DE2310670A1

DE2310670A1 - Feder-baueinheit

Info

Publication number: DE2310670A1
Application number: DE19732310670
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Rogan; Maximilian Russold; Heribert Dipl Ing Sidan
Original assignee: Steirische Gusstahlwerke AG
Current assignee: Steirische Gusstahlwerke AG
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1973-03-03
Publication date: 1973-09-20
Also published as: CH552153A; ES412500A1; BE796523A; FR2175858A1; FR2175858B1; YU36071B; AT325101B; PL84255B1; YU60173A; SE403510B; IT981177B; US3871634A; GB1432840A; DE2310670C2

Description

J 35"3

EISENFOHR & SPEISER

PATENTANWÄLTE

Dm.-Ina GÜNTHER EISENFÜHR
CWvIMa DIETER K. SPEISER
Dr«erhat.HORST ZINNGREOE

Bremern, Eduard-Grunow-Str. 27

2. Mäii 1973

Steirische Gußstahlwerke Aktiengesellschaft in Wien (Österreich)

Feder-Baueinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feder-Baueinheit, die aus einer Mehrzahl von in Richtung des Kraftangriffes axial geschichteten Ringen besteht, wobei federnde Ringe mit starren Ringen abwechseln und die federnden Ringe gegen Gleitflächen der starren Ringe abgestutzt sind, die gegen die Achse der Baueinheit geneigte Erzeugende aufweisen. Solche Feder-Baueinheiten weisen ein verhältnismäßig großes Arbeitsvermögen auf. Bei bekannten Baueinheiten dieser Art sind die federnden Ringe radial geschlitzt. Die geschlitzten Ringe sind hiebei bei ihrem Zusammenwirken mit den Gleitflächen der starren Ringe auf Biegung beansprucht und die durch die Feder-Baueinheit aufnehmbaren Kräfte sind durch die Biegefestigkeit der Ringe begrenzt.

Bei solchen Feder-Baueinheiten ist es bekannt, die gegen die Achse der Baueinheit geneigten Erzeugenden der

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Gleitflächen der starren Ringe gekrümmt oder geknickt auszubilden. Durch eine solche Ausbildung wird die Erreichung beliebiger Federkurven ermöglicht wobei die federnden Ringe mit den Gleitflächen der starren Ringe in Linienberührung stehend.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine solche Feder-Baueinheit zu verbessern und besteht im wesentlichen darin, daß die federnden Ringe von gewundenen Federn mit wenigstens zwei Windungen, vorzugsweise wenigstens drei Windungen, gebildet sind. Bei einer solchen Ausbildung weisen die federnden Ringe selbst eine verbesserte Federwirkung auf, so daß die Federwirkung der gesamten Feder-Baueinheit verbessert wird.Hiebei wird die Erfindung zweckmäßig auf solche Ausbildungen angewendet, bei welchen die Erzeugenden der Gleitflächen der starren Ringe gekrümmt oder geknickt sind, so daß auch die Möglichkeit einer beliebig geformten Federcharakteristik ausgenützt werden kann.

Gemäß der Erfindung können die federnden Ringe von ebenen Spiralfedern mit annähernd rechteckigem Materialquerschnitt gebildet sein, wobei die Anordnung entweder so getroffen, sein kann, daß die Federwindungen bereits in unbelastetem Zustand aneinander anliegen oder so, daß bei geringen Belastungen zwischen den Federwindungen ein Zwischenraum besteht und die Federwindungen erst bei steigender Belastung zur Anlage aneinander gelangen. Wenn die Federwindungen von vornherein aneinander anliegen, so ergibt sich durch die Reibung der Windungen aneinander ein großes Arbeitsvermögen der Feder. Wenn die Federwindungen erst bei steigender Belastung zur Anlage aneinander gelangen, so ergibt sich im ersten Teil des Federweges eine verhältnismäßig weiche Federung, während im zweiten Teil des Federweges die Federung härter und die Arbeitsaufnahme größer wird. Die Feder kann in an sich bekannter Weise aus einem Stab bzw. Band

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gewickelt sein, dessen Querschnitt an beiden Enden über wenigstens eine Windung keilförmig verjüngt ist. Es kann aber auch gemäß der Erfindung der bzw. das die Feder bildende Stab bzw. Band über seine gesamte Länge gleichbleibenden Querschnitt und am Ende jeder Windung eine der Bandstärke entsprechende Kröpfung aufweisen. Durch diese Kröpfung wird trotz gleichbleibendem Bandquerschnitt eine kreisförmige Begrenzung des Federringes erzielt, die für das Zusammenwirken mit den Gleitflächen notwendig ist. Eine solche Ausbildung hat einerseits gegenüber der verjüngten Ausbildung den Vorteil einer verminderten Bruchgefahr und es wird anderseits eine verschiedene Charakteristik erzielt. Wenn die Windungen des Bandes nicht von vornherein aneinander anliegen, so wird bei verjüngten Federenden der erste Teil des Federweges weicher sein als bei gleichbleibenden Bandquerschnitt.

Es kann gemäß der Erfindung auch die Windungsrichtung des die ebene Spiralfeder bildenden Stabes bzw.Bandes durch Faltung zweimal verändert werden. In einem solchen Fall wird die Federcharakteristik des federnden Ringes selbst verändert. Dieser federnde Ring weist nun teilweise die Gestalt eines radial geschlitzten Ringes auf, wobei die Bandenden die Schlitzstelle so übergreifen, daß wieder eine Dämpfung der Federung erzielt ist.

Gemäß der Erfindung können die federnden Ringe auch von räumlich gewundenen Verdrehungsfedern gebildet sein, von deren Endwindungen zumindest eine gegen eine Gleitfläche der starren Ringe abgestützt ist. Hiebe! kann diese räumlich gewundene Verdrehungsfeder eine Kegelfeder mit angenähert rechteckigem Materialquerschnitt sein, wobei nur eine Endwindung, vorzugsweise die äußerste Windung, gegen die Gleitflächen der starren Ringe abgestützt ist, während die andere Endwindung axial gegen Abstützflächen der starren Ringe abgestützt ist oder es können räumlich gewundenen Verdrehungsfedern von Schraubfedern gebildet sein, deren beide Endwindungen gegen die Gleitflächen

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der starren Ringe abgestützt sind. In beiden Fällen tiberlagert sich die normale axiale Federung einer Kegelfeder bzw. einer Schraubenfeder mit der durch das Zusammenwirken mit den Gleitflächen der starren Ringe erzielten Federung. Es wird somit in beiden Fällen der Federweg der Federbaueinheit über das durch die Gleitflächen der starren Ringe erzielbare Ausmaß hinaus vergrößert, jedoch werden in beiden Fällen verschiedene Federcharakteristiken der Federbaueinheit erzielt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der federnden Ringe ermöglicht somit an sich die Erreichung verschiedener Federcharakteristiken der Feder-Baueinheit, wozu noch im Falle der an sich bekannten Ausbildung der Gleitflächen mit gekrümmten oder geknickten Erzeugenden eine weitere Variationsmöglichkeit der Federcharakteristik kommt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Feder-Baueinheit mit einem als ebene Spiralfeder ausgebildeten federnden Ring im Axialschnitt, wobei Fig. 1 den unbelasteten und Fig. 2 den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 5 und k zeigen eine andere Ausführungsform mit ebener Spiralfeder als federnder Ring im Axialschnitt, wobei wieder Fig. 3 die Feder-Baueinheit in unbelastetem Zustand und Fig. k die Feder-Baueinheit in maximal belastetem Zustand darstellt. Fig. 5 bis 10 zeigen verschiedene Ausführungsformen der federnden Ringe, wie sie für die Anordnungen nach Fig. 1 bis k verwendet werden können, wobei Fig. 7 eine Ausführungsform speziell für die Ausbildung nach Fig. 3 und k und Fig. 8 eine Ausführungsform speziell für die Ausbildung nach Fig. 1 und 2 darstellt. Fig. 11 und 12 zeigen eine andere Ausführungsform einer Federbaueinheit im Axialschnitt, wobei Fig. 11 den unbelasteten Zustand und Fig. 12 den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 13 und Ik zeigen eine andere Ausführungsform einer Feder-Baueinheit im Axialschnitt,

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wobei Fig. 13 den unbelasteten Zustand und Fig. Ik den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 15 und 16 zeigen eine andere Ausführungsform einer Feder-Baueinheit im Axialschnitt, wobei Fig. 15 den unbelasteten Zustand und Fig. 16 den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 17 und 18 zeigen eine andere Ausführungsform einer Feder-Baueinheit im Axialschnitt, wobei Fig. 17 den unbelasteten Zustand und Fig. 18 den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 19, 20 zeigen eine andere Ausführungsform einer Feder-Baueinheit im Axialschnitt, wobei Fig.19 den unbelasteten Zustand und Fig. 20 den maximal belasteten Zustand darstellt. Fig. 21 zeigt eine Variante der Ausbildung der Gleitflächen am Beispiel der Fig. 3 und 4.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wirken die von ebenen Spiralfedern gebildeten Ringe 1 mit sie umgreifenden Gleitflächen 2 der starren Ringe 3 zusammen. Die starren Ringe 3 sind an einer Achse k geführt. Der starre Ring 3* ist als Endring ausgeführt. Bei einer Belastung gleiten die federnden Ringe unter Verringerung ihres Durchmessers an den Gleitflächen 2 und im maximal belasteten Zustand wird die in Fig. 2 dargestellte Stellung erreicht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 wirken die wieder als ebene Spiralfedern ausgebildeten federnden Ringe 1 mit Gleitflächen 5 der starren Ringe 6 zusammen, wobei der starre Ring 6* als Endring ausgebildet ist. Die starren Ringe 6 sind an einer Achse 7 geführt. Bei dieser Ausführungsform umgreifen die federnden Ringe 1 die Gleitflächen 5 der starren Ringe, welche in diesem Fall ähnlich Vollkegeln ausgebildet sind. Fig. 3 stellt die unbelastete Stellung dar. Bei der Belastung weiten sich nun die federnden Ringe 1 auf und gleiten an den Gleitflächen 5, bis sie in die in Fig. k dargestellte maximal belastete Stellung gelangen.

Als federnde Ringe können bei diesen beiden Ausführungsformen verschiedene Arten von ebenen Spiralfedern

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mit annähernd rechteckigem Materialquerschnitt verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine ebene Spiralfeder, wie sie als federnder Ring 1 bei den Anordnungen nach Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Die Windungen liegen von vornherein bereits in unbelastetem Zustand aneinander an. Die Enden 8 und 9 der gewickelten Stäbe bzw. Bänder sind ungefähr über eine ganze Windung keilförmig verjüngt. Der in dieser Weise gebildete federnde Ring 1 wird daher von Anfang an gedämpft werden und ein großes Arbeitsvermögen aufweisen.

Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 5 dadurch, daß bei den federnden Ring 1 bildenden Spiralfeder die Windungen in einem Abstand a voneinander liegen. Beim Zusammendrücken oder Aufweiten dieser Spiralfeder gelangen die einzelnen Windungen erst bei einer gewissen Belastung in Anlage aneinander, so daß erst dann die Dämpfung durch die Reibung eintritt.

Fig. 7 und 8 zeigen federnde Ringe 1, welche von ebenen Spiralfedern gebildet sind, deren Windungen IO bis zu den Enden gleichen Querschnitt aufweisen. Um hier die Kreisform aufrecht zu erhalten, sind die Windungen bei 11 und 12 um die Stärke einer Windung 10 gekröpft. Der federnde Ring nach Fig. 7 ist für eine Anordnung nach Fig. 3 und k bestimmt, bei welcher der federnde Ring b'ei Belastung aufgeweitet wird. Der federnde Ring nach Fig. 8 ist für eine Anordnung nach Fig. 1 und 2 bestimmt, bei welchem der federnde Ring 1 bei Belastung im Durchmesser verkleinert wird. Es ist daher beim federnden Ring nach Fig. 8 ein Abstand zwischen den Kröpfungsstellen 11 und 12 gewahrt, welcher das Zusammendrücken des federnden Ringes auf kleineren Durchmesser ermöglicht. Bei der Anordnung nach Fig. 9 besteht der federnde Ring 1 aus einem Stab bzw. Band 13» bei welchem die Windungsrichtung durch Faltung bei lh und 15 zweimal geändert ist. Die mittleren Windungen 13' sind somit

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nach Art eines radial geschlitzten Ringes gestaltet, wobei sich der radiale Schlitz bei 16 ergibt. Die äußere und innere Windung 13" schließt diesen radial geschlitzten Ring zusammen. Es ergibt sich somit bei einer Deformation nur eine Reibung zwischen den Windungen 13" und 13' , während zwischen den beiden Windungen 13' keine Reibung entsteht. Auch ein solcher federnder Ring wird wieder eine andere Charakteristik aufweisen als beispielsweise ein federnder Ring nach Fig. 5.

Der federnde Ring 1 nach Fig. 10 unterscheidet sich von dem federnden Ring nach Fig. 9 lediglich dadurch, daß zwischen den Windungen 13' , 13" Zwischenräume a bestehen, welche sich erst bei einer gewissen Belastung schließen. Fig. 11 und 12 zeigt nun eine Feder-Baueinheit, bei welcher die federnden Ringe von Kegelfedern 17 mit angenähert rechteckigem Materialquerschnitt gebildet sind. Die äußerste Federwindung 17' jeder Kegelfeder 17 wirkt mit der Gleitfläche 18 der starren Ringe 19 zusammen, welche wiederun an einer Achse k geführt sind. Die innerste Windung 17" ist gegen eine Abstützfläche 20 des jeweils oberen starren Ringes 19 abgestützt. Diese Kegelfedern 17 wirken somit teils als federnde Ringe, welche an den Gleitflächen 18 gleiten, und teils als axial federnde Kegelfedern. In der maximal belasteten Endstellung, welche in Fig. 12 dargestellt ist, sind die Kegelfedern 17 in eine Ebene zusammengedrückt und unter Verringerung ihres Durchmessers an den Gleitflächen 18 abgeglitten. Es hängt von der Dimensionierung ab, ob das axiale Zusammendrücken oder das radiale Zusammendrücken zuerst erfolgt bzw. in welcher Weise sich die Federbewegungen überschneiden. Jedenfalls wird, wie die Zeichnung zeigt, der Federweg in der Richtung der Achse 4 durch die Ausbildung des federnden Ringes als Kegelfeder gegenüber einer Ausbildung als ebene Spiralfeder ungefähr verdoppelt.

Bei der Feder-Baueinheit nach Fig. 13 und Ik sind

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die federnden Ringe von Schraubenfedern 21 gebildet, welche sich einerseits axial zusammendrücken und anderseits an den beiden Gleitflächen 22 und 23 unter radialer Zusammendrückung abgleiten, bis die zusammengedrückte Stellung gemäß Fig. 14 erreicht ist. Bei dieser Anordnung nach Fig. 13 und 14 sind die Schraubenfedern 21 zylindrisch gewunden und es werden sich daher in der in Fig. 14 dargestellten Endstellung die Endwindungen 21» gegenüber den Mittelwindungen 21" auf kleineren Durchmesser deformieren. Die Ausführungsform nach Fig. 15 und 16 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 13 und 14 lediglich dadurch, daß bei den unbelasteten Schraubenfedern 24 die Endwindungen 24' auf größerem Durchmesser gewickelt sind als die Mittelwindungen 24". In der belasteten Stellung gemäß Fig. 16 werden daher alle Windungen ungefähr den gleichen Durchmesser aufweisen.

Die Fig. 17 bis 20 stellen wieder Ausführungsformen dar, bei welchen die federnden Ringe von Schraubenfedern 27 bzw. 28 gebildet sind, jedoch gleiten nunmehr diese federnden Ringe an innen angeordneten Gleitflächen 25 der federnden Ringe 26, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 3 und 4. Der Unterschied zwischen Fig. 17, einerseits und Fig. 19« 20 anderseits besteht lediglich darin, daß im einen Fall die Schraubenfedern 27 zylindrisch gewickelt sind und im anderen Fall die Endwindungen der Schraubenfedern 28 auf kleinerem Durchmesser gewickelt sind. In allen Fällen können die Gleitflächen beliebige Form aufweisen, je nachdem, welche Charakteristik gewünscht ist. Fig. 21 zeigt beispielsweise einen starren Ring 29, welcher anstelle der Ringe 6 in Fig. 3, 4 bzw. der Ringe 26 in Fig. 17 bis 20 verwendet werden könnte. Dieser Ring weist nun verschiedene Gleitflächen 30, 31 auf. Ebenso können auch die Gleitflächen 2, 18 und 22 beliebig geformt sein.

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Claims

Patentansprüche : '

lj Feder-Baueinheit, die aus einer Mehrzahl von in Richtung des Kraftangriffes axial geschichteten Ringen besteht, wobei federnde Ringe mit starren Ringen abwechseln und die federnden Ringe gegen Gleitflächen der starren Ringe abgestützt sind, die gegen die Achse der Baueinheit geneigte, insbesondere gekrümmte oder geknickte Erzeugende aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Ringe (l) von gewundenen Federn mit wenigstens zwei Windungen, vorzugsweise wenigstens drei Windungen, gebildet sind.
2. Feder-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Ringe (l) von ebenen Spiralfedern mit annähernd rechteckigem Materialquerschnitt gebildet sind.
3. Feder-Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federwindungen aneinander anliegen.
k, Feder-Baueinheit nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei geringen Belastungen zwischen den Federwindungen ein Zwischenraum (a) besteht und die Federwindungen erst bei steigender Belastung zur Anlage aneinander gelangen.
5. Feder-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. das die Feder bildende Stab bzw. Band an beiden Enden (8, 9) über wenigstens eine Windung keilförmig verjüngt ist.
6. Feder-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. das die Feder bildende Stab bzw. Band über seine gesamte Länge gleichbleibenden Querschnitt und am Ende (11, 12) Jeder Windung (10) eine der Bandstärke entsprechende Krttpfung aufweist (Fig.7; Fig.θ).

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7. Feder-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsrichtung des die ebene Spiralfeder bildenden Stabes bzw. Bandes (13) durch Faltung zweimal (14, 15) verändert ist (Fig.9; Fig. 10).
8. Feder-Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltstellen ( 14, 15 ) von den Bandenden ungefähr eineinhalb Windungen und voneinander ungefähr eine Windung entfernt liegen (Fig. 9} Fig.10).
9. Feder-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Ringe (l) von räumlich gewundenen Verdrehungsfedern (l7; 21; 24; 27; 28) gebildet sind, von deren Endwindungen zumindest eine gegen eine Gleitfläche (18; 22; 25) der starren Ringe abgestützt ist.
10. Feder-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Ringe von Kegelfedern (17) mit angenähert rechteckigem Materialquerschnitt gebildet sind und nur eine Endwindung (17*)· vorzugsweise die äußerste Windung, gegen die Gleitflächen (18) der starren Ringe (19) abgestützt ist, während die andere Endwindung (17") axial gegen Abstutzflächen (20) der starren Ringe (19) abgestützt ist.
11. Feder-Baueinheiten nach einem der Ansprüche

*» 3, 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Ringe (l) von Schraubenfedern (21; 24; 27; 28) gebildet sind, deren beide Endwindungen gegen die Gleitflächen (22; 25) der starren Ringe abgestützt sind.

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