DE2000472C3

DE2000472C3 - Doppelkegelstumpffeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt

Info

Publication number: DE2000472C3
Application number: DE19702000472
Authority: DE
Inventors: Arthur 5251 Berghausen Borlinghaus
Original assignee: Gebr Ahle 5253 Lindlar
Current assignee: Gebr Ahle 5253 Lindlar
Priority date: 1969-07-10
Filing date: 1970-01-07
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2000472A1; DE2000472B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Doppelkegelstumpffeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt und inkonstantem Drahtdurchmesser bei der der Windungsdurchmesser und der Drahtdurchmesser im Mittelteil der Feder am größten sind und nach beiden Enden der Feder hin abnehmen, und die eine teilweise progressive Kennlinie aufweist.

Eine solche Feder mit zylindrischer Innenform und infolge des von der Federmitte zu den beiden Enden der Feder hin abnehmenden Drahtdurchmessers leicht doppelkonischer Außenform ist durch die US-PS 1 76 174 bekannt. Bei Höchstbelastung legen sich bei dieser Feder die Windungen aufeinander, so daß auch im blockierten Zustand die Bauhöhe der Feder relativ groß ist.

Es sind auch doppelkegelstumpfförmige Federn an sich bekannt, bei denen sich bei Höchstbelastung die Windungen in Form einer Spirale ineinanderlegen (siehe z. B. DE-PS 5 Jl 707). Um eine lineare Kennlinie zu erreichen, ist es bei diesen kegelstumpfförmigen Federn auch bekannt (US-PS 3 80651), daß der Drahtdurchmesser von der Windung mit größtem Windungsdurchmesser zur Windung mit kleinstem Windungsdurchmesser hin abnimmt. Derartige kegelstumpfförmige Federn weisen gegenüber den Zylinderfedern den Vorteil geringerer Bauhöhe auf, insbesondere bei der blockierten Feder, bei der die Bauhöhe dem Drahtdurchmesser entspricht. Es ist auch bekannt, Kegelstumpffedern so auszubilden, daß an jeder Stelle der Feder gleiche Beanspruchungen auftreten oder aber die Windungen bei einer vorgegebenen Belastung alle , gleichzeitig ausgeschaltet werden (siehe z. B. Siegfried Groß und Dr. Ernst Lehr: »Die Federn, ihre Gestaltung und Berechnung«, VDI-Verlag GmbH, Berlin 1938, Seite 115 bis 122).

Auch Doppelkegelstumpfl'edern mit konstantem ι Drahtdurchmesser sind an sich bekannt. Sie haben gegenüber den als einfacher Kegelstumpf ausgebildeten Federn grundsätzlich den Vorteil, daß sich bei ihnen eine noch günstigere Raum- und Werkstoffausnutzung erreichen läßt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Doppelkegelstumpffeder die beiden nicht federnden Endwindungen einen kleinen Durchmesser besitzen und , auf diese Weise wenig Werkstoffaufwand erfordern. Durch die zweimalige Ausnutzung des Raumes zwischen dem größten Federdurchmesser und dem kleinsten Federdurchmesser wird auch der Außendurchmesser der Feder kleiner gegenüber dem Außendurchmesser einer Feder gleicher Kennlinie, die als einfacher Kegelstumpf ausgebildet ist.

Trotz dieser Vorteile hat die Doppelkegelstumpffeder bisher kaum Anwendungsmöglichkeiten gefunden, weil die Forderungen, daß sich bei Höchstbelastung die Windungen ineinanderlegen sollen, und daß die Feder eine bestimmte Kennlinie aufweisen soll, sich bei einer Doppelkegelstumpffeder mit konstantem Drahtdurchmesser nicht gleichzeitig erfüllen lassen. Die Doppelkegelstunipffeder weist daher, wenn außerdem ein möglichst kleiner Windungsdurchmesser und minimales Gewicht erreicht werden sollen, einen typischen progressiven Verlauf der Kennlinie auf, der für die meisten praktisch vorkommenden Bedarfsfälle ungeeignet ist.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil der bekannten Doppelkegelstumpffeder mit progressiv verlaufender Kennlinie besteht darin, daß beim Blockieren der Feder die in der Mitte der Feder liegenden Windungen mit dem größten Windungsdurchmesser als erste ausgeschaltet werden. Dies macht die Feder für die meisten konstruktiven Aufgaben völlig ungeeignet, da die als -erste blockierenden Windungen keine klar definierbare Aufgabe haben. Infolgedessen treten Überschreitungen der Spannungen im Werkstoff und damit Einschränkungen der Lebensdauer auf. Weiterhin entstehen durch das Aufeinanderlegen der in Federmitte frei schwingenden Federwindungen erhebliche Geräusche auf, was die Anwendung derartiger Federn, z. B. im Kraftfahrzeugbau, bisher unmöglich machte.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, eine Doppelkegelstumpffeder der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der bei optimaler Materialauswutzung und großer Beeinflussungsmöglichkeit im Verlauf der Kennlinie beim Blockieren der Feder sowohl eine Überbeanspruchung des Werkstoffes als auch die Geräuschbildung vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht bei einer Doppelkegelstumpffeder der eingangs ei wähnten Art erfindungsgemäß dadurch, daß bei Höchstbelastung die Windungen einer Federhälfte in an sich bekannter Weise in Form einer Spirale ineinanderliegen, und daß der Drahtdurchmesser nach beiden Enden der Feder hin in einem solchen Verhältnis abnimmt, daß sich bei zunehmender Belastung die Windungen, ausgehend von den Windungen kleinsten Windungsdurchmessers, nacheinander auf ebene Auflageflächen an den Federenden auflegen, wobei jede Windung im Auflagefall bis zur maximalen Belastbarkeit beansprucht ist.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren die Ausführung und die Vorteile der Doppelkegelstumpffeder gemäß der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Doppelkegelstumpffeder in Seitenansicht mit teilweise progressiver Kennlinie;

F i g. 2 zeigt im Querschnitt die Feder nach Fig. I in bis zur Blockierung belastetem Zustand; in

Fig. 3 ist die teilweise progressive Kennlinie der Doppelkegelstumpffcder nach Fig. 1 dargestellt.

Diese Kennlinie isl in dem Abschnitt bis zu Punkt /M

linear, in dem Abschnitt von PA bis Pfprogressiv und in dem Abschnitt PE bis PBU d. h. bis zur Blockierung, wieder linea r.

Wie aus den Figuren ersichtlich, bestehen die Federn aus Draht mit inkonstantem Durchmesser, wobei sowohl der Drahtdurchmesser als auch der Windungsdurchmesser von der Mitte der Feder aus nach den beiden Enden hin abnehmen. Bei Belastung bis zum Maximum legen sich bei der Feder entsprechend den Fig. 1 und 2 mit teilweise progressiver Kennlinie nach F i g. 3 die Windungen zum größten Teil, ausgehend von den Windungen mit kleinstem Windungsdurchmesser, auf die beiden ebenen Auflageflächen an den beiden Seiten der Enden auf und bewirken auf diese Weise die Krümmung der Kennlinie.

Wie man «us F i g. 2 erkennen kann, ist die Blockhöhe bei einer bis zur Blockierung belasteten Doppelkegelstumpffeder etwas größer als bei einer entsprechenden Feder in der Form eines einfachen Kegelstumpfes. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Do^pelkegelstumpffeder jeweils zwei Windungen gleichen Durchmessers auftreten. Die Länge der zusammengedrückten Feder ist jedoch wesentlich kleiner als bei einer Feder mit gleicher Kennlinie in Form einer zylindrischen Schraubendruckfeder.

Weiterhin hat sich aufgrund von Vergleichsbedingungen ergeben.daß bei d«.r Doppelkegelstumpffeder nicht nur die Werkstoffausnutzung aller federnden Windungen ebenso optimal ist, wie bei der Feder in Form eines einfachen Kegelstumpfes, sondern es konnten auch gegenüber der Feder in Form eines einfachen Kegelstumpfes die oben schon erwähnten Vorteile festgestellt werden.

Dies soll anhand der folgenden Tabelle gezeigt werden.

Zylindrische
Schraubendruckfeder

Feder aus Draht mit
inkonstantem Durchmesser

Kegelstumpf

Doppelkegelstumpf

Beispiel 1

D_a (mm) 90
L_B (mm) 119,5
Fertig- 1,715

gewicht (kg)

Beispiel 2
D_d (mm)

Lb (ram)

Fertiggewicht (kg)

230
93,5
6,440

221
11,55
1,700

297,5
16,23
4,420

156,5
21
1,400

208,5
29,-3,80

In der obenstehenden Tabelle werden in zwei Beispielen die Eigenschaften einer zylindrischen Schraubendruckfeder, einer Feder in Form eines einfachen Kegelstumpfes und einer Doppelkegelstumpffeder einand2r gegenübergestellt. Es sind jeweils die Außendurchmesser (D_d), die Blockhöhe (ZV und die Gewichte der drei Federn angegeben. Die Federn besitzen gleiche Kennlinie und gleiche Werkstoffbeanspruchung.

Wie sich aus der Tabelle ergibt, weist die Doppelkegelstumpffeder bezüglich Blockhöhe und Gewicht gegenüber der zylindrischen Schraubendruckfeder und bezüglich Außendurchmesser und Gewicht gegenüber der Feder in Form eines einfachen Kegelstumpfes erhebliche Vorteile auf. Die Gewichtseinsparung steigt mit steigendem Federdurchmesser der zylindrischen Schraubendruckfeder.

Hier/u 2 Hhilt

Claims

Patentanspruch:

Doppelkegelstumpffeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt und inkonstantem Drahtdurchmesser, bei der der Windungsdurchmesser und der Drahtdurchmesser im Mittelteil der Feder am größten sind und nach beiden Enden der Feder hin abnehmen und die eine teilweise progressive Kennlinie aufweist, dadurch gekennzeich- κ net, daß bei Höchstbelastung die Windungen einer Federhälfte in an sich bekannter Weise in Form einer Spirale ineinanderliegen und daß der Drahtdurchmesser nach beiden Enden der Feder hin in einem solchen Verhältnis abnimmt, daß sich bei ι zunehmender Belastung die Windungen, ausgehend von den Windungen kleinsten Windungsiiurchmessers, nacheinander auf ebene Auflageflächen an den Federenden auflegen, wobei jede Windung im Auflagefall bis zur maximalen Belastbarkeit bean- y sprucht ist.