DE19803233A1 - Federanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federanordnung, verwendet für eine Getriebehalte- bzw. -ausrückeinrichtung oder dergleichen, eingebaut in einen Hydraulikhilfsmechanismus für ein Automatikgetriebe etc.

Eine Federanordnung zum Drücken bzw. Beaufschlagen eines Kolbens ist in einem Hydraulikhilfs- bzw. -servomechanismus eingebaut, verwendet als eine Kupplung, d. h. ein Reibungskupplungselement, nämlich in einem Automatik­ getriebesystem. Solch eine Federanordnung wird Getriebehalter- bzw. -ausrück­ einrichtung oder Getriebehalte- bzw. -ausrückanordnung genannt und wird beispielhaft als ein Teil in einer 3-4-Kupplung oder einer Niederumkehrbremse verwendet.

Eine herkömmliche Federanordnung zu diesem Zweck weist generell eine solche Struktur auf, daß eine Vielzahl von Kompressionsspiralfedern zwischen einem Paar von Ringplatten bei einem vorbestimmten Abstand entlang einer umfäng­ lichen Richtung vorgesehen sind, wie offenbart in der japanischen Gebrauchs­ musteranmeldungsoffenlegung 2-96053. Die Federanordnung wird mittels Bildung von Flanschen an den Ringplatten durch Pressen bzw. Ziehen installiert, durch Passen der Entwicklungen bzw. -drehungen der Spiralfedern bezüglich der Flansche, und durch nachfolgendes Ausdehnen bzw. Expandieren der Flansche, um somit die Enddrehungen der Spiralfedern zwischen der Innenfläche der Ringplatten und der ausgedehnten Flansche zu klemmen.

Solch eine Art einer herkömmlichen Federanordnung weist die Nachteile auf, daß Ringplatten leicht gegenseitige Konzentrizität bzw. gegenseitige konzentrische Ausrichtung verlieren, bedingt durch eine Kippbewegung von jeder Spiralfeder, wenn jede Spiralfeder durch ein Drehmoment komprimiert bzw. gestaucht und verformt wird. Die Kippbewegung der Spiralfedern kann unterdrückt werden mittels Bereitstellung von Anti-Kippkernstäben, welche an einer der Ringplatten zwischen den Ringplatten befestigt sind. Jedoch erfordert die Bereitstellung der Anti-Kippkernstäbe komplizierte Arbeiten und veranlaßt einen Anstieg in den Produktionskosten.

Angesichts dieses Punktes schlägt der Erfinder ein Dicht- bzw. Stemmverfahren unter Verwendung eines Anti-Kippkernstabes vor, um somit einfach Spiralfedern an Ringplatten zu befestigen, wie offenbart in der japanischen Patentanmel­ dungsoffenlegung 6-159418. Gemäß diesem Verfahren wird ein Anti-Kippkern­ stab mit einem Dicht- bzw. Stemmkopf in eine Spiralfeder eingeführt, wobei ein Ende des Kernstabes gepreßt bzw. druckbeaufschlagt wird in ein Zug- bzw. Spannungsflanschloch, gebildet in einer ersten Ringplatte. Eine zweite Ringplatte wird nachfolgend bezüglich der ersten Platte durch Spiralfedern gedrückt bzw. gepreßt, und zwar in solch einer Weise, daß der Dicht- bzw. Stemmkopf des Kernstabes Flansche ausdehnt, welche abstehen von der Innenkante der mittels Spannung bzw. Ziehung geflanschten Löcher, ausgebildet in der zweiten Ring­ platte. Bedingt durch die Ausdehnung der Flansche werden die Spiralfedern an der zweiten Ringplatte befestigt bzw. festgelegt.

Jedoch kippt eine Kompressionskraft unvermeidlich Spiralfedern, auch in dem Fall, wenn die Federanordnung Spiralfedern aufweist, in welche Anti-Kippkern­ stäbe eingeführt sind. Die Kippbewegung der Federn veranlaßt eine Exzentrizität bezüglich der Ringplatten und beeinträchtigt glatte bzw. weiche Kraftüber­ tragung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Federanordnung anzugeben, welche ausgezeichnet bezüglich Haltbarkeit ist, und welche Vorteil­ hafte Federfunktion beibehält und eine Kippbewegung der Spiralfedern unter­ drückt, und zwar auch unter Anwendung einer kompressiven bzw. Kompres­ sionskraft, durch Verwendung von Spiralfedern, hergestellt aus einem Feder­ draht, welcher einen rechteckförmigen Schnitt aufweist, anstelle von einem rund ausgebildeten Federdraht.

Die Federanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine oder zwei Ringplatten mit einer Vielzahl von zug- bzw. spannungsgeflanschten Löchern bzw. Öffnungen, darin gebildet bei gleichförmigen Abständen entlang einer umfänglichen Richtung, und eine Vielzahl von Spiralfedern, befestigt an zu­ mindest einer der Ringplatten mittels Passung eines Endes von jeder Spiralfeder an einem Flansch, welcher absteht bzw. vorspringt von einer Innenkante des zuggeflanschten Loches, und mittels Ausdehnen des Flansches, um somit das Ende zwischen der Innenfläche der Ringplatte und dem ausgedehnten bzw. expandierten Flansch zu klemmen, wobei die Spiralfedern jene sind, gebildet aus einem Federdraht mit einem rechteckförmigen Schnitt, wobei eine längere Seite des rechteckförmigen Schnittes bevorzugt parallel gehalten wird bezüglich der Fläche bzw. Oberfläche der Ringplatten.

In dem Fall einer Federanordnung mit zwei Ringplatten werden beide Enden der Spiralfedern an den Ringplatten befestigt mittels Expandierens bzw. Ausdehnens der Flansche in derselben Weise wie oben beschrieben.

In dem Fall einer Federanordnung mit einer Ringplatte wird jede Spiralfeder frei an einem Ende gestaltet, um somit das freie Ende in eine Öffnung bzw. ein Loch einzuführen, ausgebildet in einem anderen gegenüberliegenden Glied.

Fig. 1 ist eine Aufsicht, welche eine Federanordnung gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Aufsicht, welche eine Spiralfeder darstellt, hergestellt aus einem Federdraht mit einem rechteckförmigen Schnitt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht, eine Spiralfeder darstellend, befestigt an Ringplatten.

Fig. 4 ist eine weitere Schnittansicht, eine Spiralfeder darstellend, gemein­ sam mit einem Anti-Kippkernstab, befestigt an Ringplatten.

Fig. 5 ist eine Aufsicht, welche eine Federanordnung darstellt, in welcher jede Spiralfeder frei ausgestaltet ist an einem Ende.

Eine Federanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung weist eine Vielzahl von Spiralfedern 30, auf, vorgesehen zwischen und befestigt an einem Paar von Ringplatten 10, 20, wie in Fig. 1 dargestellt.

Eine Vielzahl von mittels Ziehen bzw. Dehnen bzw. Stanzen geflanschten Lö­ chern bzw. eine Vielzahl von Prägeflanschlöchern bzw. -öffnungen 11 sind bei gleichförmigen Abständen entlang einer umfänglichen Richtung in der Ringplatte 10 ausgebildet. Die Flansche 12 ragen vor von der Kante von jedem Loch 11 an der Innenseite der Ringplatte 10, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Eine Vielzahl von Präge- bzw. Zugflansch- bzw. zuggeflanschten Löchern 21 mit Flanschen 22 sind ebenfalls an der anderen Ringplatte 20 gebildet.

Die Spiralfeder 30 ist hergestellt aus einem Federdraht mit einem rechteckförmi­ gen Schnitt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Breite W des rechteckförmigen Schnittes ist bevorzugt größer ausgelegt als die Höhe H entlang einer vertikalen Richtung bezüglich der Ringplatten 10, 20.

Der Federdraht ist gewickelt bzw. gewunden bzw. spiralförmig gestaltet, um somit Enddrehungen bzw. -wicklungen 31, 32 an beiden Enden der Spiralfeder 30 zu bilden. Die Flansche 12, 22 der Ringplatten 10, 20 sind eingeführt in die Enddrehungen bzw. -wicklungen 31, 32 und ausgedehnt mittels Bördeln, um somit die Enddrehungen bzw. -wicklungen 31, 32 zwischen den Flanschen 13, 23 und der Innenfläche der Ringplatten 10, 20 zu klemmen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Jede Spiralfeder 30 ist an der Ringplatte 10, 20 in solch einer Weise fixiert bzw. befestigt bzw. festgelegt, daß die längere Seite des recht­ eckförmigen Schnittes parallel gehalten ist bezüglich der Fläche bzw. Oberfläche der Ringplatten 10, 20. In dieser Weise sind die Spiralfedern 30 fest fixiert bezüglich der Ringplatten 10, 20.

Bedingt durch die spezifische Beziehung zwischen den Spiralfedern 30 und den Ringplatten 10, 20 wird die Festigkeit bzw. Steifigkeit der Spiralfedern 30 erhöht, verglichen mit herkömmlichen Spiralfedern, welche hergestellt sind aus einem Federdraht mit einem rund ausgebildeten Schnitt. Demzufolge zeigen die Spiralfedern 30 deutlichen Verformungswiderstand gegenüber einer Kraft, welche entlang einer Richtung parallel zu der Fläche bzw. Oberfläche der Ring­ platten 10, 20 bewirkt ist.

Die Spiralfeder 30, hergestellt bzw. gebildet aus einem Federdraht mit einem rechteckförmigen Schnitt, ist bezüglich der Steifigkeit verbessert, da dessen Schnittfläche bzw. Schnittflächeninhalt effektiv für den Widerstand gegenüber einer Scherkraft größer ist als bei einer Spiralfeder, hergestellt aus einem Feder­ draht mit einem runden bzw. rund ausgebildeten Schnitt.

Die Steifigkeit einer Spiralfeder entlang der Lateralrichtung kann bewertet wer­ den aus einem Flächenträgheitsmoment I unter der Verwendung der generellen Formel von Q = EI/πNR³ × δ, wobei Q eine Scherkraft (kgf), E ein Young-Modul (kgf/mm²), N eine effektive Anzahl an Wicklungen einer Spiralfeder, R ein Radius (mm) einer Windung bzw. Wicklung bzw. Spirale und δ eine Lateralablenkung bzw. -deflektion (mm) ist. Mittels Vergleichs des Flächenträgheitsmomentes l wird berechnet, daß ein quadratischer Schnitt 1,6mal größer in der Schersteifig­ keit ist als ein rund ausgebildeter Schnitt, welcher dieselbe Breite und dieselbe Höhe wie der quadratische Schnitt aufweist. Der Anstieg des Schnittflächen­ inhaltes bzw. der Querschnittsfläche, welcher effektiv ist für den Widerstand bezüglich Scherkraft, verbessert ebenfalls den Relaxationswiderstand einer Feder.

Wenn die Spiralfeder 30, hergestellt aus einem Federdraht mit einem rechteck­ förmigen Schnitt, komprimiert bzw. gestaucht wird entlang einer axialen Rich­ tung, treten benachbarte Windungen bzw. Wicklungen in flächenmäßigen Kon­ takt miteinander über einen breiten Kontakt- bzw. Berührungsbereich. Die resul­ tierende Reibungskraft dient als ein Widerstand bezüglich Gleitbewegung und stabilisiert die Wicklungen im komprimierten Zustand. Die Stabilität der Wick­ lungen bzw. Windungen verbessert ebenfalls effektiv den Verformungswider­ stand bezüglich einer Scherkraft.

Zusätzlich kann die Schersteifigkeit bzw. -festigkeit durch die Breite W des rechteckförmigen Schnittes eingestellt werden, ohne die Höhe der Spiralfeder 30 in dem voll komprimierten Zustand zu verändern. Im Gegensatz dazu, wenn eine Spiralfeder, hergestellt aus einem Federdraht mit einem rund ausgebildeten Schnitt, komprimiert wird, bis die Wicklungen bzw. Windungen miteinander in Kontakt treten, wird jede Wicklung bzw. Windung in Berührung bzw. Kontakt mit benachbarten Wicklungen an lediglich einem Punkt der runden Form gehalten. Dieser Typ von Berührung induziert Gleiten zwischen den Wicklungen bzw. Windungen. Das Gleiten veranlaßt eine Kippbewegung der Spiralfedern und eine Exzentrizität der Federanordnung.

Da die Spiralfedern 30, 30 eine ausreichende Steifigkeit aufweisen und aus­ gezeichneten Verformungswiderstand bezüglich einer Scherkraft zeigen, wie oben erwähnt, unterdrückt die Federanordnung, mit den Spiralfedern 30, 30 darin inkorporiert, deutlich eine Kippbewegung der Spiralfedern 30, 30, ver­ glichen mit einer herkömmlichen Federanordnung. In diesem Sinne können die Spiralfedern 30, 30 an den Ringplatten ohne die Verwendung von Anti-Kippkern­ stäben befestigt werden. Auch in dem Fall der Verwendung von Anti-Kippkern­ stäben 40, wie in Fig. 4 dargestellt, können die Kernstäbe 40 bezüglich ihrer Anzahl reduziert werden. Die Kernstäbe 40 können jene sein, welche eine Dicht- bzw. Stemmfunktion aufweisen, wie offenbart in der japanischen Patentanmel­ dungsoffenlegung 6-159418.

Die Federanordnung kann von solch einer Struktur sein, daß jede Spiralfeder 30, 30. . . lediglich ein Ende an der Ringplatte 10 befestigt, aufweist, wobei das andere Ende frei ausgebildet ist, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die freien Enden der Spiralfedern 30, 30. . . werden unmittelbar in Löcher eingeführt, ausgebildet an einem anderen gegenüberliegenden Glied (nicht dargestellt). Das Auslassen der anderen Ringplatte 20 reduziert das Gewicht der Federanordnung und ermöglicht die Verwendung von längeren Spiralfedern, wie dies manchmal gefordert ist.

BEISPIEL

Jede Spiralfeder 30 wurde bereitgestellt mittels Formen bzw. Bilden eines Feder­ stahldrahtes auf einen rechteckförmigen Schnitt von 1,2 mm Breite W und 0,75 mm Höhe H und mittels Wickeln bzw. Winden bzw. Spiralieren des geformten Stahldrahtes zu einer Spirale von 7,5 mm Außendurchmesser und 6,3 mm Innen­ durchmesser, wobei die aktuelle Anzahl an Drehungen bzw. Wicklungen 8,7 und die effektive Anzahl an Drehungen bzw. Wicklungen 6,7 betrugen. Die erhaltene Spiralfeder 30 verfügt über eine Federkonstante von 0,37. Die Spiralfeder 30 hat eine Höhe von 17,51 mm im unbelasteten Zustand und von 6,4 mm im voll komprimierten bzw. zusammengedrückten bzw. gestauchten Zustand.

Ringplatten 10, 20 wurden bereitgestellt, ausgehend von einem Rohling aus einer kaltgewalzten Stahlschicht von 0,8 mm Dicke zu einer Ringform von 54,3 mm Innendurchmesser und 75,6 mm Außendurchmesser, wobei zwanzig zug- bzw. präge- bzw. stanzgeflanschte Löcher bzw. Öffnungen 11, 21 bzw. Löcher bzw. Öffnungen mit stanz- bzw. präge- bzw. zuggeformtem Flansch von 3,6 mm Durchmesser bei gleichmäßigen Abständen entlang einer umfänglichen Richtung gebildet wurden.

Enddrehungen bzw. wicklungen 31, 32 von jeder Spiralfeder 30 wurden be­ züglich Flanschen 12, 22 gepaßt, welche an der Kante der prägegeflanschten Löcher 11, 21 ausgeprägt bzw. ausgebildet waren, wonach die Flansche 12, 22 verformt bzw. ausgedehnt bzw. expandiert wurden, um somit die Spiralfedern 30 an den Ringplatten 10, 20 fest zu befestigen. Die so erhaltene Federanord­ nung zeigte einen Spalt von 12,0 mm zu den Ringplatten 10 und 20 in dem unbelasteten Zustand.

Die erhaltene Federanordnung wurde wie folgt getestet:
Eine Kompressionskraft wurde an die Ringplatten 10, 20 entlang einer Vertikal­ richtung angelegt, zum Messen eines Kipp- bzw. Schrägstellungsgrades der Spiralfedern 30 in dem gestauchten bzw. komprimierten bzw. druckbeaufschlag­ ten Zustand.

Wenn die Ringplatte 20 unter der Bedingung gedreht wird, daß die Federanord­ nung bei einer gewissen Last komprimiert ist, wird die andere Ringplatte 10, welche mit der Ringplatte 10 über die Spiralfedern 30 gekoppelt ist, veranlaßt bzw. gedrängt, sich gemeinsam mit der Ringplatte 20 zu drehen. Ein Moment, bei welchem die Ringplatte 10 beginnt, sich zu drehen, wird Rutsch- bzw. Gleit- bzw. Schlupfmoment genannt.

Ein Schlupfmoment von 0,4 kgfm wurde angelegt an die Federanordnung ent­ lang einer Richtung parallel zu der Fläche bzw. Oberfläche der Ringplatte 10, um einen Rotationswinkel der Ringplatte 10 bezüglich der anderen Ringplatte 20 zu messen.

Die Haltbarkeit der Federanordnung wurde bewertet durch die nachfolgend erwähnten Tests.

Bedingung 1 (Relaxationstest)

Die Federanordnung wurde für 20 Stunden bei 120°C in solch einem komprimierten Zustand gehalten, daß der Spalt zwischen den Ringplatten 10 und 20 bei 11,3 mm vorlag, und nachfolgend einer Vibration unterworfen von 500.000-maliger Wiederholung, unter der Bedingung, daß der Spalt zwischen den Ringplatten 10 und 20 verändert wurde in dem Bereich von 8,2 mm auf 9,7 mm bei einer Frequenz von 300-400 Zyklen/Minute, während dem Anlegen bzw. Bewirken eines Drehmomentes von 0,4 kgfm bezüglich der Ringplatte 10.

Das Drehmoment bedeutet eine Kraft, welche Rotation der Federanordnung entlang einer umfänglichen Richtung veranlaßt.

Eine Last wurde angelegt an die getestete Federanordnung, zum Messen einer Last, bei welcher die Länge der Spiralfedern 30 auf einem konstanten Wert gehalten wurde. Der gemessene Last- bzw. Kraftwert wurde verglichen mit einem gemessenen Wert einer Last, bei welcher die Länge der Spiralfedern 30 vor dem Test bei demselben konstanten Wert gehalten wurde. Ein Reduktions- bzw. Absenkungsverhältnis des Last- bzw. Kraftwertes wurde berechnet als Relaxationsverhältnis (%).

Bedingung 2 (Relaxationstest)

Die Federanordnung wurde für 20 Stunden bei 120°C in solch einem komprimierten bzw. zusammengepreßten bzw. gestauchten Zustand gehalten, daß der Spalt zwischen den Ringplatten 10 und 20 bei 11,3 mm vorlag, und nachfolgend Vibration unterworfen bei 500.000-maliger Wiederholung, unter der Bedingung, daß der Spalt zwischen den Ringplatten 10 und 20 fluktuierte bzw. verändert wurde in einem Bereich von 8,2 mm auf 10,6 mm bei einer Frequenz von 300-400 Zyklen/Minute, während ein Drehmoment von 0,4 kgfm an die Ringplatte 10 angelegt wurde.

Eine Last wurde angelegt an die getestete Federanordnung, zum Messen einer Last, bei welcher die Länge der Spiralfedern 30 bei einem konstanten Wert gehalten wurde. Ein Relaxationsverhältnis (%) wurde in derselben Weise wie bei der Bedingung 1 berechnet.

Bedingung 3 (Bruchtest)

Die Federanordnung wurde gehalten bei 135°C und Vibrationen von 500.000- maliger Wiederholung unterworfen, unter der Bedingung, daß der Spalt zwischen den Ringplatten 10 und 20 fluktuierte bzw. verändert wurde in einem Bereich von 8,2 mm bis 10,6 mm bei einer Frequenz von 300-400 Zyklen/Minute, während ein Drehmoment von 0,4 kgfm an die Ringplatte 10 angelegt wurde. Die getestete Federanordnung wurde geprüft, um den Grad an Brechen bzw. Bruch und Verformung zu ermitteln.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt, welche ebenfalls die gleichen Ergeb­ nisse bezüglich einer herkömmlichen Federanordnung zeigt, welche Spiralfedern umfaßt, hergestellt aus einem rund ausgebildeten Federdraht von 0,9 mm im Durchmesser, zu Vergleichszwecken. In Tabelle 1 wurde die Schrägstellung bzw. das Kippen von Federn gemessen durch ein Winkelmaß für eine einzelne Feder.

Es kann aus Tabelle 1 erkannt werden, daß die Federanordnung, bei welcher Spiralfedern, hergestellt aus einem Draht mit einem rechteckförmigen Schnitt, integriert sind, geeignet ist als Getriebehalte- bzw. -rückhalte- bzw. -ausrückein­ richtung oder dergleichen, da die Spiralfedern von einer Kipp- bzw. Schräg­ stellungsbewegung, Relaxation und Brechen bzw. Bruch abgehalten sind.

Tabelle 1 - Eigenschaften von Federaufbauten

Die Federanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Struktur auf, daß die Spiralfedern, hergestellt aus einem Federdraht mit einem rechteckförmi­ gen Schnitt, an einer oder zwei Ringplatten in solch einer Weise befestigt sind, daß eine längere Seite des rechteckförmigen Schnittes parallel gehalten wird bezüglich der Fläche bzw. Oberfläche der Ringplatten. Bedingt durch diese Struktur zeigt die Federanordnung deutlichen Verformungswiderstand bezüglich einer Kraft, angelegt parallel bezüglich der Fläche der Ringplatten, verglichen mit einer herkömmlichen Federanordnung mit Spiralfedern, hergestellt aus einem Draht mit einem rund ausgebildeten Schnitt, darin inkorporiert, so daß die Kipp- bzw. Schrägstellungsbewegung der Spiralfedern wie auch Rotation und Exzen­ trizität der Ringplatten effektiv unterdrückt sind. Demzufolge ist die Federanord­ nung verwendbar als eine Getriebehalter bzw. -rückhalter- bzw. -ausrückein­ richtung oder dergleichen mit ausgezeichneter Federbewegung.

Claims (3)

1. Federanordnung, umfassend:
eine oder zwei Ringplatten mit einer Vielzahl von zuggeflanschten Löchern darin ausgebildet, bei gleichförmigem Abstand entlang einer umfänglichen Richtung; und
eine Vielzahl von Spiralfedern, befestigt an zumindest einer der Ring­ platten mittels Passung eines Endes von jeder Spiralfeder an einem Flansch, welcher hervorragt von einer Innenkante des zuggeflanschten Loches, und mittels Expandierens des Flansches, um somit das Ende zwischen der Innenfläche und dem expandierten Flansch zu klemmen,
wobei die Spiralfedern jene sind, hergestellt aus einem Federdraht mit einem rechteckförmigen Schnitt, wobei eine längere Seite des recht­ eckförmigen Schnittes parallel gehalten ist bezüglich der Fläche der Ring­ platten.

2. Federanordnung nach Anspruch 1, bei welcher jede Spiralfeder beide Enden befestigt an den Ringplatten aufweist.

3. Federanordnung nach Anspruch 1, bei welcher jede Spiralfeder ein Ende befestigt an einer Ringplatte aufweist, wobei das andere Ende frei aus­ gestaltet ist.