DE19544365B4

DE19544365B4 - Schraubenfeder und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19544365B4
Application number: DE1995144365
Authority: DE
Inventors: Peter Weinmann; Ulf Mirlieb; Josef Bienecker
Original assignee: Oskar Schwenk & Co KG GmbH; Schwenk Oskar & Co KG GmbH
Current assignee: Oskar Schwenk & Co KG GmbH; Schwenk Oskar & Co KG GmbH
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: DE19544365A1

Abstract

Schraubenfeder mit im positionierten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse (2), insbesondere für Drehschwingungsdämpfer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, deren Federdraht (D) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und an seinem Umfang zumindest teilweise profiliert oder abgeflacht ausgebildet ist, derart, dass das Profil oder die Abflachung (4) einer Federwindung (3) bei auf Block beanspruchter Feder an der benachbarten Federwindung (3) in Anlage kommt, wobei die am äußeren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereiche der Federwindungen (3) auch bei einer auf Block beanspruchten Feder nicht in Anlage kommen und wobei die Profile oder Abflachungen (4) am Federdraht (D) lokal begrenzt an den am inneren Radius (r_i) der positionierten Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Federwindungen (3) vorgesehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubenfeder mit im positionierten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse, insbesondere für Drehschwingungsdämpfer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, deren Federdraht einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und an seinem Umfang zumindest teilweise profiliert oder abgeflacht ausgebildet ist, derart, daß das Profil oder die Abflachung einer Federwindung bei auf Block beanspruchter Feder an der benachbarten Federwindung in Anlage kommt.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, mit im positionierten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse, bei dem die Schraubenfeder aus einem den Biege- oder Windewerkzeugen einer Federwickelvorrichtung zugeführten Federdraht geformt und der Federdraht zumindest teilweise an seinem Umfang abgeflacht oder profiliert wird, derart, daß nach der Fertigstellung der Schraubenfeder das Profil oder die Abflachung einer Federwindung beim Zusammendrücken der Feder auf Block an einer benachbarten Federwindung in Anlage kommt.
Schraubenfedern mit im entspannten Zustand bogenförmig verlaufenden Federachsen sind beispielsweise aus der DE 44 06 826 A1 bekannt und werden in der Praxis als Schwingungsdämpfer zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen vorgesehen, deren Drehbewegung durch Anschlag der Federwindungen, also durch auf Block gehen der Schraubenfedern, begrenzt wird. Insbesondere werden Schraubenfedern mit einer bogenförmig verlaufenden Federachse häufig in Drehschwingungsdämp fern eines Zweimassenschwungsrades oder einer Kupplungsscheibe eingebaut.
Der Federdraht der Schraubenfeder ist an den einander zugewandten Bereichen der benachbarten Federwindungen abgeflacht oder profiliert ausgebildet, so daß sich die Federwindungen beim Zusammendrücken der Feder auf Block flächig aufeinanderlegen, wodurch verhindert wird, daß die Federwindungen aufeinander abrutschen. Außerdem wird dadurch ein relativ großer Freiraum in Richtung der Federachse zwischen aufeinander folgenden Federwindungen geschaffen, so daß die Feder im vollständig auf Block zusammengedrückten Zustand eine vergleichsweise geringe Länge, d.h. eine geringe Blocklänge, hat.
Aus der DE 43 06 895 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schraubenfeder bekannt, bei dem die Profile oder Abflachungen an einem im Querschnitt runden Federdraht während der Herstellung der Schraubenfeder unmittelbar vor oder zwischen den Biege- oder Windewerkzeugen der Federwickelvorrichtung angewalzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den nach diesem Verfahren hergestellten Schrauenfedern bei ausgeprägten Querschnittsveränderungen die Lage über die Länge des Federdrahtes geringfügig schwankt, was zumindest bei im Betrieb stark beanspruchten Federn unerwünscht sein kann.
Die GB 1119158 zeigt einen elastisch biegsamen Stab, dessen am äußeren Radius gelegenen Windungsbereiche im belasteten Zustand aneinander anliegen.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Schraubenfeder und ein Verfahren zu deren Herstellung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die Profile oder Abflachungen sehr gleichmäßig und positionsgenau ausgebildet sind.
Bei Schraubenfedern mit bogenförmiger Federachse ist diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Profile oder Abflachungen am Federdraht lokal begrenzt an nahe dem inneren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Federwindungen vorgesehen sind. Bei Schraubenfedern mit gerader Federachse trifft dies ebenso zu, wenn bei bobenförmiger Belastung eine entsprechende Positionierung der Feder erfolgt.
Derartige Schraubenfedern werden erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß die Bearbeitung des Federdrahtes zur Erzeugung des teilweise profilierten oder abgeflachten Querschnitts in der Federwickelvorrichtung an den bereits fertiggestellten Federwindungen der Schraubenfeder oder in einem an den Wickelvorgang anschließenden Arbeitsgang erfolgt.
Dadurch, daß die Abflachungen oder Profile erst an den bereits fertiggestellten Federwindungen oder an der fertiggestellten Schraubenfeder hergestellt werden, ist die erzielbare Maß- und Lagegenauigkeit der Profile oder Abflachungen sehr hoch.
Im übrigen ist es möglich, die Verformungen gezielt nur in lokal begrenzten Bereichen der Federwindungen, in denen die Querschnittsveränderungen am Federdraht erforderlich sind, vorzunehmen. So ist es beispielsweise möglich, bei einer Schraubenfeder mit im entspannten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse und einer Schraubenfeder mit gerader Federachse, die bei bogenförmiger Belastung eine entsprechende Positionierung erfährt, die Profile oder Abflachungen am Federdraht lokal begrenzt nur im Bereich der am inneren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereiche der Federwindungen, in denen die Federwindungen bei einer auf Block beanspruchten Feder in Anlage kommen, herzustellen, während die am äußeren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereiche der Federwindungen, die auch bei einer auf Block beanspruchten Feder nicht in Anlage kommen, ihren vollrunden Querschnitt behalten. Somit braucht erfindungsgemäß der Querschnitt des Federdrahtes nur in minimaler Weise verändert zu werden, um die gewünschte flächige Anlage oder gegenseitige Abstützung der Federwindungen zu erreichen, so daß die durch die Querschnittsverformungen oder die durch eine abtragende Bearbeitung bedingte Schwächung des Federdrahtes vergleichsweise gering ist.
Grundsätzlich kann es ausreichend sein, den Federdraht nur auf einer Drahtseite zu bearbeiten, so daß jeweils eine Abflachung oder Anformung einer Federwindung an einem nicht bearbeiteten Umfangsbereich einer benachbarten Federwindung in Anlage kommt, da hierdurch bereits eine gewisse Abstützung zwischen den benachbarten Federwindungen erreicht wird, die einem Verrutschen oder Abknicken der aneinanderliegenden Federwindungen entgegen wirkt.
In vorteilhafter Weise werden Abflachungen jedoch beidseits des Federdrahtes ausgebildet, so daß sich benachbarte Federwindungen beim Zusammendrücken der Schraubenfeder flächig aufeinanderlegen.
Die Profile oder Abflachungen können durch einen Umformungsvorgang, insbesondere einen Prägevorgang an dem Federdraht, hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Abflachungen an dem Federdraht jedoch angeschliffen, durch einen Laserbearbeitungsvorgang oder andere materialabtragende Verfahren erzeugt, da auf diese Weise eine optimale Lage- und Maßgenauigkeit der Abflachungen erreicht werden kann.
Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder und eines Verfahrens zu deren Herstellung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
1 in Schnittansicht eine erfindungsgemäß ausgebildete Schraubenfeder mit einer bogenförmig verlaufenden Federachse zum Teil im entspannten und zum Teil im auf Block beanspruchten Zustand, und
2 die Schraubenfeder aus 1 in Draufsicht.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Schraubenfeder 1, mit einer bogenförmig verlaufenden Federachse 2, wie sie insbesondere in einer Dämpfungseinrichtung für Drehschwingungen verwendet wird, dargestellt, wobei die rechte Hälfte von 1 die Schraubenfeder 1 im entspannten Zustand und die linke Hälfte von 1 die Schraubenfeder 1 im auf Block zusammengedrückten Zustand zeigt. Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder 1 mit gerade verlaufender Federachse 2 und entsprechender Position des Profils oder der Abflachung ist bei entsprechender Führung, z.B. in einem Kanal, ebenso möglich.
Die Federachse 2 verläuft entlang eines Kreisbogens um einen Krümmungsmittelpunkt M mit einem Krümmungsradius r, und die Längsachse X des Federdrahtes D liegt in radialer Richtung der Schraubenfeder 1 zwischen zwei parallelen Kreisbögen mit einem inneren Radius r_i und einem äußeren Radius r_s um den Mittelpunkt M.
Der Federdraht D hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und ist, wie insbesondere die 2 zeigt, in den am inneren Radius r_i der Schraubenfeder 1 gelegenen und den benachbarten Federwindungen 3 zugewandten Bereichen der Federwindungen 3 lokal begrenzt abgeflacht ausgebildet, wobei die jeweils an einer Federwindung 3 vorgesehenen beiden Abflachungen 4 in Richtung des Krümmungsmittelpunktes M der Schraubenfeder 1 keilförmig zusammenlaufen, so daß die Federwindungen 3 im auf Block beanspruchten Zustand flächig aufeinanderliegen und sich gegenseitig optimal abstützen.
Der Keilwinkel α, der jeweils von den beiden an einer Federwindung 3 ausgebildeten Abflachungen 4 eingeschlossen wird, beträgt 0,5 bis 6°, insbesondere 1 bis 4°, und ist vorzugsweise für alle Federwindungen 3 gleich groß.
Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Schraubenfeder 1 Abflachungen 4 nur in den radial innen liegenden Bereichen der Federwindungen 3, die im auf Block beanspruchten Zustand in Anlage kommen, vorgesehen sind, während die übrigen Federwindungsbereiche kreisrunden Querschnitt aufweisen, wird eine optimale Abstützung der Federwindungen 3 bei auf Block zusammengedrückter Schraubenfeder 1 mit minimalen Querschnittsveränderungen erreicht.
Die Herstellung der in den 1 und 2 dargestellten Schraubenfeder 1 erfolgt durch eine in der Praxis üblicherweise für die Herstellung von Schraubenfedern verwendete Wickelmaschine oder -vorrichtung.
Die Abflachungen an den im eingebauten Zustand am inneren Radius der Schraubenfeder 1 gelegenen Bereichen der Federwindungen werden an der fertiggestellten Feder durch Prägen oder einen materialabtragenden Vorgang hergestellt, der eine maß- und positionsgenaue Bearbeitung des Federdrahtes ermöglicht. Dabei wird vorzugsweise eine Schleifscheibe, insbesondere eine Diamantschleifscheibe, oder ein anderes Material abtragendes Werkzeug oder Verfahren eingesetzt oder angewandt. Die Bearbeitung erfolgt durch eine relative Bewegung von Feder und Werkzeug zueinander, z.B. dadurch, daß eine Schleifscheibe zwischen die Federwindungen der im entspannten Zustand mittels einer geeigneten Spannvorrichtung gehaltenen Feder geführt wird, um auf diese Weise beide einander zugewandten Bereiche der benachbarten Federwindungen zu bearbeiten. Nach Weitertakten um eine Federwindung werden die nächsten einander gegenüberliegenden Federwindungsbereiche bearbeitet.
Alternativ ist es möglich, den Vorgang mittels Prägewerkzeug, Schleifwerkzeug oder anderem materialabtragenden Werkzeug oder Verfahren in der Wickelvorrichtung an den fertig gewickelten Federwindungen unmittelbar hinter den Biegewerkzeugen auszuführen.
Die Schleifscheibe kann ein leicht winkliges Profil haben, um an den Federwindungen keilförmig in Richtung des Krümmungsmittelpunktes M der Bogenfeder zulaufende Anlageflächen anzuschleifen, oder einen entsprechenden Anstellwinkel besitzen.
Es ist auch möglich, eine kamm- oder fächerförmig ausgebildete Schleifscheibe mit mehreren Schleifflächen zu verwenden, um gleichzeitig mehrere Federwindungen bearbeiten zu können.
Die Abflachungen können an den Federwindungen auch durch einen anderen spanabhebenden Bearbeitungsvorgang, wie beispielsweise einen Fräsvorgang, oder durch einen Laserbearbeitungsvorgang, einen Prägevorgang, oder dergleichen an dem Federdraht ausgebildet werden.
Wird die Feder für den Einsatz zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen wie beispielsweise bei einer Kupplungsscheibe oder einem Zweimassenschwungrad vorgesehen, bei denen die Schraubenfeder endseitig auf bogenförmigen Aufnahmezapfen gehalten wird, brauchen nur an den in einem axial mittleren Abschnitt der Schraubenfeder gelegenen Federwindungen Abflachungen angeformt zu werden, während es nicht erforderlich ist, auch im Bereich der Federenden solche Abflachungen vorzusehen, da hier bereits eine ausreichende Abstützung und Führung durch die Aufnahmezapfen im Betrieb erfolgt. Hierdurch kann der Bearbeitungsaufwand deutlich verringert werden.
Falls durch die vorgesehenen Abflachungen in den am inneren Radius gelegenen Bereichen der Federwindungen der Querschnitt des Federdrahtes zu stark geschwächt ist, kann die Feder nach ihrer Fertigstellung einer Oberflächenbehandlung und/oder einer Wärmebehandlung unterzogen werden

Claims

Schraubenfeder mit im positionierten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse (2), insbesondere für Drehschwingungsdämpfer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, deren Federdraht (D) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und an seinem Umfang zumindest teilweise profiliert oder abgeflacht ausgebildet ist, derart, dass das Profil oder die Abflachung (4) einer Federwindung (3) bei auf Block beanspruchter Feder an der benachbarten Federwindung (3) in Anlage kommt, wobei die am äußeren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereiche der Federwindungen (3) auch bei einer auf Block beanspruchten Feder nicht in Anlage kommen und wobei die Profile oder Abflachungen (4) am Federdraht (D) lokal begrenzt an den am inneren Radius (r_i) der positionierten Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Federwindungen (3) vorgesehen sind.
Schraubenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lokal begrenzte Abflachungen (4) in den am inneren Radius (r_i) der Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Federwindungen (3) jeweils beidseitig des Federdrahtes (D) vorgesehen sind und die beiden an einer Federwindung (3) vorgesehenen Abflachungen (4) in Richtung des inneren Radius (r_i) keilförmig aufeinander zulaufen, so daß sich benachbarte Federwindungen (3) beim Zusammendrücken der Schraubenfeder flächig aufeinander legen.
Schraubenfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an einer Federwindung vorgesehenen Abfla chungen (4) einen Keilwinkel von 0,5 bis 6°, insbesondere 1 bis 4°, einschließen.
Schraubenfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen (4) nur an den in einem axial mittleren Abschnitt der Feder gelegenen Federwindungen (3) vorgesehen sind und die Federwindungen (3) an den axialen Endabschnitten der Feder durchgehend kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, mit im positionierten Zustand bogenförmig verlaufender Federachse, bei dem die Schraubenfeder aus einem den Biege- oder Windewerkzeugen einer Federwickelvorrichtung zugeführten Federdraht geformt und der Federdraht zumindest teilweise an seinem Umfang abgeflacht oder profiliert wird, derart, dass nach der Fertigstellung der Schraubenfeder das Profil oder die Abflachung einer Federwindung beim Zusammendrücken der Feder auf Block an einer benachbarten Federwindung in Anlage kommt, wobei die am äußeren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereiche der Federwindungen auch bei einer auf Block beanspruchten Feder nicht in Anlage kommen und wobei die Bearbeitung des Federdrahtes zur Erzeugung des teilweise profilierten oder abgeflachten Querschnitts in der Federwickelvorrichtung an den bereits fertig gestellten Federwindungen der Schraubenfeder oder in einem an den Wickelvorgang anschließenden Arbeitsgang erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen am Federdraht durch einen abtragenden Bearbeitungsvorgang, insbesondere durch einen Laserbearbeitungsvorgang, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen am Federdraht durch einen Umformungsvorgang, insbesondere durch einen Prägevorgang, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen durch einen spanabhebenden Bearbeitungsvorgang, insbesondere durch einen Schleifvorgang oder einen Fräsvorgang, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen in einem an dem Wickelvorgang anschließenden Arbeitsgang an den Federdraht angeschliffen werden, wobei gleichzeitig jeweils mehrere Abflachungen durch Verwendung einer kammartig oder fächerartig ausgebildeten Schleifscheibe mit mehreren insbesondere parallelen Schleifflächen erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder mit einer im positionierten Zustand bogenförmig verlaufenden Federachse nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen lokal begrenzt an nahe dem inneren Radius der fertigen und positionierten Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Federwindungen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß lokal begrenzte Abflachungen in den am inneren Radius der Schraubenfeder gelegenen Bereichen der Feder windungen jeweils beidseitig des Federdrahtes hergestellt werden und die beiden an einer Federwindung vorgesehenen Abflachungen in Richtung des inneren Radius keilförmig aufeinander zulaufen, so daß sich benachbarte Federwindungen beim Zusammendrücken der Schraubenfeder flächig aufeinander legen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an einer Federwindung vorgesehenen Abflachungen einen Keilwinkel von 0,5 bis 6°, insbesondere von 1 bis 4°, einschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile oder Abflachungen (4) nur an den im axial mittleren Abschnitt der Feder gelegenen Federwindungen (3) hergestellt werden und die Federwindungen (3) an den axialen Endabschnitten der Feder durchgehend kreisrunden Querschnitt behalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder nach der Herstellung der Profile oder Abflachungen am Federdraht einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder nach der Herstellung der Profile oder Abflachungen am Federdraht einer Wärmebehandlung unterzogen wird.