DE19619074A1 - Schraubendruckfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubendruckfeder mit progressiver Kennlinie. Üblicherweise werden Schraubendruckfedern aus runden Stäben mit konstantem oder inkonstantem Drahtdurchmesser hergestellt. Soll eine progressive Kennlinie erreicht werden, so wird das durch das Abschalten von Windungen oder Windungsteilen erreicht. Das geschieht dadurch, daß die Windungen inkonstante Durchmesser aufweisen und auf dem Aufladebereich abwälzen, wie zum Beispiel bei der sogenannten Tonnenfeder gemäß Fig. 4, oder daß die Windungen bei konstantem mittleren Durchmesser aufeinander abwälzen, wie zum Beispiel bei der zylindrischen progressiven Schraubenfeder nach Fig. 5, die in Fig. 6 in teilweise eingefedertem Zustand dargestellt ist. Dabei werden die Windungen aus rundem Draht im mittleren und oberen Bereich der Kenntinie aufeinander abgelegt. Diese letzte genannte Konstruktion hat den Nachteil, daß bei stärkerer Progression gemäß der Kennlinie in Fig. 1 ein stabiles Abstützen der runden Windungen aufeinander aufgrund des geringen Kontaktbereiches nicht gewährleistet ist. Insbesondere bei Federn aus konischen Stäben (Gewichts- und Platzersparnis) neigen die abgeschalteten Windungen mit den dünneren Drahtdurchmessern im oberen Arbeitsbereich der Schraubendruckfeder zur Instabilität bezüglich Position und Windungsdurchmesser und versuchen, dem Druck auszuweichen. Die Feder ist dann nicht mehr stabil. Wegen des punktuellen Kontaktes können Beschädigungen des Korrosionsschutzes beziehungsweise der Drahtoberfläche der Schraubendruckfeder auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubendruckfeder der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, die problemlos für die besagten Zwecke eingesetzt werden kann und die aufgeführten Nachteile der bekannten Schraubendruckfedern nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sie aus einem Stab geformt ist, der einen runden Querschnitt aufweist, welcher in einen viereckigen Querschnitt übergeht und die Zahl der Windungen mit viereckigem Querschnitt so bemessen ist, daß der Arbeitsbereich der Feder einen wesentlichen Teil der Flachfederwindungen mit einschließt.

Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt am Anfang der Schraubendruckfeder, an deren Ende oder am Anfang und am Ende angeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist es auch, daß der viereckige Querschnitt die Form eines flachen Rechtecks aufweist.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt (flaches Rechteck) mit der langen Querschnittsseite senkrecht zur Federachse gewickelt sind und sich über mehrere Windungen erstrecken.

Die Erfindung sieht auch vor, daß der mittlere Windungsdurchmesser so gewählt ist, daß die Windungen stabil aufeinander abwälzen und aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche eine hohe Stabilität der Feder in allen Arbeitsbereichen gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß bei dem Stab der runde Querschnitt in den viereckigen Querschnitt mit runden Kanten übergeht.

Auch sieht die Erfindung vor, daß sie angenähert Zylinderform hat.

Außerdem sieht die Erfindung vor, daß sie Teil einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Schraubendruckfeder zur Verfügung steht, die in hervorragender Weise für Fahrwerksaufhängungen bzw. Radaufhängungen bei Kraftfahrzeugen geeignet ist, bei denen verstellbare beziehungsweise geregelte Systeme eingesetzt werden, um in allen Fahrsituationen des Kraftfahrzeuges den gewünschten Abstand der Karosse von der Fahrbahn zu gewährleisten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die progressive Kennlinie einer Schraubendruckfeder,

Fig. 2 einen Stab zur Herstellung einer Schraubendruckfeder in verschiedenen Ansichten,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schraubendruckfeder,

Fig. 4 und Fig. 5 sowie Fig. 6 Schraubendruckfedern nach dem Stand der Technik und

Fig. 7 die erfindungsgemäße Schraubendruckfeder nach Fig. 3, im Abschnitt 1 eingefedert.

Die gewünschte progressive Kennlinie gemäß Fig. 1 zeichnet sich u. a. dadurch aus, daß der Anfangsbereich (bis H2) relativ lang ist, d. h. der Arbeitsbereich der Feder schließt einen wesentlichen Teil der Flachfederwindungen mit ein.

Fig. 2 zeigt einen Stab 1 in verschiedenen Ansichten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder. Im Abschnitt 1 ist ein viereckiges flaches Ende zu sehen, das zu einem Abschnitt 2 mit rundem Querschnitt übergeht.

Wie Fig. 3 und Fig. 7 zeigen, sind die Windungen aus dem Viereckquerschnitt parallel zueinander und mit der längeren Querschnittseite senkrecht zur Federachse angeordnet. Die Schraubendruckfeder besteht aus dem Flachwindungsteil (Abschnitt 1), wobei das Verhältnis der langen zur kurzen Querschnittsseite bei zunehmender Windungszahl abnimmt, bis die Windungen aus rundem Draht bestehen. Der Flachwindungsteil befindet sich dabei an einem oder an beiden Enden der Schraubendruckfeder und schließt einen oder beide Auflagebereiche der Schraubendruckfeder mit ein. Der Arbeitsbereich der Feder erstreckt sich erfindungsgemäß auf einen wesentlichen Teil des Flachfederabschnittes (Abschnitt 1 in den Fig. 3 und 7), und des runden Windungsbereiches (Abschnitt 2 in den Fig. 3 und 7), der bei einseitigem Flachwindungsteil einen Auflagebereich beinhaltet. Die Progressivität der Feder wird durch das Abwälzen der Flachfederwindungen aufeinander erzielt. Dabei erfolgt das Abwälzen aufgrund des großen Auflagebereiches (Fig. 7) formstabil. Auch im oberen Arbeitsbereich der Feder (oberer Bereich der Kennlinie) ist dadurch ein sicheres Abstützen der Flachfederwindungen aufeinander sowie des runden Windungsbereiches gewährleistet.

Die Bedeutung der erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder wird deutlich, wenn man die moderne Entwicklung bei Fahrwerksaufhängungen bedenkt, wo zunehmend verstellbare beziehungsweise geregelte Systeme eingesetzt werden, um in allen Fahrsituationen den gewünschten Abstand der Karosse von der Fahrbahn zu gewährleisten. Diese Systeme arbeiten vielfach mit elektronisch geregelten, hydraulisch verstellbaren oder hydropneumatischen Federungen. Um die Stahlfeder auch bei geregelten Systemen einzusetzen und so ihre Vorteile zu nutzen, wird neben einer sehr speziellen Federcharakteristik (Kennlinie) auch die Einbaufähigkeit in Federbeinen mit Verstellvorrichtungen notwendig. So wird beispielsweise eine zylindrische Stahlfeder gefordert, die neben ihrer normalen Funktion über einen ausreichend großen Restfederweg verfügt. Physikalisch handelt es sich in der Mehrzahl der Fälle um progressive Federn mit vergleichsweise weicher unterer Rate und einem deutlich härteren oberen Ratenverlauf. Derartige Diagramme wurden bisher meist mit inkonstantem runden Drahtdurchmesser oder mit variablen Steigungsverläufen realisiert. Bei weicher Anfangsrate konnten je nach Auslegung erhebliche Durchmesserunterschiede bei den konischen Drähten auftreten. Diese waren um so mehr deutlicher, je mehr Gewicht eingespart werden sollte. Im Fall konstanter zylindrischer Federwindungsdurchmesser stützten sich diese Windungen aufeinander ab. Das heißt die dickeren Windungen stützten sich auf den dünneren ab, weshalb bei größeren Belastungen ein stabiles Abwälzen der runden Windungen aufeinander nicht mehr gewährleistet war. Diesem Tatbestand trägt die Erfindung Rechnung, indem sie eine Feder aus Flachmaterial mit einer Feder aus Rundmaterial in geeigneter Weise kombiniert und als ein Teil konstruiert. Die weichen Flachfederwindungen können aufeinander abwälzen und bilden den stabilen Unterbau für den tragenden Ratenbereich. - Mit geeigneten Rechenprogrammen können unter Einbeziehung der geforderten Einbaumaße und Ratenverläufe die Feder- und Stabgeometrie festgelegt werden.

Claims (10)

1. Schraubendruckfeder mit progressiver Kennlinie, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stab (1) geformt ist, der einen runden Querschnitt aufweist, welcher in einen viereckigen Querschnitt übergeht und die Zahl der Windungen mit viereckigem Querschnitt so bemessen ist, daß der Arbeitsbereich der Feder einen wesentlichen Teil der Flachfederwindungen mit einschließt.

2. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt am Anfang der Feder angeordnet sind.

3. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt am Ende der Feder angeordnet sind.

4. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt an beiden Enden der Feder angeordnet sind.

5. Schraubendruckfeder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der viereckige Querschnitt die Form eines flachen Rechtecks aufweist.

6. Schraubendruckfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit viereckigem Querschnitt (flaches Rechteck) mit der langen Querschnittsseite senkrecht zur Federachse gewickelt sind und sich über mehrere Windungen erstrecken.

7. Schraubendruckfeder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Windungsdurchmesser so gewählt ist, daß die Windungen stabil aufeinander abwälzen und aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche eine hohe Stabilität der Feder in allen Arbeitsbereichen gewährleistet ist.

8. Schraubendruckfeder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Stab (1) der runde Querschnitt in den viereckigen Querschnitt mit runden Kanten übergeht.

9. Schraubendruckfeder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie angenähert Zylinderform hat.

10. Schraubendruckfeder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge ist.