oder Band nit aonehinjuendem Querschnitt kann ein zylindrischer Dorn bzw» eine zylindrische Büchse verwendet werden, es kann aber auch ein konischer Dorn oder eine konische Büchse verwendet werden, wobei die Konizität,insbesondere der sich aus der Querschnittsabnahme ergebenden Konizität der Feder angepaßt sein kann.

Es ist ferner möglich, Dorn und Büchse gleichzeitig zu verwenden. In diesem Fall erhält die Feder in beiden Drehrichtungen eine progressive Kennlinie, wobei es durch entsprechende Wahl der Konizität von Dorn, Feder oder Büchse möglich ist, für jede Drehrichtung die "Progressivität unabhängig von der Progressivität in der anderen Drehrichtung festzulegen. Die Feder kann aber auch eine Kennlinie mit einem oder mehreren ICnickpunkten erhalten» Dies wird dadurch erreicht, daß d er ^orn oder die Büchse in einer oder mehreren Stufen abgesetzt wird. Sind dabei sowohl die Feder als auch der Dorn baw. die Büchse zylindrisch, so erhöht die Feder eine Kennlinie, die zwischen den Knickpunkten geradlinig ist. Sind dagegen auch hier die Feder und/oder die Abschnitte des

Domes oder der Büchse konisch, so eüältman eine zwischen den Knickpunkten gekrümmte Kennlinie. Sind der Dorn und/oder die Büchse gegen die Feder in Längsrichtung verschiebbar, so kann die Kennlinie durch Verschieben des Dorns oder der Büchse verändert werden.

Ausführungsbeispiele der neuen Torsionsfeder sind in den Abbildungen dargestellt.

Abb. 1 zeigt eine Feder 1, die aus einem Draht mit konstantem Querschnitt gewickelt ist. Die Jeder ist konisch gewickelt, d.h. der Innendurchmesser nimmt von unten nach oben zu. Das untere Ende 2 der Feder ist an dem zylindrischen Dorn 3 befestigt. 7/irdadurch Schwenken des freien Schenkels 4 der Feder diese tordiert, so legen sich die Federwindungen von unten beginnend an den zylindrischen Dorn 3 an, so daß die wirksame Federlänge dadurch verkürzt und die gewünschte Progressivität mit gekrümmter Kennlinie erzielt wird.

Abb ο 2 zeigt eine analoge Anordnung, bei der statt eines Bornes eine wüchse 5 verwendet ist. In diesen if all nirrmt der Durchmesser der Feder 6 von unten nach oben ab, das untere -^iide 7 ist wieder an der ""üchse 5 befestigt. Wird der Schenkel 8 in dem -äichtungssinn geschwenkt, daß sich die Federwindungen vergrößern, so legen sich die Federwindungen von unten beginnend an die Innenseite der Büchse 5 an, so daß auch hier wieder die wirksame Federlänge verkürzt wird»

Die Anordnung nach Abb. 3 entspricht der Anordnung nach —bb.l mit dem Unterschied, daß hier die Feder la zylindrisch gewickelt ist, und der Dorn 3a sich von unten nach oben verjüngt. Die Ausführungsform nach Abb. 4 entspricht der Ausführungsform nach Abb. 2 mit dem Unterschied,daß auch hier die Feder 6a zylin-

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drisch gewickelt ist, und sich die wüchse 5a von unten nach oben konisch etwas erweitert.

Bei den Ausführungsformen nach den Abbildungen 1 bis 4 wird ein Draht konstanter Stärke verwendet. Liese Ausf^hrungsformen sind besonders geeignet für verhältnismäßig schwache Federn, bei denen der Haterialaufwand für die Feder selbst keine wesentliche B.olle spielt und für solche Jedem, bei denen auf einen möglichst geringen Raumbedarf der Feder kein besonders großer 77ert gelegt werden nuß. Dabei weisen diese Federn den Vorteil auf,, daß sie einfach und iiit geringem Arbeitsauf wand hergestellt werden können. Es wird jedoch das Federmaterial werkstoffnäßig nicht ausgenutzt, weil bei den '«'indungen, die vor Erreichen der maximalen Beanspruchung durch das Anlegen an den Dorn bzw. an die Büchse unwirksam gemacht werden, die dem Querschnitt entsprechende Belastbarkeit nicht annähernd erreicht wird. Bei starken Federn, die bei der maximalen Beanspruchung einen verhältnismäßig großen Querschnitt des Drahtes oder Bandes erfordern, fällt dieser Llaterialauf wand ins Gewicht, da der Werkstoffaufwand mit dem Quadrat der Beanspruchung zunimmt.

Bei den Ausführungsformen nach Abb. 5 bis 7 wird ein Federdraht verwendet, dessen Querschnitt kontinuierlich zunimmt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Federdraht 9 so gewickelt,- daß die Feder einen konstanten Innendurchmesser hat. Der Dorn Io ist zylindrisch, und das untere Ende 11 der Feder ist wieder am Dorn befestigt. Obwohl hier im Gegensatz zur Ausführungsform nach Abb, 1 der Abstand der Federbindungen vom Dorn nicht zunimmt, legt sich bei einer Schwenkbewegung des freien Schenkels 12 die Feder zunehmend von unten nach eben an den Dorn an, weil

infolge der Änderung des Querschnittes die Fed erbindungen an unteren Ende eine geringere Federkraft haben als am oberen Ende, Eine Überbeanspruchung des unteren lindes bei erreichen der Höchstbeanspruchung tritt dabei nicht ein, da das Drehmoment durch die Reibung zwischen !Federdraht und Dorn in der -iauptsache durch die jeweils letzten Windungen, die sich an den Dorn angelegt haben, übertragen wird,

Abb. 6 zeigt eine Ausführungsf^rn, bei der, vvie bei der Ausführungsform nach Abb. 2, eine Büchse verwendet ist» Auch hier nimmt der Drahte/quer schnitt von unten nach eben au, und die Feder ist mit konstantem Außendurchmesser gewickelt, sr.· daß der Abstand zwischen den Windungen der Feder 13 und der -Büchse 14 konstant ist. Das untere Ende 15 der Feder ist wieder mit der Büchse 14 verbunden, tind bei einer Schwenkbewegung des Schenkels 16, bei der sich die Feder aufweitet, legen sich wieder die 'windungen der Feder 13 von unten beginnend an die Innenseite der Büchse an»

Ein Ausführungsbeispiel einer Feder, bei der Dorn und Büchse gleichzeitig verwendet werden und die deshalb in beiden Drehrichtungen eine progressive Kennlinie aufweist, zeigt Abb. 7. Die Feder ist wieder aus einem Federdraht mit kontinuierlich zunehmenden Querschnitt gewickelt, und zwar so, daß der Innendurchmesser konstant ist. Innerhalb der Feder be/findet sich ein zylindrischer Dorn 18. Außerhalb der Feder befindet sich eine Büchse 19, die mit 2-ücksicht darauf, daß der -außendurchmesser der Feder ven unten nach eben zunimmt, ebenfalls von unten nach oben sich konisch etwas erweitert. Das untere Ende 2o der Feder ist an der Büchse 19 oder am Dorn 18, die zweckmäßig miteinander starr verbunden sind, befestigt. Führt eier freie schenkel 21 eine

Schwenkbewegung aus, bei der sich der Durchmesser der Federwindungen vermindert 5 so legt sich die Feder von unten nach oben zunehmend am Dorn 18 an. Führt der freie Schenkel 21 eine Schwenkbewegung im entgegengesetzten Drehsinn aus, so daß sich die Feder 17 aufweitet, so legen sich die Federwindungen ebenfalls von unten beginnend an die Büchse 19 an. Eine entsprechende Anordnung ist auch unter Verwendung eines Federdrahtes oder Federbandes mit konstantem Querschnitt möglich, etwa derart, daß eine zylindrisch gewickelte Feder, wie bei den Ausführungsformen nach Abb. 3 und 4, sowohl mit einem konischen Dorn als auch mit einer konischen Hülse verbunden wird.

Die Ausführungsformen nach den Abbilaungen 5 bis 7 haben nicht nur den Torteil, daß bei dem Federdraht oder Federband eine erhebliche Materialersparnis erzielt wird, sondern sie haben noch den weiteren Vorteil, daß bei gleicher Höchstbelastbarkeit und gleicher Progressivität die Abmessungen der Feder kleiner gewählt werden können. Da häufig für die Unterbringung der Federn nur sehr begrenzter Raum zur Verfügung steht, ist dieser Vorteil von erheblicher Bedeutung. Außerdem bedeutet eine Verkleinerung der Abmessungen der Feder auch wieder eine Materialersparnis durch die entsprechende Verkleinerung von Dorn oder Büchse.

Die Abb. 8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Feder mit geknickter Kennlinie. Die Feder 22, 22a ist zylindrisch gewickelt, der Dorn 23, 23a hat zwei zylindrische Abschnitte, wobei der linke Abschnitt einen größeren Durchmesser hat als der rechte Abschnitt. Das linke Ende 24, 24a der Feder ist in einem Schlitz des Domes geführt. Führt der freie Schenkel 25, 25a eine Schwenkbewegung aus, bei der der Federdurchmesser abnimmt, so verhält sich die Feder wie eine normale Feder mit gerader kennlinie, bis sich die Win-

düngen im Bereich des dickeren Teiles des Bornes an diesen gleichzeitig anlegen, dadurch wird die wirksame Federlänge vermindert und die Neigung der Kennlinie verändert, es tritt also ein Knick auf. Wie die Abb. 8 und 9 zeigen ist der Dorn gegen die Jeder verschiebbar und der zweite Teil der Kennlinie wird umso steiler, je weiter der Dorn nach rechts geschoben wird₅ während der Knickpunkt seine Lage beibehält, da sich bei jraer Stellung des Dornes die Windungen bei der gleichen Kraft an den dickeren Teil des Dornes anlegen.

Auch bei dieser Ausführungsform kann die Feder konisch gewickelt sein oder es kann ein Draht oder Band mit zunehmendem Querschnitt verwendet werden oder es können die Abschnitte des Dornes oder auch nur einer dieser Abschnitte konisch sein. In diesem Fall sind die Abschnitte der Kennlinie gekrümmt und d/er Knickpunkt wandert beim Verschieben des Dornes, wenn der vor dem Knickpunkt liegende Teil der Kennlinie gekrümmt ist.

Sinngemäß das gleiche gilt bei Verwendung einer sich stufenförmig erweitenden Büchse.

Schließlich kann der Dorn oder die Büchse statt in einer Stufe auch in einem konischen Abschnitt abgesetzt sein, wobei in der Kennlinie ein Abschnitt stärkerer Krümmung auftritt oder es kann die Konizität der Feder oder des Dornes oder der Büchse zunehmen.

Die Progressivität der Kennlinie kann weitgehend durch entsprechende Wahl der Konizität von Feder, Dorn und Büchse beeinflußt werden, wobei auch eine konisch gewickelte Feder mit einem konischen oder abgesetzten Dorn oder einer konischen oder abgesetzten Büchse kombiniert v/erden kann. Bei Verwendung von Dornen bzw. Büchsen unterschiedlicher Konizität oder Abstufung kann

ein und derselben Jeder eine unterschiedliche Progressivität gegeben werden, was wieder den Vorteil mit sich bringt, daß unter Verwendung einer relativ geringen Zahl verschiedener Federn, Dorne und Büchsen eine große Anzahl Torsionsfedern mit verschiedener Belastbarkeit und kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Progressivität hergestellt werden kann.

Schutzansprüche

Claims

- ίο - Schutzansprüche

1. Torsionsfeder mit progressiver Kennlinie, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der zylindrisch oder konisch gewickelten Feder an einem zylindrischen, konischen oder abgesetzten Dorn und/oder einer zylindrischen, konischen oder abgesetzten Büchse so befestigt ist, daß bei Torsionsbeanspruchung sich die Federwindungen beginnend mit dem an dem Dorn oder der Büchse befestigten Ende an den Dorn bzw. die Büchse anlegen.

2. Torsionsfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus einem Draht oder einem Band mit gleichbleibendem Querschnitt zylindrisch gewickelt ist, und der Dorn und/oder die Büchse konisch sind.

3» Torsionsfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus einem Draht oder Band mit gleichbleibendem Querschnitt konisch gewickelt ist, und der Dorn bzw. die Büchse zylindrisch ist.

4. Torsionsfeder mit progressiver Kennlinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus einem Draht oder Band mit kontinuierlich abnehmendem Querschnitt gewickelt ist.

5. Torsionsfeder mit progressiver Kennlinie nach einem der Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet; daß der Dorn oder die Büchse in einer oder mehreren Stufen abgesetzt ist.

6. Torsionsfeder mit progressiver Kennlinie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn oder die Büchse gegen die Feder in Längsrichtung verschiebbar ist.