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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schraubenfedern mit
Vorspannung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur erstellung von Schraubenfedern
mit Vorspannung unter Zuhilfenahme eines Wickeldorns und eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Es ist bekannt, Schraubenfedern herzustellen, indem ein Draht auf
einen sich drehenden Dorn gewickelt wird und der zugeführte Draht dabei entsprechend
dem Fortschreiten der Windungen zwischen zwei Backen entlang des Dorns geführt wird.
Backen und Führung können konstruktiv in einem sogenannten Federwickelapparat kombiniert
sein.
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Um Schraubenfedern mit Vorspannung zu erhalten, ist es bekannt, den
Draht um die Achse vpr dem Federwickeln zu verdrehen, so daß er eine Torsionsvorspannung
bekommt, und ihn mit dieser Vorspannung auf den Dorn zu wickeln.
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Nachteilig bei dieser Methode ist, daß die Vorverspannung nur mit
komplizierten, zusätzlichen Maschinenelementen oder mit bereits vorgespanntem Draht
durchgeführt werden kann. Außerdem kann die Vorspannung nur schwer konstant gehalten
werden, da sich geringe Härteunterschiede im Draht stark auswirken.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, Schraubenfedern mit Vorspannung
besonders preisgünstig zu erzeugen und gleichzeitig die Vorspannung im gewiekelten
Draht weitgehend gleichmäßig zu erhalten.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von
Schraubenfedern, bei dem der dem Wickeldorn zugeführte Draht ein Stück entgegen
der Wicklung vorschreitrichtung vor der Wicklungsfront aufgenommen wird und in einer
gespreizten Schraubenlinie, deren Drehrichtung mit der Dorndrehrichtung zusammenfällt,
vor die Wicklungsfront geführt wird. Dadurch, daß die Entfernung der Aufnahme des
Drahtes variiert werden kann, können größere oder kleinere Vorspannungen dem Draht
aufgegeben werden. Als Werkstoff eignet sich üblicher, für die Herstellung von Zugfedern
geeigneter Stahldraht, z.B. Klavierdraht mit E = 2,5 kp/mm2.
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Die Wirkungsweise des Verfahrens beruht darauf, daß der in einer Schraubenlinie
zugeführte Draht zunächst auf der Länge von Aufnahmepunkt bis Wicklungsfront un
einen Winkel von etwa 1800 tordiert wird. Mit dieser Torsion wird er vor die Wicklungsfront
gelegt, wobei innerhalb der einzelnen Wicklungen kein Ausgleich der Spannung erfolgt,
sondern die Vorspannung beibehalten wird.
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Selbstverständlich kann mit rechts oder links umlaufenden Wickeldornen
gearbeitet werden; es muß nur darauf geachtet werden, daß die Vorspannung in den
Drähten entgegengesetzt der Zugspannungsbeanspruchung der Schraubenfeder wirkt.
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Das Verfahren läßt sich dadurch verbessern, daß der Draht durch eine
entlang dem Dorn bewegliche Führung zwangsweise vor die Wicklungsfront geführt wird.
Rierdurch wird verhindert, daß die Wicklungen hochspringen und der Gang der Schraubenlinie
dadurch gestört wird.
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Erfahrungsgemät ergibt sich eine ausreichende Vorspannung, wenn der
zugeführte Draht etwa 10 bis 20 Windungsbreiten vor der WicLlungsfront aufgenommen
wird.
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Das Verfahren läßt sich leicht auf einer Drehbank oder einer ähnlich
gestalteten Vorrichtung durchführen, wenn diese Vorrichtung mit einem längs zum
Dorn verschiebbaren, in Drehrichtung festgelegten Anschlagklotz versehen ist, der
eine Zunge besitzt, die mit wenigstens einer schräg zur Drehrichtung liegenden Drahtführungsnut
ausgestattet ist.Der Draht wird zunächst in der Führung nut gehalten und anschließend
in eine Schraubenlinie
bis vor die Anschlagfläche des Anschlagklotzes
gefüijrt und dort In die Wicklungsfront eingereiht.
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Durch Vorschreiten der Wicklungsfront wird der längsweise zum Dorn
bewegliche Anschlagklotz weiter bewegt.
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Der Anschlagklotz mit Zunge ist mit dem System der Windungen verbunden,
da der zugeführte Draht durch die Nut und dann vor die Anschlagfläche des Anschlagklotzes
geführt wird. Dadurch, daß die Zunge des Ansehlagkiotzes mit mellreren Führungen
ausgestattet ist, kann die Länge der Schraubenlinie, in der der Draht zugeführt
wird, variabel gestaltet werden. Entsprechend können verschiedene Vorspannungen
erzeugt werden Schließlich wird vorgeschlagen, einen Führungszapfen auf der Zunge
in der Nähe der Anschlagfläche des Anschlagklotzes anzuordnen, mit dem das Herausspringen
der Windungen aus der Wicklungsfront verhindert wird und mit dem der Draht aus der
Sciiraubenlinie sicher vor die Wicklungsfront geführt wird.
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Das Verfahren wird anhand der Zeietinung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel
der zur Ausführung des Verfahrens geeigneten Vorricltullg zeigt.
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Fig. 1 zeigL die Vorrichtung bekn Wickeln einer Zug-Sehraubenfeder;
Fig. 2 zeigt den Anschlagklotz mit Zunge.
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In Fig. 1 ist ein Wickeldorn i dargestellt, der auf einer Seite in
das angetriebene Futter 2 einer Dreh-oder Wickelbank eingespannt ist und auf der
gegenüberdiegenden Seite in einem Lager 3 drehbar gehalten ist.
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Vom Futter 2 bis zum Lager 3 erstreckt sich unterhalb seitlich zum
Wickeldorn eine Support-Führung 4, die,wie im folgenden beschrieben, als Anschlag
benutzt wird, Auf den Wickeldorn l, von dem nur ein Teil seiner Länge dargestellt
ist, ist ein Anschlaglclotz 5 aufgeschoben.
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Der Anschlagklotz 5 (Fig. 2) besteht aus einer Führungsmuffe 6, die
Zylinderform hat und in Achsenrichtung eine Bohrung 7 mit einer lichten Weite besitzt,
die dem Durchmesser des Wickeldorns l entspricht. Außerdem trägt die Führungsmuffe
6 seitlich einen Anschlagstift 9, der auf der Supportführung 4 aufliegt, so daß
bei Drehung des Wickeldorns l der Anschlagstift 9 leicht gegen die Supportführung
4 gedriickt wird.
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Die eine Axialfläche des Änschlagklotzes 5 ergibt die Anschlagsfläche
10. Von der Anschlagfläche 10 ausgehend ist t e eine massive Zunge 11 in einem S
ttiek zusammen mit
der Führungsmuffe 6 hergestellt, indem ein Teil
eines ganzen Zylinders weggefräst wurde und der untere Teil zusammen mit einer Vertiefung
als Teil der Bohrung 7 stehengelassen wurde. Die Zunge 11 hat demnach einen etwa
wannenförsaigen Querschnitt.
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Quer zur Zunge 11 sitid mit verschiedenen Anstellwinkeln drei Nuten
12a, 12b, 12c eingefräst, die von einer Seite der Zunge zur anderen verlaufen, deren
Querschnittflächen gleich sind unddem Drahtdurchmesser des jeweils verwendeten Drahtes
entsprechen. Außerdem ist auf der Zunge 11 ein Führungszapfen 16 in der Nähe der
Anschlagfläche 10 angebracht.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Anschlagklotz 5 bei freiliegendem
Wickeldorn 1 auf dem Dorn hin und her verschoben werden kann, wobei seine Drehung
durch den Anschlag des Stiftes 9 begrenzt ist.
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Das Verfahren zur Herstellung der vorgespannten Schraubenfedern arbeitet
wie folgt: Runder Stahldraht 13, beispielsweise mit 3 mm Durchmesser und mit einem
E-Wert von 2,5 kp/mm2, wird in die Nut 12b des Anschlagklotzes eingeschoben. Es
wird zunächst eine große Schleife hinter der
Nut gebildet und das
Ende des i)rafrtes in Futter 2 festgeklemmt. Der Drahtvorrat in der Schleife wird
dann zu etwa 20 Windungen einer nichtvorgespannten Schraubenfeder auf dem Wickel
dorn (Durchmesser 18 mm; Drehrichtung s. Pfeil Fig. i) gewickelt. Danach ist der
Drahtvorrat in der Schleife verbraucht. Es haben sich etwa 2() Windungen 14 gebildet,
deren Front 17 au der Anschlagsfläche 10 anliegt.
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er Draht wird angespannt und unverdreht von einem handelsüblichen
Drahtbündel dem Klotz 5 zugeführt, läuft dann durch die Nut 12b unterhalb der bereits
gebildeten Windungen 14 hindurch und legt sich i einer gespreizten Schraubenlinie
15 bis zwischen die Lücke zwischen Führungszapfen 16 und Anschlagfläche 10. In dieser
Führungslücke wird er zwangsweise vor die Wicklungsfront 17 geführt. Vom Verlassen
der Führungsnut 12b bis zum Einreihen in die Wicklungsfront 17 bekommt der Draht
13 eine in hichtung der Drehbewegung des Wickeldorns i liegende Torsion, wobei sich
die Spannung nicht iiber die freie Länge des zugeführten Drahts ausgleichen kann.
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Damit beikommt auch die gewickelte Schraubenfeder diese Spannung zugeführt.
Weil die Spannung nur auf dem kurzen Stück zwischen Verlassen der Führungsnut 12b
und Eintritt in die Wicklungsfront aufgebraclit wird, kann sie besonders gleichmäßig
bemessen werden.
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Da der Eindrehwinkel des Drahtes über die Schraubenlinie i5 immer
gleich ist, kann die Torsionsspannung, die als Vorspannung in die Schraubenfeder
eingeht, variiert werden, indem diese Länge verschieden groß gemacht wird. Das geschieht
dadurch, daß verschiedene Führungsnuten (12 a,b,c) vorgesehen sind, in die der Draht
eingelegt werden kann. Am einfachsten läßt sich die schließlich erhaltene Vorspannung
empirisch bestimmen.
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Sind jedoch all Parameter bekannt, so lassen sich die Spannungswerte
auch theoretisch berechnen.
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Beispiel: Bei einer Zugschraubenfeder aus 3 mm Stahldraht, Länge 195
mm, Durchmesser 11,75 mm, 65 Windungen, Länge der Schraubenlinie bei der Herstellung
etwa 95 mm, beginnt die Auslenkung bei einer Kraft von 21 kp.
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Statt der zunächst zu wickelnden Windungen ohne Vorspannung läßt sich
as Verfahren auch mit einer auf den Wickeldorn l aufgeschobenen Hülse 20 bewerkstelligen.
Die hülse 20 besitzt eine Vorrichtung (beispielsweise einen Klemmspalt), in der
das Drahtende festgehalten wird. Der Außendurchmesser der lliilse en1sprieht, der
Dicke der Schraubenfederwicklung.
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Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens lassen sich auch Fehlern herstellen,
die teils aus Bereichen mit.
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und teils ohne Vorspannung bestehen, wenn die Zuführung des Drahtes
beider Herstellung abwechselnd direkt in die Lücke zwischen Anschlagfläche 10 und
Zapfen 16 eingeführt wird (ohne V.sp.) oder über eine Schraubenlinie zugeführt.
wird (mit V.sp. ).
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Nachdem die Schraubenfeder in der gewünschten Länge gewickelt worden
ist, wird der zugeführte Draht 13 abgeschnitten und der Führungsklotz entfernt.
Die Feder kann dann vom Dorn 1 abgezogen werden. Anschließend erfolgen die weiteren
üblichen Verfahrens schritte, wie Einrollen der Ösen und Geradeschleifen der Federenden.
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Es soll darauf hingewiesen werden, daß sich das vorstehend beschriebene
Verfahren nicht nur für die Verwendung auf Drehbänken eignet, sondern auch für die
maschinelle Fertigung auf Wickelbänken oder auf Federwindmaschinen eignet.
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Einzelhei ben der Ansführungsform können dabei abgeändert, weiden,
so wie es im fachmännischen Ermessen liegt.
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Beispielsweise ist möglich, statt des Anschlagstiftes 9
eine
in die Mantelfläche der Führungsmuffe 6 eingrei-@ende Führung zu wählen. Außerdem
können für die maschinelle Herstellung besonders verschleißbedrohte Teile des Anschlagklotzes
5 gehärtet oder gekühlt werden.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Schraubenlinie 15 nicht
nur aus einer Windung, sondern auch aus einer halben, viertel oder mehrfachen Windung
bestehen kann.