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Die Erfindung betrifft eine Wellfeder.
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Wellfedern werden als axiale Ausgleichs- oder Rückstellelemente vielfältig eingesetzt. Dabei werden Wellfedern sowohl als Einzelelemente als auch im Paket mit mehreren Wellfedern, wie beispielsweise in Kupplungsanordnungen, verwendet.
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Bekannte Wellfedern werden häufig durch Stanzen des Federbands hergestellt. Dabei wird zunächst ein Federring aus einem gewalzten Vormaterial ausgestanzt und dieses in einem weiteren Schritt zu einer Wellfeder umgeformt. Durch die kreisrunden Ausstanzungen entsteht ein hoher Materialverschnitt und somit erhöhte Material- und Logistikkosten. Zudem haben solche gestanzten Wellfedern häufig nachteilige Stanzkanten, und um diese zu entfernen, muss ein zusätzlicher Arbeitsschritt des Gleitschleifens durchgeführt werden. Des Weiteren zeigt sich, dass die Federkennlinie von solchen gestanzten Wellfedern für manche Anwendungsfälle, insbesondere für Anwendungsfälle mit dynamischer Beanspruchung nicht ausreichend ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zuverlässige und kostengünstig herstellbare Wellfeder anzugeben, die sich auch für Anwendungsfälle mit dynamischer Beanspruchung gut eignet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wellfeder mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Wellfeder ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Wellfeder umfasst ein im Wesentlichen kreisringförmig gewundenes Federband, das über den Umfang eine um eine radiale Bezugsebene oszillierende Wellenlinie mit Wellenbergen und Wellentälern beschreibt. Die Enden des kreisringförmigen Federbands sind mittels einer Schweißnaht verbunden, die in einem spannungsarmen Bereich der Wellenlinie des Federbands zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental angeordnet ist.
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Die Wellenberge an der Oberseite der Wellfeder und die Wellentäler an der Unterseite der Wellfeder bilden im Anwendungsfall häufig Auflageflächen für Anbauteile an der Wellfeder, über welche eine axiale Kraft in die Wellfeder eingeleitet wird.
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Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstands haben nun herausgefunden, dass sich bei einer Wellfeder die Bereiche maximaler Spannung an den Wellenbergen und Wellentälern der Wellfeder befinden, und dass die Bereiche zwischen einem Wellenberg und einem benachbarten Wellental hingegen einer geringeren Belastung als die Wellenberge und Wellentäler ausgesetzt sind. Bei einer belasteten Wellfeder wird über die obere und untere Auflageflächen der Wellfeder eine axiale Kraft in die Wellfeder eingeleitet. Dabei ist die axiale Kraft auf die Wellentäler entgegengesetzt der Kraft auf die Wellenberge des Federbands ausgerichtet. An einem Punkt zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental heben sich die axial entgegengesetzten Kräfte auf, und in dem Federband entsteht ein spannungsarmer Bereich.
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Die erfindungsgemäße Wellfeder wird nicht gestanzt, sondern durch Winden aus einem Federband hergestellt, was eine kostengünstigere Alternative darstellt, da kein Materialverschnitt entsteht und auch das nachgelagerte Gleitschleifen zum Entfernen des nachteiligen Stanzgrats entfallen kann. Zudem ergibt sich durch das Winden der Wellfeder aus einem Federband ein sehr günstiger Faserverlauf in Umfangsrichtung des Federbands, was zu einer sehr guten Federkennlinie und optimalen und gleichmäßigen Kraftverteilung über die Wellfeder und Krafteinleitung in die Wellfeder führt, und die erfindungsgemäße Wellfeder besonders geeignet macht für dynamische Beanspruchungen. Lokale Spannungsunterschiede innerhalb der Wellfeder werden dadurch verhindert und die Lebensdauer der Wellfeder so verlängert. Des Weiteren entstehen durch einen in Umfangsrichtung des Federbands verlaufenden Faserverlauf schräg oder rechtwinklig zu dem Faserverlauf stehende Schnittkanten an den Federbandenden. Zum Verschweißen der Federbandenden ist ein solcher Faserverlauf optimal, da Kräfte so gleichmäßig in die Schweißnaht eingeleitet werden. Des Weiteren sind die Spannungen an den Wellenbergen und Wellentälern durch die dort aufgebrachte Verformung des Federbands geringer als bei einem Federband, bei dem der Faserverlauf ungleichmäßig über das Federband verteilt ist.
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Es bietet sich fertigungstechnisch an, die Schweißnaht auf einem Wellenberg oder in einem Wellental des Wellfederrings aufzubringen. Gemäß einer Erkenntnis der Erfinder sind solchermaßen angeordnete Schweißnähte jedoch hohen dynamischen Belastungen und einer Reibung der dort im Anwendungsfall anliegenden Anbauteile ausgesetzt, was häufig zu einem schnellen Verschleiß und Bruch der Schweißnaht führen kann.
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Diesen Gedanken folgend, haben die Erfinder herausgefunden, das eine gewundene Wellfeder, deren Enden in einem spannungsarmen Bereich der Wellenlinie des Federbands zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental liegen und mittels einer dort vorzusehenden Schweißnaht miteinander verbunden sind, eine deutlich höhere Lebensdauer und Zuverlässigkeit aufweist, obwohl eine solche Wellfeder aus fertigungstechnischer Sicht schwieriger herzustellen ist.
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Eine zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental angeordnete Schweißnaht ist wesentlich geringeren Belastungen ausgesetzt, weil ja dort, was die Erfinder herausgefunden haben, ein spannungsarmer Bereich liegt und weil eine solche Schweißnaht nicht mit einem Anbauteil in Berührung kommt und somit durch Reibung entstehende Verschleißerscheinungen zuverlässig vermieden werden. Auch kann ein Verschleiß der dort anliegenden Anbauteile, der bspw. durch eine Schweißnahtwulst hervorgerufen wird, deutlich verringert werden. Zudem ergibt sich über den Umfang der Wellfeder eine gleichmäßige Wellenhöhe, die nicht von einer Schweißnahtwulst beeinflusst wird. Auch werden zusätzliche Spannungen in der Wellfeder, die sich durch eine Schweißnahtwulst auf einem Wellenberg oder in einem Wellental ergeben würden, zuverlässig vermieden.
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Darüber hinaus entstehen durch eine Schweißnaht zwischen einem Wellenberg und einem benachbarten Wellental der Wellfeder ebene Auflageflächen an der Oberseite und der Unterseite der Wellfeder, und die Krafteinleitung von einem Bauteil in die Wellfeder ist besonders gleichmäßig. Einem unsymmetrisches Verhalten der Wellfeder, das durch eine unebene Auflagefläche hervorgerufen werden kann, wird so entgegengewirkt. Die Federkennlinie der Wellfeder wird durch die Schweißnaht kaum beeinflusst. Im Bereich der Schweißnaht sinkt die ursprüngliche Mindestzugfestigkeit des Federbands nämlich auf die Grundfestigkeit des Materials ab, was durch die Anordnung der Schweißnaht in einem spannungsarmen Bereich der Wellfeder keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Federkennlinie hat.
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Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Wellfeder wird das Federband in dem spannungsarmen Bereich des Federbands zwischen einem Wellenberg und einem benachbarten Wellental abgelängt, und häufig verlaufen die Schnittflächen nicht rechtwinklig zur Faserrichtung, was allgemein als besonders günstig für die Verschweißung angesehen wird, sondern schräg zur Faserrichtung, was höhere Anforderungen an die Verschweißung stellt.
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Durch die Anzahl der Wellenberge und Wellentäler der Wellfeder kann die Federsteifigkeit der Wellfeder verändert werden. Eine große Anzahl an Wellenbergen und Wellentälern resultiert in einer hohen Federsteifigkeit, wobei die Federkennlinie eine hohe Steigung aufweist.
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Eine weitere Möglichkeit, die Federkennlinie der Wellfeder zu verändern besteht darin, die Wellfeder mit Wellenbergen und Wellentälern auszubilden, die unterschiedliche Amplituden aufweisen. Eine solche Wellfeder weist eine zunehmend progressive Federkennlinie auf, die durch die Höhe und Anzahl der einzelnen Wellenberge und Wellentäler beeinflussbar ist.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschreibt das kreisringförmig ausgebildete Federband eine um die radiale Bezugsebene insbesondere im Wesentlichen sinusförmig oszillierende Wellenlinie. Die Schweißnaht ist dabei in einem Nulldurchgang der Wellenlinie, in einem Bereich der radialen Bezugsebene, angeordnet.
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Bei einer sinusförmig um die radiale Bezugsebene oszillierenden Wellenlinie des Federbands weisen die jeweiligen Wellenberge und Wellentäler eine gleichmäßige Höhe auf, wodurch an der Unterseite und der Oberseite der Wellfeder ebene Auflageflächen für Anbauteile ausgebildet werden.
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Bei einer gleichmäßig verlaufenden, sinusförmigen Wellenlinie befindet sich der spannungsarme Bereich in der Mitte zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental des Federbands. Der spannungsärmste Bereich liegt in einem Nulldurchgang der Wellenlinie, und durch eine Anordnung der Schweißnaht in einem Nulldurchgang der Wellenlinie, im Bereich der radialen Bezugsebene, können die auf die Schweißnaht wirkenden Kräfte minimiert werden. Dadurch ergibt sich eine optimale Federkennlinie, und der spannungsbedingte Verschleiß der Schweißnaht des Federbands wird auf ein Minimum reduziert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Federband ein Flachdraht.
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Bei einem Flachdraht weist das Federband einen rechteckigen Querschnitt auf. Das Federband ist vorzugsweise um die schmalere Seite des Querschnitts kreisringförmig gewunden. Die Verwendung eines Flachdrahtes bietet den Vorteil, dass ebene radiale Auflageflächen an der Unterseite und der Oberseite der Wellfeder ausgebildet werden, wodurch eine gleichmäßige Krafteinleitung in axialer Richtung in die Wellfeder sichergestellt und ein Verrutschen eines Anbauteils an der Oberseite oder der Unterseite der Wellfeder verhindert wird.
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Es ist ebenfalls denkbar, das Federband über die längere Seite des rechteckigen Querschnitts kreisringförmig aufzuwickeln, wodurch die Federsteifigkeit der Wellfeder erhöht wird.
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Die Verwendung eines Flachdrahts ermöglicht des Weiteren die Verwendung eines gewalzten Federdrahts, der anschließend kreisringförmig gewunden wird. Ein gewundener Federdraht bietet eine einheitliche Faserrichtung in Umfangsrichtung der kreisförmig aufgewickelten Wellfeder und sorgt daher für eine gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Federbands.
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In weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wellfeder weist das Federband einen runden, ovalen oder ellipsoiden Querschnitt auf.
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Darüber hinaus sind auch andere Querschnittsformen des Federdrahtes denkbar. Die Querschnittsform des Federbands hat zum einen Einfluss auf die Federsteifigkeit der Wellfeder und zum anderen auf die Spannungsverteilung innerhalb des Federbands. Ein symmetrischer Querschnitt des Federbands sorgt für eine gleichmäßige Spannungsverteilung innerhalb des Federbands.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Federband ein federhartes, rostfreies Material mit einem geringen Kohlenstoffanteil auf.
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Ein solches Material vermeidet die Bildung von Neuhärtezonen an der Schweißnaht des Federbands. Neuhärtezonen stellen eine Versprödung der Schweißnaht dar, wodurch die Festigkeit der Schweißnaht verringert wird, was zu einem Verschleiß oder einem Versagen der Schweißnaht führt. Die Bildung von Neuhärtezonen in der Schweißnaht wird durch ein Federbandmaterial mit geringem Kohlenstoffanteil zuverlässig vermieden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schweißnaht eine Laserschweißnaht.
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Eine Laserschweißnaht bietet den Vorteil, dass im Vergleich zu anderen Schweißverfahren ein geringer, konzentrierter Energieeintrag in die Wellfeder erfolgt, wodurch ein thermisch bedingter Verzug der Wellfeder verhindert wird. Des Weiteren ist es bei dem Laserschweißen möglich, in großer Arbeitsentfernung zu schweißen, und schwer zugängliche Stellen können ebenfalls mit dem Laserschweißen gut erreicht werden. Dadurch ist es möglich, die im Gegensatz zu den Wellenbergen und Wellentälern des Federbands der Wellfeder schwerer zugänglichen Bereiche zwischen den Wellenbergen und Wellentälern mittels Laserschweißen zu bearbeiten. Ein weiterer Vorteil des Laserschweißens liegt darin, dass sämtliche Nahtgeometrien in dem Werkstoff hergestellt werden können. Darüber hinaus kann eine entstehende Schweißnaht anschließend, beispielsweise durch Abschleifen der Schweißnahtwulst, bearbeitet werden, um eine ebene Federbandoberfläche zu erhalten.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Schweißnaht kein zusätzlich zu dem Material des Federbands eingebrachtes Material.
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Wird beim Schweißen kein zusätzlich zu dem Material des Federbands eingebrachtes Material verwendet, so können die beiden Enden des Federbands direkt miteinander verschweißt werden, wodurch eine optimale Verbindung der beiden Federenden erreicht wird. Dabei ist es notwendig, dass die beiden Federenden mit gar keinem oder nur einem sehr geringen Abstand zueinander stehen damit genügend Federbandmaterial zur Bildung einer Schweißnaht zur Verfügung steht.
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Des Weiteren ist es ebenfalls denkbar, dass die Schweißnaht zusätzlich zu dem Federband eingebrachtes Material umfasst, wodurch auch Federbandenden, die fertigungstechnisch bedingt in einem größeren Abstand zueinander stehen, miteinander zu einer ringförmigen Wellfeder verschweißt werden können. Dabei wird vorteilhafterweise ein Material, das gleich oder ähnlich dem Material des Federbands ist, zusätzlich in die Schweißnaht eingebracht. Wird ein von dem Federbandmaterial verschiedenes Material gewählt, hat dieses vorteilhafterweise einen geringen Kohlenstoffanteil, um die Festigkeit der Schweißnaht zu garantieren und Rissbildungen oder Versprödungen in der Schweißnaht zu verhindern.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Federband, das mindestens zwei Wellenberge und zwei Wellentäler aufweist.
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Um eine ebene Auflagefläche an der Oberseite und der Unterseite der Wellfeder zu erzeugen ist es notwendig, mindestens zwei Wellenberge und zwei Wellentäler in dem Federband auszubilden. Dadurch ist zusätzlich eine gleichmäßige Krafteinleitung in axialer Richtung in die Wellfeder sichergestellt.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer Wellfeder, das die folgenden Schritte umfasst: Winden eines Federdrahtes in einer im Wesentlichen kreisringförmigen Form, wobei der Faserverlauf des Materials des Federbands in Umfangsrichtung des Federbands verläuft; Formen des Federbands in einer um eine radiale Bezugsebene oszillierenden Wellenlinie über seinen Umfang und Ablängen des Federbands, und Verbinden der Enden des Federbands mittels einer Schweißnaht, wobei die Schweißnaht in einem spannungsarmen Bereich der Wellenlinie des Federbands zwischen einem Wellenberg und einem dazu benachbarten Wellental angeordnet ist.
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Ein solches Verfahren ist verhältnismäßig schnell und kostengünstig durchführbar. Ein Materialverschnitt, wie er beim Stanzen anfällt, fällt nicht an, und auch das Entfernen der Stanzgrate kann entfallen.
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Eine durch ein solches Verfahren hergestellte Wellfeder verwirklicht die oben beschriebenen Vorteile, und sämtliche mit Bezug auf die Wellfeder beschriebenen Ausführungsformen und damit verbundenen Vorteile treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung auch für das Herstellungsverfahren zu.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Federband in einer um die radiale Bezugsebene, insbesondere im Wesentlichen sinusförmig oszillierenden Wellenlinie geformt, und die Schweißnaht ist in einem Nulldurchgang der Wellenlinie, im Bereich der radialen Bezugsebene, angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Schweißnaht mittels Laserschweißen erzeugt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische, schematische Ansicht einer Wellfeder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts der Wellfeder aus 1.
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1 zeigt eine perspektivische, schematische Ansicht einer kreisringförmigen Wellfeder 2.
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Das Federband 4 der Wellfeder 2 beschreibt eine über den Umfang der Wellfeder 2 um eine radiale Bezugsebene oszillierende Wellenlinie mit Wellenbergen 6 und Wellentälern 8. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Federband 4 insgesamt acht Wellenberge 6 und acht Wellentäler 8 auf.
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Bei dem Federband 4 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel in 1 um einen Flachdraht, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Das Federband 4 ist dabei um die schmalere Seite des rechteckigen Querschnitts kreisringförmig aufgewicket.
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Die Wellenlinie des in 1 gezeigten Federband 4 hat einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf, und die Wellenberge 6 und die Wellentäler 8 haben jeweils die gleiche Höhe und oszillieren um dieselbe radiale Bezugsebene. Durch die gleiche Höhe der Wellenberge und Wellentäler wird eine ebene Auflagefläche auf der Ober- und Unterseite der Wellfeder 2 erreicht.
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Des Weiteren zeigt 1 eine schematisch dargestellte Schweißnaht 10, die im vorderen Bereich der Wellfeder 2 zu sehen ist, und welche die beiden Enden der Wellfeder 2 an einem Nulldurchgang der sinusförmig verlaufenden Wellenlinie des Federbands 4, zwischen einem Wellenberg 6 und einem dazu benachbarten Wellental 8, zu einem geschlossenen, kreisförmigen Ring verbindet. In dem Ausführungsbeispiel der 1 liegt die Schweißnaht 10 in der radialen Bezugsebene, um die das Federband 4 der Wellfeder oszilliert.
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An den Wellenbergen 6 und Wellentälern 8 des Federbands 4 befinden sich, nach einer Erkenntnis der Erfinder, die Bereiche, in denen maximale Spannungen herrschen. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Wellenberge 6 und die Wellentäler 8 Auflageflächen für Anbauteile an der Wellfeder 2 bilden, über welche axiale Kräfte in die Wellfeder 2 eingeleitet werden. Bei einer belasteten Wellfeder sind die axial wirkenden Kräfte, die über die Wellenberge 6 in das Federband 4 eingeleitet werden, entgegengesetzt der axial wirkenden Kräfte ausgerichtet, die auf die Wellentäler 8 wirken. In den Bereichen zwischen zwei benachbarten Wellentälern 8 und Wellenbergen 6 entstehen spannungsarme Bereiche, die einer geringeren Belastung ausgesetzt sind.
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Eine Anordnung der Schweißnaht 10 in einem solchen spannungsarmen Bereich der Wellfeder 2, wie in 1 dargestellt, bietet somit den Vorteil, dass die Schweißnaht geringeren Spannungen ausgesetzt ist, als bei einer Anordnung auf einem Wellenberg 6 oder in einem Wellental 8, und dass daher der Verschleiß gering und die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Schweißnaht 10 sehr hoch sind.
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Darüber hinaus entstehen bei einer Schweißnaht 10 zwischen einem Wellenberg 6 und einem dazu benachbarten Wellental 8 keine Abnutzungserscheinungen durch Reibung der Schweißnaht 10 an einem Anbauteil, das an der Ober- oder Unterseite der Wellfeder 2 anliegt, was ebenfalls zu einer langen Lebensdauer der Schweißnacht 10 beiträgt. Die in 1 dargestellte Schweißnaht 10 kommt nicht mit einem Anbauteil an der Ober- oder Unterseite der Wellfeder 2 in Berührung.
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Die Federkennlinie der Wellfeder 2 wird durch eine Schweißnaht 10, die zwischen einem Wellenberg 6 und einem dazu benachbarten Wellental 8 angeordnet ist, nur unwesentlich verändert. Die Mindestzugfestigkeit sinkt im Bereich der Schweißnaht 10 auf die Grundfestigkeit des Material des Federbands 4 ab, was durch die Anordnung der Schweißnaht 10 in einem spannungsarmen bis spannungsfreien Bereich der Wellfeder 2 nur einen sehr geringen Einfluss auf die Federsteifigkeit der Wellfeder 2 hat.
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Durch die Verwendung eines Flachdrahts, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, als Federband 4 wird eine ebene radiale Auflagefläche an der Ober- und Unterseite der Wellfeder ausgebildet, wodurch eine gleichmäßige Krafteinleitung in axialer Richtung erreicht wird und ein Verrutschen eines Anbauteils von den Anlageflächen der Wellfeder 2 verhindert wird.
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Bei dem in 1 dargestellten Federband 4 handelt es sich insbesondere um einen gewalzten Federdraht, der anschließend kreisringförmig gewunden wird. Ein gewundener Federdraht weist im Gegensatz zu einem gestanzten Federdraht eine einheitliche Faserrichtung in Umfangsrichtung des kreisringförmig aufgewickelten Federbands 4 auf. Dadurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Federbands 4 erreicht. Durch die einheitliche Faserrichtung eignet sich ein gewalztes und anschließend aufgewickeltes Federmaterial außerdem besser für eine dynamische Beanspruchung der Wellfeder 2.
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Des Weiteren ist bei einem gewalzten Federband 4, im Gegensatz zu einem gestanzten Federband, kein Stanzgrat vorhanden und die Kanten des Federbands 4 verlaufen gleichmäßig. Ein Entgraten der Kanten ist ebenfalls nicht notwendig.
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Darüber hinaus ist ein gewundenes Federband 4, im Gegensatz zu einem gestanzten Wellfederring, kostengünstiger, da beispielsweise kein Verschnitt wie bei der Herstellung von Stanzteilen entsteht und somit eine Materialeinsparung von bis zu 95% erreicht werden kann.
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Bei der Herstellung wird zunächst aus einem Federband 4 ein offener kreisringförmiger Wellfederring gewunden, dessen Enden dann durch eine Schweißnaht 10 verbunden werden.
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Die Anzahl der gezeigten Wellenberge 6 und Wellentäler 8 der Wellfeder 2 ist nur exemplarisch, selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Wellenbergen 6 und Wellentälern 8 vorgesehen werden, was natürlich die Federsteifigkeit der Wellfeder 2 beeinflusst. Eine höhere Anzahl von Wellenbergen 6 und Wellentälern 8 erhöht beispielsweise die Federsteifigkeit der Wellfeder 2 bei einer Belastung in axialer Richtung, und die Federkennlinie steigt steiler an.
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Ferner ist es denkbar, Wellenberge 6 und Wellentäler 8 auf dem Federband 4 auszubilden, die eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Dadurch kann die Federkennlinie individuell verändert werden und weist eine zunehmend progressive Steigung auf.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vergrößerten Wellfederabschnitts 12 der Wellfeder 2.
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Der Wellfederabschnitt 12 zeigt eine Periode der sinusförmig verlaufenden Wellenlinie des Federbands 4 und die unterbrochen dargestellte radiale Bezugsebene. Von links nach rechts gesehen, beginnt der gezeigte Wellfederabschnitt 12 mit einem Nulldurchgang der sinusförmigen Wellenlinie durch die radiale Bezugsebene, beschreibt dann ein Wellental 8, steigt durch einen erneuten Nulldurchgang zu einem Wellenberg 6 an und endet daraufhin in einem erneuten Nulldurchgang der Sinuslinie.
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Zwischen dem Wellental 8 und dem Wellenberg 6 in dem spannungsarmen Nulldurchgang des Federbands 4 durch die radiale Bezugsbene befinden sich die Enden des Federbands 4, an denen der kreisringförmige Federbandring nach dem Winden abgelängt worden ist. Diese Enden des Federbands 4 sind durch eine Schweißnaht 10 verbunden. Die Faserrichtung des Federbands 4 folgt dem Verlauf des Federbands 4. Die Schweißnaht 10 verläuft senkrecht hierzu und bildet mit ihrer Haupterstreckungsrichtung einen Winkel zu der radialen Bezugsbene von 40 bis 50°. Durch eine Anordnung der Schweißnaht 10 in dem spannungsarmen Nulldurchgang des Federbands 4 durch die radiale Bezugsbene werden die auf die Schweißnaht 10 wirkenden Kräfte gering gehalten.
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Die Schweißnaht 10 ist insbesondere durch ein Laserschweißverfahren erzeugt worden. Durch das Laserschweißen können verschiedene Nahtgeometrien erreicht. Ein Vorteil des Laserschweißens besteht darin, dass im Vergleich zu anderen Schweißverfahren ein geringer, konzentrierter Energieeintrag in das Federband 4 erfolgt, wodurch eine thermisch bedingte Verformung des Federbands 4 verhindert wird. Ferner ist es beim Laserschweißen möglich, in einer relativ großen Arbeitsentfernung zu schweißen, wobei schwer zugängliche Bereiche der Wellfeder 2, wie die Bereiche zwischen einem Wellenberg 6 und einem benachbarten Wellental 8, bearbeitet werden können.
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Die Schweißnaht 10 erstreckt sich von der Unterseite des Federbands 4 bis zu dessen Oberseite, und hat an ihrer Unter- und Oberseite jeweils eine Vertiefung, sodass die Materialstärke der Schweißnaht 10 an dieser Stelle etwas geringer ist als die Materialstärke des Federbands 4. An der Oberseite ist die Schweißnaht 10 deutlich breiter, und an der Unterseite ist die Schweißnaht 10 etwas breiter ausgebildet als in dem dazwischen liegenden Bereich konstanter Breite, der sich über ungefähr zwei Drittel der Dicke des Federbands 4 erstreckt.
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Die in 2 dargestellte Schweißnaht 10 wurde durch Laserschweißen ohne Einbringung eines zusätzlichen Schweißmaterials hergestellt, sodass die Enden des Federbands 4 direkt miteinander verschweißt wurden. Alternativ hierzu ist es selbstverständlich möglich, die Schweißnaht 10 mit Einbringung eines zusätzlich zu dem Federband 4 eingebrachten Materials zu erzeugen. Dabei werden insbesondere Federbandenden miteinander verbunden, die fertigungstechnisch bedingt, in einem größeren Abstand zueinander stehen, der durch zusätzliches Material überbrückt werden muss. Insbesondere wird dabei ein Material verwenden, das ähnlich oder gleich dem Material des Federbands 4 ist, um eine optimale Verbindung des Federbandmaterials mit dem zusätzlichen Material zu erreichen. Das zusätzlich eingebrachte Material hat vorzugsweise einen geringen Kohlenstoffanteil, um Rissbildungen in der Schweißnaht 10 zu verhindern.
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Das Federband 4 der in 1 und 2 dargestellten Wellfeder 2 umfasst ein federhartes, rostfreies Material, einen Federstahl, das/der einen geringen Kohlenstoffanteil aufweist. Dadurch wird der Bildung von Neuhärtezonen, die eine Versprödung der Schweißnaht umfassen und daher eine geringere Festigkeit aufweisen, verhindert.
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Eine Wellfeder 2 eignet sich für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen. Eine bevorzugte Anwendung liegt in Kupplungsanordnungen, wobei die einzelnen Kupplungsscheiben durch dazwischen angeordnete Wellfedern 2 in axialer Richtung beabstandet gehalten werden. Eine solche Wellfeder 2 unterliegt dynamischen Beanspruchungen, und die erfindungsgemäße Schweißnahtanordnung hat sich hierfür als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Wellfeder
- 4
- Federband
- 6
- Wellenberg
- 8
- Wellental
- 10
- Schweißnaht
- 12
- Wellfederabschnitt
