DE2501397A1

DE2501397A1 - Kaefigartige feder

Info

Publication number: DE2501397A1
Application number: DE19752501397
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: MONTANARI PIER LUIGI; SATURNINI ERNESTO
Current assignee: MONTANARI PIER LUIGI; SATURNINI ERNESTO
Priority date: 1974-01-16
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1975-11-27
Also published as: ZA75308B; AR201893A1; ES224584U; BR7500293A; JPS50116857A; FR2257822A1; NL7500473A; ES224584Y; AU7709975A; BE824415A; SE7500404L

Description

Ernesto SATURNINI
Piazza dei Consoli 11
Rom /Italien

Pier Luigi MONTANARI Via Monte Oliveto 1 Rom /Italien

Käfigartige Feder

Die Erfindung betrifft eine käfigartige Feder von zylindrischem oder konisch zulaufendem Umfang mit kreisförmigem oder vieleckigem Querschnitt der Federglieder»

übliche Schraubenfedern weisen in ihrer Nachgiebigkeit Unterschiede bzw« Änderungen auf, die auf das Herstellungsverfahren in den konventionellen Wickelmaschinen und auf die sich hieran anschließende thermisc-he Behandlung des Federwerkstoffes zurückzuführen sind. Selbst zwischen vielen Stücken, ein und derselben Federserie werden Unterschiede in der Flexibilität gefunden. In Ausnutzung ihrer elastischen Charakteristik werden solche Schraubenfedern als Druckfedern wie auch als Zugfedern verwendet.

Solche die Brauchbarkeit solcher Schraubenfedern beeinträchtigenden Änderungen treten beispielsweise bei einer zylindrischen Druckfeder dadurch auf, daß der

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AußendurcxiDiesser während einer Druckbeanspruchurib nicnt genau konstant und gleichmäßig bleibt, weil der Durcnmesser der mittleren bchraubenfederwindun_;-;en anwdcnst_s während bei Verwendung als Zugfeder der üurcrmiösser der mittleren Windungen sich verkleinert, der ursprün^licne Durchmesser der beiüseitigen Endwindungen dagegen unverändert b leibt..-

Zu beachten ist auch, daß, wenn übliche schraubonfedern hochfrequenten Schvri-ngungen unterworfen sind, der Werkstoff der den hohen periodischen Schwingungen ausgesetzten Windungen wegen des -Beharrungsvermögens schnelle Ermüdungserscheinungen aufweist, die zu vorzeitigem Bruch der Feder führen können, natürlich gibt es eine Beziehung zwischen der Belastung und der Nachgiebigkeit einer zylindrischen Schraubenfeder, die abhängt von dem für die Feder verwendeten Werkstoff₅ dem Drahtquerschnitt, dem Durchmesser der zylindrischen Feder und auch von der Steigung. GrundsätzIicn kann festgestellt werden, daß sich eine gleichmäßige üeformierung einstellt, wenn die Erhöhung der Belastung fast konstant ist. Andererseits zeigt sich, daß die elastische Deformation solcher Federn, wenn auf sie schon nur verhältnismäßig kleine Belastungen von beispielsweise wenigen kg einwirken, sich grundsätzlich als eine sich über die gesamte Drahtlänge erstreckende Torsion auswirkt. Deshalb ist es auch notwendig, einen Draht mit einem Querschnitt zu verwenden, der größer ist als es im Hinblick auf die Gesamtabmessungen erwünscht ist, dies besonders dann, wenn der Federdurchmesser in Anbetracnt des Gebrauchszweckes an sich groß ist. Dies bedeutet, daß die zylindrische Schraubenfeder ein nicht unwesentliches Gewicht im Verhältnis zu der auf die Feder einwirkenden Belastung hat,

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Aufgabe der .!.,rfindung ist es, diese Nachteile auszuschalten und zu Vorteilen zu gelangen, die bei Aufrechterhaltung der ursprünglichen Raumform bzw, Konfiguration in den Meisten Verwendung fällen zu erreichen sind_o

e .Lösung für diese Aufgabe besteht gemäß der Erfindung in einer Käf ![.,artigen Feder, die einen rohrförmigen i^örper aarstellt, der offene Abschnitte von sich über den Umfang wirucelmäßig sehr weit erstreckender Ausdehnung hat, üie sich gewöhnlich in paralleler Anordnung in zur Federachse rechtwinkligen Ebene befinden. In idealer Weise läßt sich diese Lösung verwirklichen durch eine Mehr ζ aiii koaxial auf Abstand und parallel zueinander angeordneter Ringglieder, die durch mit ihnen eine Einheit bildende ₃ sich in Längsrichtung längs der Erzeugenden der Feder erstreckende Stege verbunden sind, deren Breite oder winkelmäßige Erstreckung bezogen auf den Gesamturufang der Feder in einer zur Federachse rechtwinklig verlaufenden Ebene sehr klein ist. Diese Stege sind in aufeinanderfolgenden Ringgliederpaaren vorzugsweise winkelmäßig und symmetrisch zueinander versetzt. Zur Erzielung einer unterschiedlichen Flexibilität in einzelnen oder allen Federabschnitten können die Verbindungsstege verschiedene Lange oder Breite oder Stärke haben; auch kann die Iiöne der Ringglieder in ihrer Reihenfolge vom einen zum anderen Federende verschieden sein,

Ausi'ünrungsforiiien, welche Beispiele für die gemäß der Lrfindung ausgebildete käfigartige Feder darstellen, sind in der Zeichnung veranschaulicht; in der Zeichnung ist

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Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht der neuen Feder,

Fig. 2 ein Ausschnitt eines die Feder vor Belastung wiedergebenden Schaubildes,

Fig. 3 ein Ausschnitt gemäß Fig. 2 einer druckbelasteten Feder,

Fig. 4 ein Ausschnitt gemäß Fig, 2 einer zugbelasteten Feder,

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende schaubildliche Ansicht einer Feder anderer Ausführung,

Fig. 6 ein Ausschnitt einer schaubildlichen Ansicht einer Feder noch anderer Ausführung.

Die in Fig. 1 veranschaulichte, allgemein mit 10 bezeichnete käfigartige Feder besteht aus einer Mehrzahl von Ringbändern 11, 12, 13 ·«· von gleicher Dicke und Höhe, Diese Bänder sind durch mit ihnen eine Einheit bildende Stege 20, 20»; 21, 21'; ^2, 22' ... verbunden, die sich in Längsrichtung des Federkäfigs im Umfangbereich der Bänder erstrecken. Die Bänder sind koaxial zur Mittelachse A-A des Federkäfigs angeordnet. Jeweils zwei Stege stellen die Verbindung von zwei aufeinanderfolgenden Ringbändern dar, und zwar sind sie zwischen aufeinanderfolgenden Ringbandpaaren wechselseitig verschoben und haben eine nur sehr geringe Breite, so daß sich zwischen ihnen sehr große öffnungen oder Durchbrüche 30, 30^fj 31, 31'; 32, 32' ··. ergeben. Aus praktischen Gründen kann es zweckmäßig sein, an den entgegengesetzten Enden des Federkäfigs höhere Ringbänder vorzusehen. Die Anzahl

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der Ringbänder, ihre Stärke und Höhe, sowie die Anordnung und Länge der V.erbindungsstege stehen in unmittelbarer Beziehung zu den geforderten Größen und elastischen Eigenschaften, womit solche Käfigfedern durch spezielle Anwendungsfälle geeignet gemacht werden können.

Die in Fig. 2 im teilweisen Ausschnitt wiedergegebene zylindrische Käfigfeder 110 hat an den Enden flache Ringglieder 111, HS₃ die eine größere Höhe haben als die dazwischenliegenden Ringbänder 112, 113, 114 .«. Zur Verbindung benachbarter Ringglieder in Längsrichtung sind am Umfang Stege 121, 122, 123, 124, 125, 126 vorgesehen, die zwischen sich öffnungen 131> 132, 133 freilassen, welche sich rechtwinklig zur Federachse über einen großen Winkelbereich erstrecken.

die

Fig. 3 zeigt, wie ^in Fig. 2 unbelastet dargestellte Feder sich bei Druckbeanspruchung, Fig. 4 bei Zugbeanspruchung verformt, wobei zu erwähnen ist, daß diese Verformung auch bei irgendeiner anderen Gestaltung der Käfigfeder erfolgt. Die Abnahme der Gesamthöhe der Käfigfeder ist bei Druckbeanspruchung begrenzt durch die Höhe der auf der gleichen Erzeugenden des Federzylinders vorgesehenen Verbindungsstege 121, und durch die Höhe der an den Enden befindlichen Ringglieder 111, 115,"wie dies Fig. 3 zeigt. Sowohl diese Scege als auch die Verbindungsglieder kommen bei voller Druckbelastung in Berührung miteinander. Bei Zugbeanspruchung entfernen sich die Ringglieder 111 «,* 115 voneinander, wie in Fig. 4 dargestellt, wodurch sich die Gesamthöhe der Feder vergrößert, ohne übermäßige Dimensionen anzunehmen, auch wenn verschiedene, die Verformung beeinflussende Faktoren zutreffend gewählt werden^ nämlich Stärke und Höhe der einzelnen Ringglieder,

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sowie Höhe und Breite in Umfangsrichtung der Verbindungsstege

Bei beiden Beanspruchungsfällen werden die möglichen Änderungen in der Federhöhe bzw, in der sich hiernach ergebenden axialen Gesamtlänge der Käfigfeder durch die 'mittig liegenden Ringgiieder bestimmt. Ungeachtet dieses begrenzenden Faktors, der nur bei einzelnen Anwendungsfällen von Einfluß sein kann, bleibt die Umfangsform der Käfigfeder erhalten, weil die Änderungen in bezug auf die ursprüngliche Gestaltung als vernachlässigbar angesehen werden können. Auch dort, wo der verfügbare Raum, in den die Käfigfeder aufgenommen werden muß, wegen besonderer Umstände begrenzt ist, ergibt sich eine bessere Verwendbarkeit dieser neuartigen Feder.

In der Ausführung, die in Fig, 6 veranschaulicht ist, besteht die käfigartige Feder 310 aus Ringgliedern 311, 312 .,, 315» die so miteinander verbunden sind, daß sich öffnungen 330, 331 ... ergeben, die sich bezüglich der Käfigachse über einen großen Winkelbereich erstrecken. Wird hier eine festliegende Ausdehnung der sich in Längsrichtung erstreckenden Stege mit b_ und die sich in Längsrichtung ergebende Höhe einer öffnung mit a. bezeichnet, ergibt sich aus dem Verhältnis τ- der Wert für die Zusammendrückbarkeit der Feder, Im Falle einer festliegenden Ausdehnung b_ der festen Verbindungsstege nimmt die Spannweite benachbarter Ringglieder ab, bis am Schluß der Verbindungspunkt zu Null wird, nämlich bis zu den beiden Enden der erwähnten winkelmäßigen Erstreckung der öffnung, wie schamtisch dargestellt.

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Viie bereits ausgeführt, kann für die den Federkäfig bildenden Kingglieder jeder- beliebige Querschnitt gewählt werden, der kreisrund, elliptisch, konisch oder vieleckig sein kann. Diese Querschnittsauswahl eröffnet gegenüber konventionellen zylindrischen oder konischen Schraubenfedern vermehrte Anwendungsmöglichkeiten der neuartigen Käfigfeder. Einen weiteren Vorteil zeigt diese Federj wenn sie Beanspruchungen durch hochfrequente Schwingungen unterworfen werden soll. Da diese neuen Federn aus Ringgliedern gebildet werden können, die durch alternativ versetzte Stege verbunden sind und es möglich ist, sie so herzustellen, daß sie bei gleicher Belastung um vieles leienter sind als die üblichen Schraubenfedern, verschwindet in einer solchen Käfigfeder die periodische Schwingung insbesondere, wenn die Verbindungsstege geeignet bemessen sind.

Durch eine unterschiedliche Bemessung der Stege ergibt sich eine bemerkenswerte, neuartige Charakteristik einer solchen Käfigfeder, denn wenn, wie dies Fig. 5 zeigt, axe aufeinanderfolgende Ringgliederpaare verbindenden Stege 22O₅ 22I₃ 222 ... unterschiedliche Breite haben und sich demzufolge unterschiedlich weit über den Umfang erstrecken, reichen auch die zwischen benachbarten hingfedern verbleibenden Öffnungen unterschiedlich weit über den Umfang. Dies ermöglicht die Bildung von Federn, deren Nachgiebigkeit vom einen zum anderen Ende hin gleichfalls veränderlich ist,

iiine solche Ausführung der hier mit 210 bezeichneten, der Einfachheit halber zylindrisch ausgebildeten Käfigfeder zeigt Fig. 5. Die Feder besteht aus Ringgliedern 211, 212..„217, die parallel zueinander angeordnet und durch Verbindungsstege 220, 220', 220" ... 225, 225 ^% , 225" auf Abstand voneinander gehalten sind. Jedes Paar benachbarter'

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Ringglieder ist also durch drei Verbindungsstege verbunden. Diese Stege haben in jedem Gliederpaar gleiche Breite und sind gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die in dem einen ßliederpaar vorgesehenen VerbindungsStege sind gegenüber den Stegen in dem nachfolgenden Gliederpaar symmetrisch gestaffelt angeordnet. Ihre Breite oder besser ihre winkelmäßige Erstreckung nimmt von dem einen zu dem anderen Federende fortschreitend zu, nämlich in der Darstellung der Fig. 5 vom oberen Ende zum unteren Ende hin. Die zwischen ihnen verbleibenden öffnungen verringern sich in entsprechendem Maße. Auf diese Weise wird eine sich vom einen zum anderen Pederende sich verändernde Nachgiebigkeit erreicht. Für besondere Anwendungsfälle kann diese verschiedene Nachgiebigkeit auf einige in Längsrichtung folgende Federabschnitte begrenzt sein.

Eine veränderliche Nachgiebigkeit kann auch dadurch erreicht werden, daß entweder die Stärke der Ringfeder vom einen zum anderen Federende oder die Höhe der aufeinanderfolgend zwischen den Ringgliedern vorgesehenen festen Verbindungsstege geändert wird. Um besonderen Anforderungen hinsichtlich verschiedener Nachgiebigkeit zu entsprechen, kann außer oder neben der erwähnten Verschiedenartigkeit der Ringgliederstärke oder der Steghöhe auch eine sich ändernde Umfangserstreckung bzw. Breite der zwei benacljirte Ringglieder verbindenden Stege vorgesehen sein, wie auch eine Kombination von zwei oder mehr dieser Faktoren angewendet werden kann.

Die Belastung, welche auf die Käfigfeder einwirkt, ist nicht eine Funktion der Federdurchmesser, Beispielsweise muß als möglich in Betracht gezogen werden, daß die Feder sehr hohen Belastungen ausgesetzt ist, auch wenn sie einen verhältnismäßig großen Durchmesser hat und die

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Ringglieder eine sehr kleine Stärke haben. Alle diese Schwierigkeiten, die bei Verwendung von typischen Schraubenfedern gewöhnlich als unüberwindlich erachtet werden, können bei Verwendung einer Käfigfeder der beschriebenen Ausbildung in einem wesentlichen Umfang behoben werden»

Auch gegenüber dem üblichen Herstellungsverfahren von zylindrischen oder konischen Schraubenfedern zeichnet sich das Herstellungsverfahren von Käfigfedern durch einige besondere neuartige Merkmale aus. Eine Käfigfeder gemäß der beschriebenen Erfindung kann aus einem metäLlenen Werkstoff geformt werden, kann gegossen, erschmolzen, aus einem zylindrischen Rohr gefräst werden, kann durch Sintern, durch Schneiden und Verschweißen von Blättchen, wie auch durch Elektroerosion usw. hergestellt werden« Auch eine Fertigung aus Kunststoff, beispielsweise aus Moplen, ist nicht auszuschließen, und eine aus diesem Werkstoff bestehende Feder kann kostensparend durch Spritzguß gefertigt werden.

Die Charakteristik einer käfigartigen Feder gemäß der Erfindung wird daher bestimmt durch die nachfolgenden Faktoren:

1, Anzahl der Ringgliederj

2, Anzahl und Anordnung der Verbindungsstege;

3, Stärke der Ringglieder;

4, Höhe der Ringglieder;

5, umfangsmäßige Erstreckung der zwischen aufeinander-? folgenden Ringgliedern und der sie verbindenden; Stege befindlichen öffnungen;

6, Höhe dieser öffnungen;

7« Herstellung der für die Feder verwendeten Werkstoffe«

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Wie schon zuvor bemerkt, kann die Käfigfeder verscxiied«nH Raumformen aufweisen, s'ie kann zylindrisch sein mit kr eis-.förmigem oder elliptischem oder vieleckigeia. querschnitt, sie kann einzelkonisch oder doppelt konisch oder aucn faßähnlich ausgebildet sein, je nachdem, wie es die Verwendung erfordert. Gegenüber konventionellen zylindrischen oder konischen Sciiraubenfedern läßt sich die beschriebene neue Käfigfeder mit geringeren Kosten herstellen ₃ die auch bedingt sind durch die sich aus ihrer Gestaltung und Stärke ergebende Leichtigkeit der Käfigfeder, denn sowohl die Ringglieder als auch die Verbindungsstege können senr schwach bzw. dünn und schmal gehalten sein.

Ein Vorteil dieser so gestalteten Käfigfedern ist auch, daß ihre an den Enden befindlichen Ringglieder so gestaltet und geformt sein können, daß sie für eine besondere Verwendung geeignet sind, indem sie beispielsweise mit Schraubbuchsen, Flanschenden oder mit angebrachten Verbindungsstücken oder auch mit einer Kappe, einem Lager oder einem konischen Zapfen versehen sind«

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Käfigartige Feder, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl koaxial auf Abstand parallel zueinander angeordneter Ringglieder, die durch sieh in Längsrichtung längs der n,rzeugenden der Feder erstreckende, auf den Umfang verteilte, große öffnungen zwischen sich und benachbarten Ringgliedern freilassende Stege verbunden sind.
2. Käfigartige Feder nach Anspruch 1, dadurph gekennzeicnnet, daß die Ringglieder aus Ringbändern (z.B. 11, 12, 13 ...; 111, 112 ₃ 113 ·..) gleicher Stärke bestehen, von denen die an den Enden befindlichen Bänder (z.B. 111, 115) eine größere Höhe als die dazwischenliegenden bänder (z.B. 112, 113, 114) haben.
3. Käfigartige Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß wenigstens zwei gleichmäßig auf den Umfang verteilte Verbindungsstege (z.B. 20,, 20¹., 2I₅ 21* ·.·;"· 121, 122, 123, 124) zwischen benachbarten Ringgliedern vorgesehen sind, die eine bezüglich des Umfanges der einzelnen Ringglieder verhältnismäßig' j geringe Breite haben und die in aufeinanderfolgenden Ringgliederpaaren winkelraäßig und symmetrisch zueinander : versetzt sind.
4. Käfigartige Feder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringglieder einen kreisförmigen oder elliptischen oder vieleckigen Querschnitt haben.

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5. Käfigartige Feder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Umfang zylindrisch oder einfach konisch oder doppelt konisch ist, und bei doppelt konischer Raumform zwei koaxiale Ringgliederabschnitte von den Federenden zur Mitte hin spitz zulaufen,
6. Käfigartige Feder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei benachbarte Ringglieder verbindenden, in jedem Ringgliederpaar unter gleichen Zentriwinkeln angeordneten Stege in aufeinanderfolgenden Ringgliederpaaren vom einen zum anderen Federende zueinander versetzt sind«
7ο Käfigartige Feder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer unterschiedlichen Nachgiebigkeit die zwischen aufeinanderfolgenden Ringgliederpaaren vorgesehenen Verbindungsstege in einem oder mehreren bestimmten Federabschnitten oder fortlaufend von einem zum anderen Federende eine entsprechend der gewünschten Nachgiebigkeitsgröße verschiedene Länge oder Breite haben.
8, Käfigartige Feder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer unterschiedlichen Nachgiebigkeit die Stärke der zwischen aufeinanderfolgenden Ringgliederpaaren vorgesehenen Verbindungsstege verschieden ist,
9, Käfigartige Feder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer unterschiedlichen Nachgiebigkeit die Höhe der Ringglieder in ihrer Reihenfolge vom einen zum anderen Federende verschieden ist.

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10. Käfigartige Feder nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet j daß zur Erzielung einer unterschiedlichen Nachgiebigkeit, zwei oder mehrere der in diesen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale angewendet sind.
11. Käfigartige Feder nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet₃ daß die Feder einen von der auf sie einwirkenden Belastung unabhängigen Durchmesser hat,
12. Käfigartige Feder nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden der Feder befindlichen Ringglieder eine für die besondere Verwendung der Feder und deren Einbau geeignete Ausbildung aufweisen, beispielsweise mit Flanschenden, Stirnkupplungen, Schraubbuchsen versehen sind.

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