DE2209340A1 - Verfahren zur herstellung von schraubenfedern und auf torsion beanspruchten formfedern, insbesondere aus federhartem draht - Google Patents

Description

31.1.1972 Hk/Hö

0762

Anlage zur
Patentanmeldung

R D BER T BDS C H GMBH. Stuttgart

Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedsrn und auf Torsinn beanspruchten Formfedern, insbesondere aus fedsrhartem Draht

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern und von auf Torsion beanspruchten Formfedern, insbesondere aus federharteni Draht, bei welchem der Federdraht tordiert und gebogen wird.

Schraubenfedsrn aus federharten Drähten werden üblicherweise durch Winden auf Federwindemaschinen oder Wickein auf Wickelbänken oder Schenkelfederwickelmaschinen mit nachfolgendem Anlassen zur möglichst weitgehenden Beseitigung der ungünstigen Biegeeigenspannungen hergostellt. Danach werden bei Druckfedern oft die Enden senkrecht zur Federachse angeschliffen und bei Zugfedern die Ösen

309837/00B4

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart ^:

.angebogen. Zur Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit können die Federn noch gestrahlt und zur Verbesserung der Standfestigkeit - also des Widerstandes gegen Relaxation - noch gesetzt werden. Dieses Setzen ist ein Vorbeanspruchen in der späteren Beanspruchungsrichtung mit dem Ziel, durch plastische Verformung günstige Torsionseigenspannungen zu erzeugen, um bei gegebener Beanspruchung kleinere Relaxationen oder bei gegebener Relaxation größere zulässige Beanspruchungen zu erreichen.

Es wurde bereits zur Herstellung von Zugfedern mit eingewundener Vorspannung beschrieben, den Draht vor dem Aufwickeln elastisch zu verdrehen und ihn dann unter Aufrechterhaltung dieser Verdrehung senkrecht zu einem Wickeldorn einlaufend auf diesen aufzu-. wickeln. Weil der Draht jedoch an der Wickelstelle eine Verdrehung erleidet, durch die diese elastische Vorverdrehung abgebaut wird, ist noch eine zusätzliche elastische Verdrehung während des Wickelvorganges vorgesehen. Mit diesem Verfahren lassen sich bei zugfedern nur relativ kleine eingewundene Vorspannungen erreichen.

Nach einem weiteren Vorschlag wird der Draht vor dem Wickeln auf einen Schiebungswinkel von ζ - 45 verdrillt, um die ursprünglich drahtparallelen Ziehriefen und ähnlichen Fehler parallel zur Richtung der größten Zugspannung in der Drahtoberfläche zu verlagern: Dadurch soll eine Steigerung der Dauerschwingfestigkeit erzielt werden. Diese wird bei den in Betracht gezogenen Fehlern auch eintreten, jedoch wird diese Maßnahme unwirksam bei anderen Überflächenfehlern, wie Randentkohlung oder Randoxidation. Sofern der Draht Querriefen oder feine Querrisse aufweist, würde diese Maßnahme die Dauerschwingfestigkeit sogar verschlechtern.

Bei weiterhin noch beschriebenen Verfahren wird vorgeschlagen, den Draht vor dem Wickeln und während der tangentialen Zuführung zum Wickeldorn im Drehsinn der späteren Beanspruchung zu verwinden. Da-

. 309837/0054

Robert Bosch GmbH H&SSI? 9 3 4

Stuttgart

bei werden die Randfasern des Drahtes über die Schubelastizi— tätsgrenze hinaus verfortnt.

Da der Fachmann unter Randfasern höchstens den Bereich versteht^, der im äußeren Viertel des Radius liegt, ist dabei nicht an eine starke Verdrillung gedacht. Wenn nur das äußere Viertel des Radius über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht wird, werden auch nur plastische Verformungen erreicht, die heute schon beim normalen Setzen übertroffen werden. Selbst wenn bis zu einem Drittel des Radius plastisch verformt wird, würde bei einem patentiert gezogenen Draht mit einer Schubelastizitätsgrenze von zum Beispiel 75 kp/mm in der Drahtoberfläche erst ein plastischer Schiebungswinkel von etwa H = 1 bei einer fiktiven Spannung (, = 113 kp/mm erreicht. Bei dem Verfahren wird weiterhin vorgeschlagen, die Federn nur so stark zu beanspruchen, wie sie nach dem Winden in der Länge aufspringen. Bei Zugfedern wird sogar die Anweisung erteilt, die Windungen mit einem gewissen Abstand voneinander zu wickeln, damit sie sich nach dem Lösen der äußeren Wickelkräfte zusammenlegen. An die Erzielung einer möglichst großen eingewundenen Vorspannung ist hier also nicht gedacht. Auch wird die Verdrillung stets nur mit einem bestimmten Drehmoment erzeugt. Bei den unvermeidlichen kleinen Schwankungen der Zugfestigkeit über die Drahtlänge und der veränderlichen Reibung in den Lagern der Verdrilleinrichtung ergibt das Schwankungen in der Verdrillung und damit auch Schwankungen in den Windungsdurchmessern der fertigen Feder. Die dadurch sich ergebenden großen Toleranzen für den Windungsdurchmesser sind bei technischen Federn aber nicht annehmbar. Das Arbeiten mit einem bestimmten Drehmoment beweist außerdem, daß hier nur im steilen Ast der Moment-Verformungskurve, also mit nur kleinen plastischen Verformungen, gearbeitet werden soll. Wüde man mit großen plastischen Verformungen - also im fast waagerechten Teil der Homent-Verformungskurve - arbeiten, so ergäbe jede kleine Stelle im Draht mit ■etwas geänderter Festigkeit und jede Veränderung der Lagerreibung·

" 309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart 2209340

in der Verdrilleinrichtung noch größere Schwankungen des Verdrillwinkels und damit auch größere Schwankungen des Windungsdurchmessers.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Schraubenfedern derart zu verbessern, daß die Relaxation und die Dauerschwingfestigkeit wesentlich verbessert werden und dabei gleichzeitig die üblichen Federtoleranzen eingehalten werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der an der Grenze zum plastischen Bereich torsionsvorgespannte Draht erst durch das zusätzliche Biegen zur Federwindung in seiner Torsionsfestigkeit zusammenbricht und dabei in Abhängigkeit von der gerade auflaufenden Drahtlänge eine plastische Torsionsverformung aufgezwungen bekommt. Das bedeutet, daß diese Verformung erst im Moment des Biegens wirksam wird und somit die ungünstigen Biegespannungen durch große Torsionsspannungen überlagert werden.

Bei Federn, die nach dem üblichen Herstellungsverfahren und aus patentiert gezogenen Federstahldrähten mit einer Schubelastizitätsgrenze von zum Beispiel 75 kp/mm gefertigt werden, sind nach dem Anlassen beim Setzen fiktive Spannungen von 1,5 . _F1 * 113 kp/mm möglich; dies ergibt etwa plastische Schiebungswinkel vonf= 0° 10', entsprechend / = 0,0029. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind je nach Drahtqualität dagegen plastische Schiebungswinkel von Y= 10 bis 30° und mehr möglich; 30° entsprechen = 0,5774. Damit ist also eine 0,5774/0,0029^-200-fache plastische Torsionsverformung möglich.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bedingt zwar aufwendigere Wickel- beziehungsweise Windemaschinen, es ergibt aber neben den verbesserten Relaxations- und Dauerfestigkeits-Eigenschaften in der Anwendung auf Zugfedern auch noch außergewöhnlich große,

309837/0054

^ J *m

Robert Bosch GmbH Stuttgart

Hk/Hö

eingewundene Vorspannungen; dies bedeutet für Federn, die etwa in der oberen Hälfte der normalerweise zulässigen Spannungen arbeiten, also zum Beispiel von 6 = 0,5 T? . bis L - 1,0 C

' ^ u * zul. α ' zul.

eine wesentliche Verkürzung der Einbaulängen, das heißt eine Verkleinerung und Verbilligung der Geräte, in denen die Federn einzubauen sind. Die verbesserten Relaxationseigenschaften können so gut sein, daB sowohl bei Zug- wie auch bei Druckfedern auf das sogenannte Warmspannen oder Warmsetzen verzichtet werden kann. Bei diesen bekannten Arbeitsverfahren werden die Federn unter Spannung einer erhöhten Temperatur, je nach Werkstoff 120 bis 300 C, ausgesetzt, um günstige und stabile Eigenspannungen in der Feder zu erzeugen.

Die Verbesserungen der Federeigenschaften zeigt zum Beispiel die folgende Gegenüberstellung für Federn aus unlegiertem Ventilfederstahldraht von 3 mm Durchmesser mit 144 kp/rnrn Zugfestigkeit und mit 24 mm Windungsdurchmesser und mindestens 6,5 Gesamtwindungen, wenn sie nach dem Federwinden 30 min. lang bei 320 C angelassen wurden:

	Federhers normal	teilung mit Drillwickeln. Torsionsschie- jbungswinkel tq Γ- 0.5
Bei Druckfedern: n Kraftverlust in % bei C, = 80 kp/mm' nach 10 Std. und bei QO0C	7,5	5,6
Bei Zugfedern: eingewundene Vorspannung ί ·η in kp/mm"	auf Wickelbank 13 auf Windemasch. 7 (nach DIN 20B9)	27

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Ein patentiert gezogener Federdraht nach DIN 17 223, Sorte C_t oder ein ölvergüteter Ventilfederdraht VD nach gleicher Norni, kann ohne Bruch bis auf einen 5chiebungswinkel S = 45° (entsprechend ti = 1) und mehr verformt werden. Sind diese Drähte dünn, so können sie zum Beispiel eine Schubelastizitätsgrenze von 96 kp/mm haben. Dies entspricht einem Schiebungswinkel J=Jf = oföIT = 0,0116, entsprechend ti = ü° 40«. Diese Drähte können also g mTi^86 mal so stark verdrillt werden, wie es dem Erreichen der Schubelastizitätsgrenze an der Drahtoberfläche entspricht. Das Drehmoment zur Verdrillung eines Drahtes steigt dabei aber r^ur auf etwa das zweifache der Schubelastizitätsgrenze, das heißt, daß die äußeren τττ- des Radius durch Drillspannungen verformt werden können, die Spannungen jedoch gemäß der Schub-Verformungskennlinie nur auf etwa die zweifache Schubelastizitätsgrenze anwachsen. Ahnlich -sind die Verhältnisse bei der beim Wickeln entstehenden Biegedehnung und den dabei zurückbleibenden Spannungen. Bei dem kleinen Wickelverhältnis 4 beträgt hier die Biegedehnung £, = 0,25 und damit 35-mal soviel wie die elastische Dehnung an der Elastizitätsgrenze, wenn diese 150 |<p/mm beträgt. Letzteres ist ein Wert, der für einen Draht gilt, der etwa die schon genannte Schubelastizitätsgrenze von 96 kp/mm hat. Für das Wickelverhältnis ß werden die Biegedehnungen entsprechend 17,5 mal so groß wie die Dehnung an der Elastizitätsgrenze.

Erfindungsgemäß wird der für das Wickeln notwendigen Biegedehnung eine möglichst große Verdrillung überlagert, damit die Normalspannungskomponenten vom Wickeln klein und unbedeutend sind gegenüber den Schubspannungen vom Verdrillen. So entsteht bei der Verformung des Drahtes zu einer Schraubenlinie nach Wegnahme der äußeren Biege- und Verdrillkräfte der bestmögliche Eigenspannungszustand für Schraubenfedern. Damit dies optimal geschehen kann, dürfen sich zwischen der Drillvorrichtung und dem Aufwickeln auf dem Dorn keine Führungselemente befinden,

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

die den Draht zusätzlich verbiegen würden, denn bei jeder anderen Biegung würde der unter großen Torsionsspannungen stehende Draht schon hier einen Teil der bleibenden Drillverformung erleiden und dieser Teil könnte dann nicht mehr dazu benutzt werden, die Biegespannungen beim Aufwickeln auf den Dorn weitgehend zu überlagern. Aus dieser Forderung folgt auch, daß der Draht in Richtung der Steigung der Federwindungen dem Dorn zugeführt werden muß. Bei Beachtung dieser Einzelheiten verdrillt sich der Draht zwischen Drillvorrichtung und Wickeldorn hauptsächlich elastisch und nur wenig plastisch. Erst wenn die ertragbaren Torsionsspannungen durch das zwangsweise Biegen am Dorn erheblich herabgesetzt werden, tritt die gewünschte große plastische Verdrillung mit Überlagerung der Biegespannungen auf.

Nach dem erfindungsgemäßen Wickel- beziehungsweise Windevorgang erfolgt zweckmäßig noch ein Anlassen und die üblichen Arbeitsgänge Schleifen beziehungsweise Osenanbiegen und Strahlen sowie zur Erzielung höchster Eigenschaften ein nach dem Strahlen übliches Anlassen und Setzen. Ebenso können bei oder nach dem Wickel- beziehungsweise Windevorgang alle sonst bekannten Maßnahmen zur Rationalisierung der Federfertigung oder Verbesserung der Federeigenschaften angewendet werden, wie zum Beispiel eingewundene Endgänge, um das Enden-Anschleifen einzusparen, erstes und einmaliges Anlassen erst nach dem Strahlen, um einen Anlaßvorgang einzusparen oder schräg angewundene und/oder schräg geschliffene Endwindungen, um eine möglichst zentrische Kraftabgabe zu erreichen.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert:

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Es zeigen:

Fig. 1 eine Druckfeder,

Fig. 2 eine Wickelmaschine mit einer Drillvorrichtung in räumlicher Darstellung,

Fig. 3 eine zweite Ausführung der Maschine mit einer Ablaufhaspel,

Fig. 4 eine weitere Ausführung der Drillvorrichtung,

Fig. 5 einen durch eine abschiebbare Hülse abgestuften Wickeldorn nach dem Wickeln der Feder,

Fig. 6 den Wickeldorn gemäß Fig. 5 nach dem Herabfallen der Feder,

Fig. 7 eine Drill- und Drahtvorschubvorrichtung an einer Federwindetnaschine in schematischer Darstellung,

Fig. 8 einen Wirbelkopf in schematischer Darstellung,

Fig. 9 eine Einzelheit einer Abwandlung des Wirbelkopfes nach Fig. 8,

Fig.10 eine weitere vereinfachte Abwandlung eines Wirbelkopfes nach Fig. 8 und 9 mit in die Zeichnungsebene geschwenkten Vorrichtungen zum Antrieb desselben sowie Vorrichtungen zum Abschneiden und Einschieben des Drahtes und

Fig.11 eine Abwandlung des in Fig. 10 dargestellten Wirbelkopfes. ^v

Die in Fig. 1 dargestellte Schraubenfeder 11 hat mehrere linksgewickelte Federwindungen 12 und zwei senkrecht zur Federachse angeschliffene Endwindungen 13 und 14. Eine ursprünglich parallel zur Drahtachse aufgezeichnete Mantellinie 15 ist in ihrem Verlauf dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Wickelmaschine 20 mit einer Drillvorrichtung. Auf einer senkrechten Führungssäule 21 halten zwei Laschen 22 den Wickeldorn 23 mit einem Ritzel 24 derart, daß die Laschen 22 mit dem Wickeldorn 23 gemäß Pfeil 19 hoch- und nieder-

309837/0064

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

gleiten, sich aber nicht um die Führungssäule 21 drehen. Das Hoch- und Niedergleiten des Wickeldornes 23 wird von einem Stützrad 25, welches auf einem Steigungslineal 26 läuft, dadurch bewirkt, daß dieses Lineal auf einem Schlitten 27 durch einen Kurbeltrieb 28 hin- und herL.<";<vsyt wird. Ein Zahnrad 31 treibt das Ritzel 24 und den Wickeidarn 23 an, so daß sich beide in Richtung Pfeil 1B drehen. Das Zahnrad 31 wird dabei von der Welle 39 angetrieben und zwar durch ein nicht dargestelltes Ritzel, welches diese Welle unter der Grundplatte 17 trägt und in einer an dem Schlitten 27 befindlichen, nicht dargestellten Zahnstange kämmt. Die Drillvorrichtung besteht aus einer Drilltrornmel 36 mit einem Walzenpaar 35 mit den Draht klemmenden Umfangsrillen 40, sowie aus einem Stellmotor 37. Dieser Stellmotor muß die Drillvorrichtung nach einem ähnlichen, annähernd sinusförmigen Gesetz antreiben wie der Kurbeltrieb den Wickeidarn antreibt; dabei können die Umdrehungszahlen von Wickeldorn 23 und Drilltrommel 36 gemäB dem V/ickelvcrhältnis der Feder und der gewünschten Verdrillung des Federdrahtes unterschiedlich sein. Auf dem Wickeldorn 23 befindet sich eine Klemmvorrichtung 3D, die den Endabschnitt eines Federdrahtes 29 einklemmt. Desweiteren ist an der Maschine 20 eine den Federdraht 29 aufnehmende Führungshülse 34 angeordnet, an welcher ein Abschneidmesser 32 anliegt, dem ein Nocken 33 die Scherbewegung erteilt. Über Kegelräder 38 wird der Nocken 33 abhängig vom Arbeitstakt und der auflaufenden Drahtlänge bewegt. Die Drillvorrichtung ist ihrerseits in einer Tangentialebene um den Auflaufpunkt das Drahtes 29 am Wickeldorn 23 in einem Winkel ψ schwenkbar angeordnet? dieser entspricht dem maximalen Steigungswinkel der zu fertigenden Feder 11.

Die Herstellung einer Feder 11 geschieht folgendermaßen: Zu Deginn eines Arbeitstaktes wird der Federdraht 29 in die Klemmeinrichtung 3D geschoben und dort geklemmt, dann beginnt

309837/0054 _ ₁₀ _

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

sich der Wickeldorn 23 zu drehen und gleichzeitig bewegt der Stellmotor 37 die Drilltrommel 36, so daß der Federdraht 29 verdreht wird. Nach dem Wickeln des Endganges der Feder erfaßt das . Steigungslineal 26 das Stützrad 25 und läßt den Wickeldorn 23 nach oben gleiten. Hierdurch wird die Steigung der Feder 11 erzeugt. Ungefähr im linken Totpunkt des Kurbeltriebes 28 wird die Endwindung der Feder angewickelt und schließlich schneidet das Abschneidmesser 32 den rückwärtigen Schenkel der Feder 11 an der Führungshülse 34 ab.

In der beschriebenen Fertigungsart werden mit dieser Wickelmaschine 20 gerade Drahtstücke verarbeitet. Die Drillung des Drahtes 29 ergibt dann keine ungewünschten Verdrehungen auf dem noch nicht zur Feder verwickelten Drahtteil, weil sich dieser frei drehen kann. Für eine rationelle Fertigung von Federn ist es jedoch notwendig, daß direkt von einem Drahtbund herunter gewickelt werden kann. Eine Anordnung, die dies erlaubt, ist in Fig. 3 gezeigt. Die darin dargestellte zweite Ausführungsform einer Wickelmaschine 41 hat gegenüber der in Fig. 2 gezeigten unter anderem den Unterschied, daß anstatt der Drillvorrichtung mindestens zwei den Draht 29 drehende Drillwalzen 42 auf einem Vorschubschlitten angeordnet sind und der Kurbeltrieb 28 durch eine Kurbelstange 45 mit dem Schlitten 43 verbunden ist. Um vom Drahtbund 47 wickeln zu können, ist ein sogenannter Überkopfhaspel 46 vorgesehen, bei dem der Drahtbund 47 auf einer Haspelscheibe 4B aufliegt und von Fingern 49 gehalten wird. Die 5cheibe 48 wird von einem Getriebemotor 50 angetrieben und hat außerdem eine Unwucht-Ausgleichsvorrichtung 51 für den laufenden Ausgleich der mit dem Ablauf des Drahtes 29 veränderlichen Unwucht. Die Haspelscheibe 48 dreht auf einem verschiebbaren Untergestell 52, welches mit einem teleskopartigen Federarm 53 - der seitlich durch eine Feder 54 abgestützt ist - an einem Bolzen 55 am Boden befestigt ist. Diese horizontale, elastische Lagerung kann auch mit anderen technischen Mitteln,

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

wie beispielsweise zwei um 90 versetzten, elastischen Lenkern erfolgen. Über die Haspelscheibe 48 ragt ein Auslegerarm 56 mit zwei Fangringen 57 hinweg, welche den Draht 29, ohne Schlaufen zu bilden, zur Wickelmaschine 41 leiten.

Um mit einem einfachen Abhaspeln des Drahtes 29 von dem Draht~ bund 47 arbeiten zu können, ist die freie Drahtlänge zwischen Wickelmaschine 41 und Haspel 46 so groß zu wählen, daß das gewünschte Verdrillen am Wickeldorn 23 durch vollkommen elastische Torsion von dieser freien Drahtlänge aufgenommen werden kann. Die Drillwalzen 42 müssen dann nach dem Abschneiden jeder Feder wieder zurücklaufen. Um die benötigte freie Drahtlänge zu verkleinern, nämlich zu halbieren, muß der Draht 20 auf seiner freien Länge 0,5-mal der für das Wickeln notwendigen Umdrehungszahl negativ elastisch vorgespannt werden.

Bei der beschriebenen Art des Wickeins vom Drahtbund 47 entstehen aber sehr große Abstände zwischen Wickelmaschine 41 und Haspel 46, Bei der beschriebenen Feder 11 aus Ventilfederstahldraht mit 3 mm Drahtdurchmesser und 4,5 federnden ../indungen mit 24 mm mittlerem Windungsdurchmesser ergibt sich beispielsweise selbst dann eine notwendige freie Drahtlänge von etwa 10m, wenn negativ vorgespannt wird. Dieser Nachteil wird durch Gegendrehung des Uberkopfhaspels 46 vermieden. Bei stillstehendem Haspel 46 entsteht beim Abziehen einer Windung vom Drahtbund 47 eine ganze Umdrehung des Drahtes. Durch entsprechendes Gegendrehen des Haspels 46 können auch mehrere Umdrehungen des Drahtes 29 pro abgezogener Windung des Drahtbundes 47 erzeugt werden. Um mit normaler Stückzahl pro Minute die Federn zu wickeln, werden dabei verhältnismäßig große Umdrehungszahlen pro Minute des Haspels 46 erreicht. Damit ein ruhiger Lauf des Haspels erreicht wird, ist dieser deshalb in der beschriebenen Art horizontal elastisch gelagert und eine Unwucht-Ausgleichvorrichtung 51 vorzusehen.

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Eine weitere Ausführungsform einer Drillvorrichtung ist in Fig.4 gezeigt. Hier übernehmen 2 Schrägwalzen 58, deren Achsen 0-0 in einem Winkel ß zueinander stehen, die Drillung des Drahtes 29 und gleichzeitig den Drahtvorschub. Auf dem Wickeldorn 23 ist hier eine bereits gewickelte Federwindung 59 dargestellt, wobei mit 30 die Klemmvorrichtung bezeichnet ist.

Bei der Herstellung von Schraubendruckfedern nach dem beschriebenen Verfahren ist es zumeist problematisch, einwandfrei anliegende Endwindungen 13, 14 anzubiegen, die nur eine der Drahtstärke entsprechende Steigung aufweisen. Um dies zu erreichen, darf eine dem Biegen überlagerte Drillung nicht erfolgen. Das führt jedoch zu einem größeren Aufspringen der Endwindungen 13, 14 gegenüber den drillgewickelten, federnden Windungen 12. Diese Erscheinung kann dadurch ausgeglichen werden, daß die Endwindungen 13, 14 entweder mit sehr großer Zugspannung gewickelt werden oder aber mit einem an der Stelle der Endwindungen abgestuften Wickeldorn, wie er in weiterentwickelter Form in Fig. 5 dargestellt ist.

Fallen dabei die Federn 11 wegen des schwer einzuregulierenden Übergangs von drillfreier Endwindung 13 in die voll gedrillte erste federnde Windung 93 nicht gut vom Wickeldorn ab, so muß der abgestufte Wickeldorn gemäß Fig. 5 durch einen besonderen Wickeldorn 94 mit aufgeschobener geteilter Hülse 95 ersetzt werden. Zum Herabfallen der Feder muß die Hülse von einem Stellring 96 mit Blattfedern 97, die in Nuten 9B gleiten, von dem Wickeldorn 94 heruntergeschoben werden. Dadurch schachtelt sich die Hülse wie in Fig. 6 federnd ineinander, um die Feder abzuwerfen.

Eine weitere Maßnahme, urn die beschriebenen anliegenden Endwindungen 13, 14 zu erzielen, liegt darin, zu Beginn des Federwikkelns nach etwa 1/2 bis 3/4 Windung mit dem plastischen Verdrillen zu beginnen und die Geschwindigkeit des Drillens relativ zur Geschwindigkeit des Wickeins allmählich, zum Beispiel proportional bis auf den gewünschten oder möglichen Endwert ansteigen zu lassen.

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für Federn 11 läßt sich auch auf einer üblichen Federwindemaschine ausführen. In Fig» ist hierzu schematisch in Seiten- und Draufsicht dargestellt, wie die üblichen Vorschubwalzen 10D in einer Drilltrommel 107 gelagert sind. Die beiden Walzenpaare sind durch das Verbindungsgetriebe 104 miteinander verbunden. Der Antrieb der Walzen 100 erfolgt über ein geschränktes Schraubgetriebe 101 und über das Antriebszahnrad 102. Die Drilltrommel 107 wird von dem Zahnrad 103 angetrieben. Der von den Vorschubwalzen 100 vorgeschobene Draht 29 wird durch die Drahtführungen 105 gegen die Windestifte 106 geschoben und dadurch zur Federwindung gebogen und gleichzeitig verdrillt.

Außer mit den beschriebenen Drillwickel- beziehungsweise D.rillwindemaschinen läßt sich das Verdrillen des Drahtes auch dadurch erreichen, daß der Wickeldorn 23 immer gerade um den Punkt der Drahtachse, an dem der Draht 29 auf den Wickeldorn aufläuft, herumgewirbelt wird. Eine derartige Maschine mit einem Wirbelkopf 60 ist in Fig. B dargestellt. Dabei sind die Führungshülse 34 mit dem Abschneidmesser 32 sowie die Vorschub-Falzen 35 ähnlich wie in Fig. 2 angeordnet.

Der Wirbelkopf 60 hat ein U-förmiges Gestell 61 , welches auf einem feststehenden Zapfen 62 mit einem Kegelrad 66 drehbar gelagert ist. Auf diesem ist ein Antriebsmotor 63 angeflanscht, der mit seinem Stirnrad 64 das Gestell 61 in Pfeilrichtung 65 antreibt. Ein Wickeldorn 67 trägt in beschriebener Weise die Klemmeinrichtung 30 und ist ebenso wie das Ritzel 24' auf einer Gewindespindel 68 verschiebbar gelagert. Das Ritzel 24' ist mit dem Kegelrad 66 durch ein Vorgelege 69 verbunden, welches über eine Kupplung 70 und ein Zahnradgetriebe 71 die Spindel 68 bewegt und dadurch das Ritzel 24' mit dem Wickeldorn 67 radial verstellt.

- 14 -

309-837/0064

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Eine Schraubenfeder wird wie folgt hergestellt: Der Draht 29 wird in der Klemmeinrichtung 30 eingespannt und durch das Walzenpaar am Verdrehen gehindert. Bei ausgekuppelten Zahnrädern 71 rotiert der Motor 63 das Gestell 61 koaxial um die Drahtachse 29. Gleichzeitig dreht das Vorgelege 69 das Ritzel 24' mit dem Dorn 67, was zu einer Relativbewegung mit der feststehenden Spindel 68 führt und dadurch beide radial nach außen bewegt. Dabei wird eine Feder erzeugt, deren Steigung gleich der der Spindel 68 ist. Bei einem Zuschalten des Zahnradgetriebes 71 wird die Spindel 68 so gedreht, daß damit die Steigung der Feder beeinflußt wird.

Eine Einzelheit einer zweiten Ausführungsform des Wickelkopfes 60 ist in Fig. 9 dargestellt. Eine abgewandelte Form des Wickeldorns 72 trägt die Klemmeinrichtung 30 und ist mit der Spindel 73 fest verbunden. Diese hat eine Nut 74, in welcher ein Keil 75 gleitet. Die Spindel 73 ist in einer Mutter 76 geführt, die im Endabschnitt des Gestells 61 gelagert ist und mit einem Kupplungsteil kämmt. Ebenfalls im Gestell 61 ist ein Zahnrad 77 gelagert, welches von einem Zahnradpaar 78 angetrieben wird und seine Drehung durch den Keil 75 der Spindel 73 mitteilt. Die Antriebswelle 79 ist Teil des Vorgeleges 69, wie in Fig. B beschrieben; das zweite Kupplungsteil 81 ist mit der Welle 79 nicht drehbar, sondern nur verschiebbar verbunden. Aus dem eingeklemmten Draht 29 wird eine Feder in der Weise hergestellt, daß die Antriebswelle 79 über das Zahnradpaar 78 und dem Zahnrad 77 mit Keil 75 den Dorn 72 dreht und dieser durch die Drehung in der Mutter 76 die Steigung der Feder in bekannter Weise bestimmt. Durch eine über die Kupplung 80, 81 eingeleitete Drehung der Mutter 76 wird diese Steigung geändert.

In einer weiter vereinfachten Ausführungsform ist der in Fig. 9 dargestellte Wirbelkopf auch ohne die Kupplungsteile 80 und 81 und mit einer nicht drehbaren Spindelmutter 76 möglich. Zugfedern mit innerer Vorspannung lassen sich mit einer solchen Vorrichtung herstellen, falls die Steigung der Spindel gleich der Drahtdicke ist.

309837/0054

- 15 -

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Um beliebige Federdurchmesser herstellen zu können, ist es noch nötig, die entsprechenden Wickeldorne so einzustellen, daß im Auflaufpunkt des Drahtes 29 auf den Dorn 72 beziehungsweise 67 der Drahtmittelpunkt mit der Drehachse des Wirbelkopfes 60 fluchtet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Spindeln beziehungsweise Achsen, an denen die Wickeldorne befestigt sind, um eine davor liegende Antriebswelle in dem Gestell 61 schwenkbar sind.

Eine abgewandelte, vereinfachte Ausführungsform einer Wirbelwickelrnaschine ist in Fig. 10 dargestellt. Der Wickeldorn 67 ist auf einer Vielnutwelle 110 befestigt, die von Kegelrädern 111, Wechselrädern 112, sowie einem Zahnrad 113 und einem feststehenden Ritzel 114 angetrieben wird, wenn der Wirbelkopf 60 .bewegt wird. Die Vielnutwelle 110 ist in dem Gestell 61 drehbar und radial verschiebbar gelagert. Die radiale Verschiebung erfolgt gegen den Gegendruck einer Druckfeder 115 durch das Auflaufen des gewickelten Federkörpers gegen Führungsrollen 116. Die gewickelte Feder stützt sich dabei gegen einen Stutzring 133 ab. Im Totpunkt des Kurbeltriebs 28 und beim Rücklauf «„orden die Führungsrollen durch eine Verstellvorrichtung 117 - die ähnlich wie ein Differentialtrieb oder wie die bekannten Verstellvorrichtungen bei Verstellpropellern arbeitet - ausgeschwenkt. Dieses Ausschwenken ist durch einen exzentrischen Verlauf einer Welle 120 relativ zu einem Zapfen 122 des Gestells 61 möglich; dabei liegt die Exzentrizität des Verlaufs in einer um 90 geschwenkten Ebene zur Zeichnungsebene. Die Verstellvorrichtung 117 wird durch eine Nockenscheibe 124 betätigt. Der Elektromotor 63 treibt über den Kurbeltrieb 28 die in einem Gleitschuh 126 geführte, gegen ein Ritzel kämmende Zahnstange 125 an. Das Ritzel 127 treibt übsr einen Freilauf ein Zahnrad 12B und dieses seinerseits das auf dem Gestellzapfen 122 befindliche Zahnrad 137. Über eine Welle 129 wird der ■Nocken 33 und damit das Abschneidmesser 32 vor der Abschneidhülse 34 betätigt. Über Kegelräder 130 und eine Kupplung 131, die durch einen Nocken 132 betätigt wird, werden die Einzugswaizen betätigt. Wenn der Antrieb durch den Freilauf unterbrochen wird,

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

verhindert ein durch einen Nocken 134 bewegbarer Anschlagbolzen 135 ein zu weites Zurücklaufen des Wirbelkopfes 60. Das Gestell 61 ist auf der der Vielnutwelle 110 entgegengesetzten Seite gabelförmig als Gegengewicht 136 ausgebildet, um einerseits die Massen der in Fig. 10 oben liegenden Elemente des Wirbelkopfes 60 auszugleichen und um andererseits der fertigen, abgeschnittenen Feder ein freies Herausfallen nach unten zu ermöglichen.

Eine Schraubenzugfeder wird mit dieser Maschine mit einem Wirbelkopf ,60 wie folgt hergestellt:

Die Einzugswalzen 35 schieben den Draht 29 in die Klemmvorrichtung 30. Sobald der Wirbelkopf 60 von dem Antrieb bewegt wird, schwenken die Führungsrollen 116 gegen den Stützring 133, der eine Steigung gleich der Drahtdicke aufweist. Wenn der Wickeldorn 121 etwa 1/4 Umdrehung gemacht hat, drücken die Führungsrollen 116 gegen den Federdraht 29 des Federkörpers und damit den Wickeldorn 121 mit der Vielnutwelle 110 gegen den Druck der Feder 115 radial nach außen. Ab dem oberen Totpunkt des Kurbeltriebs 28 wird der Wirbelkopf 60 infolge des Freilaufs in dem Zahnrad 128 nicht mehr angetrieben. Da die Feder und der rückwärtige Schenkel sich entspannen wollen, läuft der Wirbelkopf 60 noch etwas rückwärts nach. Die Rückwärtsbewegung wird über den Nocken 134 von dem Anschlagbolzen 135 begrenzt. Nach Stillstand des Wirbelkopfes 60 schneidet das Abschneidmesser 32 den rückwärtigen Schenkel der Feder ab und nach Ausschwenken der Führungsrollen 116 fällt die Feder nach unten und durch das gabelförmig ausgebildete Gegengewicht 136 des Wirbelkopfes 60 hindurch.

In einer weiteren Abwandlung dieses Wirbelkopfes 60 können die Führungsrollen 116 auch an einer nach rechts und links verschiebbaren zentrischen Achse in dem Zapfen 122 befestigt sein. Diese Achse wird dann durch einen Keil am Verdrehen gegenüber dem Zapfen 122 gehindert. Das axiale Verschieben erfolgt über einen Stellring und ein Gestänge, welches durch einen Nocken auf der Welle 121? betätigt wird.

309837/0054

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

Eine Besonderheit der Federfertigung mit sehr schneller Umdrehung des Wirbelkopfes 60 ist noch in Fig. 10 dargestellt. Um die Fliehkräfte, die dabei auf Wickeldorn und Vielnutwelle wirken, teilweise auszugleichen, ist der Wickeldorn in der unteren Hälfte 121 schwerer ausgebildet als oben.

Eine Abwandlung des in Fig. 10 gezeigten Wirbelkopfes 60 ist noch in Fig. 11 dargestellt. Der sonst übliche Wickeldorn ist hier als Wickelhülse 140 ausgebildet, die mit einem Zahnrad.141 fest verbunden ist. Die Drehbewegung wird über die in Fig. 10 bereits beschriebenen Zahnräder (siehe Position 112, 113, 114 in Fig. 10), Kegelräder 111 und eine Zahnwelle 142 auf das Zahnrad 141 und die Wickelhülse 140 übertragen. Das Zahnrad 141 mit der Wickelhülse ist radial auf einem Dorn frei verschiebbar. Die radiale Verschiebung erfolgt durch die Führungsrollen 116 gegen den Gegendruck der Feder 115. Die Führungsrollen 116 sind hier auf einer Gabel 145 angeordnet, welche um Zapfen 143 von einer zentrisch gelagerten Stellstange 144 ausgeschwenkt werden kann.

In einer Kombination der in Fig. 9 und Fig. 10 dargestellten Wirbelköpfe ist es noch möglich, die Mutter 76 in Fig. 9 über Kegelräder von einer im Wirbelkopfzapfen 122 von Fig. 10 gelagerten, zentralen Welle antreiben zu lassen. Wird die Drehbewegung dieser Welle außerhalb des Wirbelkopfes über eine Zahnstange eingeleitet, deren Ende mit einer Rolle auf einem verstellbaren Steigungslineal läuft, dann ist stufenlos jede beliebige Steigung möglich, wenn dieses Steigungslineal von dem Kurbeltrieb 28 in Fig. 10 synchron mitbewegt wird. Die ausschwenkbaren Führungsrollen 116, die in Fig. 10 und 11 die Steigung erzeugen, sowie die Feder 115 und der Stützring 133 entfallen dann.

Bei allen beschriebenen Maschinen lassen sich die Wickeldorne entsprechend den gewünschten Federndurchmessern auswechseln, ebenfalls lassen sich alle Zahnradübsrsetzungen, Kurbelhübe und Stei-

309837/0054 - 18 -

Robert Bosch GmbH Hk/Hö

Stuttgart

gungen des Steigungslineals ändern.

Das beschriebene Verfahren ist auch bei allen Arten von Formfedern, Schlauchspiralfedern und Klemmringen oder Klemmfedern anwendbar, wobei die beiden letzteren durch ihre große eingewundene Vorspannung zwischen ihren Windungen flache Gegenstände festhalten oder zusammenpressen können.

309837/0054

Claims (1)

1. Robert Bosch GmbH Hk/Hö

   Stuttgart

   0762

   Ansprüche

   i.jVerfahren zur Herstellung von Schraubenfedern und auf Torsion beanspruchten Formfedern, insbesondere aus federhartem Draht, bei welchem der Federdraht tordiert und gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Grenze zum plastischen Bereich torsionsvorgespannte Draht erst durch das zusätzliche Biegen in seiner Torsionsfestigkeit zusammenbricht und in Abhängigkeit von der gerade auflaufenden Drahtlänge eine bestimmte plastische Torsionsverformung aufgezwungen wird.

   2. Verfahren zur Herstellung zylindrischer Schraubenfedern mit linearer Kennlinie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht des federnden Teils des Federkörpers im Augenblick des Biegens zur Federwindung mit konstantem, im fa'st waagerechten Teil der M,-Jf-Kurve liegenden Schiebungsivinkel jf torsionsverformt wird.

   3. Haschine nach Art einer bekannten Schenkelfeder-'.-'ickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der V/ickeldorn eine Klemmvorrichtung hat, in welcher der Draht torsionsfest einspannbar ist und daß die Maschine eine Drillvorrichtung mit mindestens zwei mit Rillen versehenen Walzen in einer Drilltrommel hat, die den Draht tordiert.

   309837/OOSA - 20 -

   - 20 - 22093Λ0

   Robert Bosch GmbH Hk/Hö

   Stuttgart

   4. Maschin^ nach Anspruch 1 oder 2 in Art einer bekannten Schenkelfeder-Wickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daB die Drillvorrichtung mindestens zwei Drillwalzen hat, deren Achsen parallel zur Drahtachse sind, und daB die Vorrichtung auf einem Vorschubschlitten bewegbar ist.

   5. Haschine nach Anspruch 1 oder 2 in Art einer bekannten Schenkelfeder-Wickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Drillvorrichtung mindestens zwei antreibbare Schrägwalzen hat, deren Achsen zueinander in einem Winkel stehen, und daB dabei die Vorrichtung den Draht drillt und vorschiebt.

   6. Maschine zum Federwinden nach Anspruch 1 oder 2 in Art einer üblichen Federwindemaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten Einzugswalzen mit ihrem Antrieb in einer Drillvorrichtung gelagsrt sind.

   7. Maschine mit einem Haspel nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Länge zwischen Maschine und Haspel so groß ist, daß das Verdrillen an der Drillvorrichtung durch elastische Torsion auf dieser Länge geschieht.

   B. Maschine nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschneiden dar gewickelten Feder die Drillvorrichtung in die Ausgangslage gebracht wird und dabei den Draht auf die Torsionsspannung Null entspannt oder bis auf annähernd

   309837/0054

   - 21 -

   Robert Bosch GmbH Hk/Hö

   Stuttgart

   0,5 mal der beim Drillen notwendigen Umdrehungszahl negativ vorspannt oder daß die Walzen den Draht für ein Entspannen kurzzeitig freigeben.

   9. Maschine mit einem Haspel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daD der Haspel ein gsgendrehbarer Uberkopfhaspel ist, damit der Draht durch Gegendrehung zusätzlich verdreht wird, um das Verdrillen in der Drillvorrichtung weitgehend auszugleichen,

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Verdrehung des Drahtes zwischen Haspel und Drillvorrichtung, insbesondere während der Stillstandzeiten der Drillvorrichtung, durch die freie Länge des Drahtes elastisch ausgeglichen wird.

   11. Drahthaspel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich laufend durch den abhaspelnden Draht ändernde Unwucht durch mindestens eine Unwucht-Ausgleichseinrichtung ausgleichbar ist.

   12. Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daO ein antreibbarer Wickeldorn mit einer Klemmvorrichtung für den Draht in einem rotierenden Gestell derart gelagert ist, daß der Punkt der Drahtachse, an dem der D_raht auf den wickeldorn aufläuft,

   309837/0054

   - 22 -

   Robert Bosch GmbH Hk/Hö

   Stuttgart

   in der Verlängerung der Gestellachse liegt.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn auf einer Spindel bewegbar ist.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Steigung der Feder'durch zwischengeschaltete Zahnradgetriebe erzeugt wird.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daQ der Dorn und die 5pindel einstückig sind und daß die Spindeldrehung durch einen Mitnehmer erfolgt.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 12, insbesondere zur Herstellung von Zugfedern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn an einer Vielnutwelle befestigt ist, die antreibbar und radial verschiebbar ist und die radial durch das Auflaufen der gewickelten Feder gegen ausschwenkbare Führungsrollen bewegt wird.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 12, insbesondere zur Herstellung von Zugfedern mit mittleren und großen Wickelverhältnissen, dadurch gekennzeichnet, daß der wickeldorn durch eine Wik— kelhülse mit einem Zahnrad ersetzt ist und diese Hülse auf einem Dorn antreibbar ist und durch das Auflaufen der gewikkelten Feder gegen ausschwenkbare Führungsrollen radial be-

   309837/0054

   - 23 -

   Robert Bosch GmbH Hk/Hö

   Stuttgart

   wegt wird.

   1B. Vorrichtung nach Anspruch 12, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daö der Wickeldorn oder die Wickelhülse im unteren Endabschnitt schwerer ist als am oberen Endabschnitt.

   19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11 und 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Unidrehungsgeschwindigkeiten der Drillvorrichtung veränderbar sind, damit die anliegenden Endwindungen der Feder ohne Drillung und mit so gro3er Zugspannung wickelbar sind, daß sie nur um das gleiche Maß aufspringen, wie die mit Drillung gewickelten federnden Windungen .

   20. Moschine nach einen der Anspruchs 3 bis 5 oder 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrteilige Hülse über den Dorn schiebbar ist, welche den Unterschied im Aufspringen der ohne oder mit wenig Drillung gewickelten Endwindungen und der mit Drillung gewickelten federnden Windungen ausgleicht.

   21. Haschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse nach dem Wickeln zunächst mit der Feder abstreifbar ist und sich anschließend radial zusammenzieht.

   309837/0054

   ft

   Leerseite