DE2506420C3 - Nichtzylindrische, gewundene Druckfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt, insbesondere zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen - Google Patents
Nichtzylindrische, gewundene Druckfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt, insbesondere zur Anwendung bei KraftfahrzeugenInfo
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Description
daß auch der Abstand des Dnickmiuelpunkies vom
geometrischen Mittelpunkt im wesentlichen konstant bleibt. Bei einer Kegel- oder Doppelkegelstumpffeder
mit progressiver Kennlinie verändert sich jedoch dieser Durchmesser, und zwar wächst er mit wachsender
Belastung. Dies hat zur Fo!ge, daß der Druckmittelpunkt mit wachsender Last nach außen wandert, d. h.
vom geometrischen Mittelpunkt weg. Der Abstand der beiden Punkte wird also mit wachsender Belastung
größer, und demzufolge steigt das auf die Unterlage in
ausgeübte Drehmoment stark an.
Ein weiterer Nachteil der Kegel- oder Doppelkegelstumpffeder
ist darin zu sehen, daß sie bei gleichem Kennlinienverlauf einen gegenüber der zylindrischen
Feder größeren Außendurchmesser aufweist, der die π
Anwendung solcher Federn in vorhandenen Konstruktionen nicht zuläßt. Doppelkegelstumpffedern haben
zudem herstellungstechnische Nachteile, da sie nicht ohne weiteres auf einen Dorn gewickelt werden können.
Schließlich sind Druckfedern, die sich aus einem zylindrischen Teil und ein oder zwei kcgclstumpfförmigen
Teilen zusammensetzen, grundsätzlich bereits bekannt (s. ATZ 76 [1974], Seite 385 bis 390).
Diese bekannten Druckfedern werden zunächst nur für linearen Kennlinienverlauf empfohlen, während
bezüglich der Federn dieser Bauart mit progressivem Kennlinienverlauf zusätzliche Nachteile angegeben
werden und daher von ihrer Verwendung im Kraftfahrzeugbau abgeraten wird.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine nichtzylindrische, gewundene Druckfeder
der obenerwähnten Bauart überraschenderweise eine Reihe beträchtlicher Vorteile gegenüber den weiter
oben erwähnten bekannten Federn anderer Bauart aufweisen kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Druckfeder der eingangs beschriebenen Bauart derart zu gestalten, daß sie bei optimaler Werkstoff
ausnutzung und unter Bewahrung eines Knickverhaltens, das den Anforderungen an im Kraftfahrzeugbau verwendbaren
Federn entspricht, in ihren Einbauabmessungen weitgehend einer zylindrischen Schraubendruckfeder
mit gleicher Kennlinie entspricht, wobei gleichzeitig gegenüber der zylindrischen Schraubendruckfeder eine
Verringerung des Einsatzgewichtes bzw. der Verformungsarbeit und eine Erweiterung des Progressions-Verhältnisses erreicht werden sollte.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfinviungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
so
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Feder zur verfeinerten Lösung der gestellten Aufgabe
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Da sich die auszuschaltenden Windungen ineinander legen und eine Drahtberührung nicht stattfindet,
entspricht die erfindungsgemäße Feder hinsichtlich der Gerauschfreiheit in etwa der beschriebenen Kegel- oder
Doppelkegelstumpffeder.
Im Unterschied zu der Kegel- oder Doppelkegel-Stumpffeder
werden aber bei der erfindungsgemäßen &° Feder zuerst die Windungen mit größtem Windungsdurchmesser ausgeschaltet. Dies hat zur Folge, daß bei
zunehmender Belastung der wirksame Windungsdurchmesser, der seinen Druck auf die Unterlage übergibt,
abnimmt. Das bedeutet, daß der Druckmittelpunkt mit
wachsender Last nach innen zum geometrischen Mittelpunkt der Feder hin wandert und das auf die
Unterlage ausgeübte Drehmoment mit wachsender Belastung kleiner wird.
Der bei der erfindungsgemäßen Feder gegebenenfalls in der Mitte oder an einer Seite liegende zylindrische
Teil, der die Federkräfte nach dem Ausschalten der Windungen des kegelstumpfförmigen Teils aufnimmt,
knickt entgegen den allgemein für zylindrische Federn geltenden mathematischen Bedingungen (s. hierzu DlN
2089, S. 7, Abschnitt 6.2) nicht aus, weil die vor dem Punkt Pe auftretenden Kräfte auf einem größeren
Windungsdurchniesser abgestützt werden, nämlich am kegelstuir.jjfförmigen Teil der Feder an beiden Enden
bzw. an einem Ende der Feder. Auf diese Weise wird es möglich, mit Längen- und Durchmesserfederwegverhältnissen
zu arbeiten, die bei einer normalen zylindrischen Schraubendruckfeder zum Ausknicken führen
und daher besondere Führungsmaßnahmen erforderlich machen würden.
Wie weiter unten anhand einer Vergleichsberechnung noch gezeigt wird, bietet die erfindungsgemäße Feder
auch große Vorteile hinsichtlieh de Verhältnisses der
größten Drahtdicke des kegelsturnpffömigen Teils zur
Drahtdicke des zylindrischen Teils.
Im folgenden werden zunächst anhand der F i g. 1 bis 8 zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Druckfeder näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Kennlinienverlauf der erfindungsgemäßen
Druckfeder;
F i g. 2 zeigt in Seitenansicht eine mit zwei kegeistumpfförmigen Teiler (Taillenfeder);
F i g. 3 zeigt die Feder nach F i g. 2 im Grundriß;
Fig.4 zeigt die Feder nach Fig.2 in einer
Seitenansicht im vollständig blockierten Zustand;
Fig. 5 zeigt in gegenüber den Fig. 2 bis 4 leicht vergrößerter Darstellung den Verlauf des Drahtquerschnittes
bei der Feder n?.ch den F i g. 2 bis 4;
Fig.6 zeigt in Seitenansicht eine Feder mit einem
kegelstumpfförmigen Teil;
F i g. 7 zeigt die Feder nach F i g. 6 im vollständig
blockierten Zustand;
Fig.8 zeigt in gegenüber den Fig.6 und 7 leicht
vergrößerter Darstellung den Verlauf des Drahtquerschnittes bei der Feder nach den F i g. 6 und 7.
In F i g. 1 bedeutet P die wirkende Kraft und L der entsprechende Federweg. Vom Punkt P=O bis Punkt
Pa ist der Kennlinienverlauf linear, von Pa. bis Pe ist der
Kennlinienverlauf progressiv ansteigend, um von Pe bis
Pb 1 wieder linear zu werden.
Innerhalb des progressiven Verlaufs der Kennlinie legen sich die Windungen des kegelstumpfförmigen
Teils bzw. der kegelstumpfförmigen Teile der erfindungsgemäßen Feder sukzessive spiralförmig ineinander
und an die Auflagefläche an. Wenn an der Stelle Pf
alle Wandungen des kegclstumpfförmigen Teils ausgeschaltet
sind, ist der weitere Kennlinienverlauf wieder linear, wobei ejr. Blockieren des gegebenenfalls
zylindrischen Teils der Feder in der Praxis im allgemeinen nicht erreicht wird.
Die in den Fig.2 bis 4 dargestellte Feder besitzt einen zylindrischen Teil 1 mit konstanter Drahtdicke.
An den zylindrischen Teil 1 schließt sich an beiden Enden jeweils ein kegelstumpfförmiger Teil 2a bzw. Ib
an. Die beiden kegelstumpfförmigen Teile 2a und 2b besitzen inkonstante Drahtdicke und schließen sich an
den zylindrischen Teil 1 so an, daß ihr kleinster Windungsdurchmesser unmittelbar an den Windungsdurchmesser des zylindrischen Teils anschließt und die
Windungen mit dem größten Windungsdurchmesser an den Federenden liegen und im in F i g. 2 dargestellten
(.'iilsp.innloii Zustand der I ed er .illcin ,ml den
Vuflageflächen J «ιbzw. 5/>
aufliegen.
Wie aus f·' i g. 3 hervorgeht, weisen die beiden
Eiulwindungen der leder über einen mit A.',. bezeichne
lon Itoroich \on c:i. '<1 Windung. ;ils<
> über ilen Bereich, der Mündig an den Auflagefläche!! anliegt und an der
Federarbeit nicht teilnimmt, konstante Drahtdicke au!
In [-" i g. 4 ist die Keder nach I'ig. 2 im willig
blockierten Zustand dargestellt. Dabei liegen die Windungen der beiden kegclstumpfförmigen Teile 2:i
und 2/> spiralförmig ineinander und die Windungen des
zylindrischen Teils I aufeinander. Heim Zusammendiük
ken uer leder legen sit h zunächst die Windungen der
kcgclstumpffiirmigen I eile 2.1 und 2/' mit wachiender
Helastung an die Auflagefläche!! },·) bzw. ?/' an. I.ist
wenn die Windungen der kegelstiiinpflVirmigen I eile
vollständig an den Auflagefläche!! anliegen, kommt es
hi-i vn-itiM-i-r lrliiiliiinp il(T Hi-I.isIiiih>
/um Mlorkieren
der Windungen ties zylindrischen leih I.
In F i g. 5 ist die Feder im ungewickelten Zustand
dargestellt zur Verdeutlichung des Verlaufes der Drahtdicke. Die angegebenen Maß/ahlen be/ielien sieh
auf die Einheit mm. was aber \on untergeordneter
liedeul.mg ist. ila sie nur die Langen und Dickem erhaltnisse
illustrieren sollen, leder tier beiden kegelstiimpiiormigen
Teile 2,i und 2h eier Feder beginnt am
aulleren l.nde mn einem Abstand K-. konstanter
Drahtdicke. Seine Lange entspricht, wie schon erwähnt,
etwa einer ' ι Windung tier fertigen Feder. Fs folgt dann
son außen nach innen ein Abschnitt / ansteigender
Drahtdicke, ein weiterer Abschnitt /: ebenfalls ansteigender
Drahtdicke, aber mit geringerer Dicken/unahme pro Längeneinheit, ein Abschnitt K konstanter
Drahtdicke und schließlich ein Abschnitt Λ mit abnehmender Drahtdicke, in dem die Drahtdicke \on
ihrem Maximalwert auf den Wert des /\lindrischcn Teils I der Feder abfallt. Der /slindrisclie Teil der Feder
besteh; lediglich aus einem Abschnitt K: mit konstanter
Drahtdicke.
Das Verhältnis \on maximaler Drahtd;cke im
Abschnitt A.' /ur Drahtdieke im AKehmit K; des
zylindrischen Teils besil/t bei tier dargestellten Feder
ilen Wert 1.0 3. Das Verhältnis der Gesamtlänge der
Feder /ur Länge des z\ iindrischen Teils beträgt ca. 2.26.
Die in den F i g. b und 7 dargestellte Feder besitzt
einen /slmdrischen Teil 11. an den sich an einem F.nde ein kegelstumpfförmiger Teil 12 so anschließt, daß die
l'ndwindiing des kegclsuimpfformigen Teils mit dem
größten Windungsdurchmesser gleichzeitig die eine F.ndwindung der leder ist. Das freie F.nde des
kegelstumpfförmiger: Teils 12 stützt sieh an einer Auflagefläche 13.7 ab. während sich das freie Ende des
z\ Iindrischen Teils 11 an einer Auflagefläche 136
abstützt.
In Fig. 7 ist die Feder in vollständig blockiertem Zustand dargestellt. Die Windungen des kegelstumpfförmigen
Teils 12 liegen spiralförmig ohne sich zu berühren ineinander, während die Windungen des
zv Iindrischen Teils U aufeinanderliegcn. Auch bei dieser Ausführungsform legen sich bei wachsender
Belastung zunächst die Windungen des kegelstumpfförmigen Teils 12 nacheinander an die Auflagefläche 13a
an. Erst nach vollständiger Ausschaltung aller Windungen des kegelstumpfförmigen Teils 12 legen sich bei
leiter zunehmender Belastung schließlich die Windungen
des zylindrischen Teils 11 aufeinander.
In F i g. 8 ist die Feder zur Erläuterung des Verlaufes
der Drahtdieke im ungewickelten Zustand dargestellt.
Die eingetragenen MaU/ahlcn be/iehen sun wieder aiii
die 1.inheil mm und sind in erster Linie /ur Illustration
der Längen- und Dickenveihällnisse gedacht.
An dom Lüde der Feiler, das den kegelslumpfförmi
gen Teil 12 aufweist, befindel sich au Men ein Abschnitt
K,- mit konstanter Drahtdieke. der sich ca. über eine 'Ί
Windung erstreckt und den stets an der Auflagefläche anliegenden Teil der Fndwindung bildet. An den
Abschnitt Kn schließt sich ein Abschnitt Λ an. der eine
zunehmende Drahtdieke aufweist. Auf diesen folgt ein Abschnitt /;. der ebenfalls eine zunehmende Drahtdicke
besitzt, aber mit geringerer Dickenziinahme pro
Längeneinheit. Auf den Abschni't /..> folgt ein Abschnitt
K konstanter Drahtdieke. der von einem Abschnitt Λ mit abnehmender Drahtdieke gefolgt wird. Im Abschnitt
Λ nimmt die Drahtdicke von ihrem Maximalwert wieder
ab bis zum Wert des sich an diesen anschließenden Abschnitt K-. der ilen zylindrischen l'eil Il der Feder
bildet und konstante Drahtdieke aufweisl.
Vergleichsberechnungen haben ergeben, daß die
eilmdungsgemäße Feder in einigen Eigenschaften einer
/\ Iindrischen Feder und einer Doppelkegelsuimpffeder
mit gleichem Kennlmienv erlauf deutlich überlegen ist.
Dies soll im folgenden anhand eines Vergleichs gezeigt werden. Fs werden miteinander verglichen:
I. eine z\lindrische Schraubendruckleder mil inkon
scntcr Drahtdieke.
II. eine Doppelkegelsuimpffeder mit inkonstanter Drahtdieke.
II. eine Doppelkegelsuimpffeder mit inkonstanter Drahtdieke.
IM. eine leder nach der Erfindung mit zwei kegelstumpfförmigen
Teilen (Tnillenfeder). welche inkonstante Drahtdieke aufweisen.
Der keiinlinieiu erlauf aller drei ledern wird als
bleich angenommen und entspricht dem in F i g. 1 tiargestellten Verlauf. Dabei sind die Fig. 1.2 und 4 der
Zeichnungen auf dem Zeichenblatt so angeordnet, daß sich die in den F i g. 2 und 4 dargestellten Zustände der
entspannten bzw. vollständig blockierten Feder direkt in das Diagramm der F i g. 1 hincinprojeziercn lassen.
Für alle Berechnungen wurden einheitliche Beanspruchungen τ in den einzelnen Kennlinienteilen zugrunde
gelegt.
In Tabelle 1 sind die Kennliniendaten gemäß den in Γ ι ti. 1 angegebenen Größen zusammengestellt.
'μ [kp/mm] | I | 85 | Il | III | |
ill | ',; [kp/mm] | 85 | 85 | 85 | |
Ul | V/ [kp/mm] | 104.5 | 55.5 | 85 | |
ill | - Lm [mm] | 19 | 104.5 | 104.5 | |
L1 | - LR. [mm] | 126 | 19 | 19 | |
L, | - LB! [mm] | 243 | 126 | 126 | |
L. | 243 | 243 | |||
Die Bedeutungen der verschiedenen Fedenvege L ist
Fig. 1 zu entnehmen. Da die Blocklängen Lg] der
verschiedenen Federn \. II und Il sehr verschieden sind, ist in Tabelle 1 der jeweilige Federweg, der den Punkten
O. Pj, und Pe zugeordnet werden muß. unter Abzug der
jeweiligen Blocklänge angegeben.
Die Berechnung der Federn erfolgte in grundsätzlich bekannter Weise schrittweise in einem Näherungsverfahren
(s. hierüber grundsätzlich DIN 2089: sowie Sonderdruck: A. Borlinghaus »Schraubendruckfe-
dem mit progressiver Kennlinie aus Stäben oder
Drähten mit inkonstantem Durchmesser« insbesondere Seite I). Abschnitt 14 und Abschnitt 6. sowie
»Kegelstumpf· und Doppel kegelstumpf-Sch rauben
druckfedern mn minimaler Bauhöhe, maximaler Werk
stoffausnut/ung. mil beliebigen linearen oder progressiven
Kennlinien ans Drähten oder Stäben mit inkonstantem uiirchmcsser« insbesondere Seite Il - IK. Herausgeber
Gebrüder Ahle. Karlsthal). Die Berechnung kann /weckmällig mit dem Kcnnlinientcil /wischen den
l'iinklen /'■ und /'/,·. der dem /vlindriscnen I edeneil
entspricht, beginnen.
Hinsichtlich der grollten und kleinsten Dr.thnlu kr
dei ledernden Windungen bei den berechneten I cdcrn
LiL1Cl1Ci] sich lolgiMide He/iehungen:
I /\ Inulnschc I eilet':
I I )i>ppelkeüeUtumpl'feder:
■' ι'■'°
In diesen Beziehungen bedeuten </,,,.,, die maximale
Drahtdicke, d■■ die minimale Drahtdicke b/w. bei der
Taillenfeder die Drahtdickc am zylindrischen Teil: /'/ und l'\ sind in Fig. 1 entnehmbare Kräfte am Anfang
und am linde des progressiven Teiles der Kennlinie: Λ) , ist der größte Windungsdurchniesscr und D- ist
der kleinste Windungsdurchmesser.
Aus diesen Beziehungen ergibt sich deutlich, dall bei
gleichem Verhältnis von Pi zu P\ das Verhältnis von maximaler zu minimaler Drahtdicke bei der Doppelkegelstumpffeder
a:n größten und bei der Taillenfeder am kleinsten ist. Dies ist nicht nur im Hinblick auf den
MateriaK erbrauch bei der Reduzierung der Drahtdicke von Bedeutung, sondern durch die großen Drahtdickenverhältnisse
wird bei der zylindrischen Feder und erst recht bei der Doppelkegelstumpffeder das Verhältnis
Pt zu Pi selbst begrenzt, und zwar beim Schmieden oder
Drucken des Drahtes, wegen der mit der Drahtdickenreduzierung
verbundenen Festigkeitserhöhung und beim Ziehdrehen wegen des zu geringen Restquerschnittes
des Drahtes, der /um Abreißen ties Drahtes durch die /ng- und Drchktäfle führt.
In Tabelle 2 smd die Ijgenschiifien und Abmessungen
tier einander gegenübergestellten ledern I bis Il
aufgeführt.
Il
IM
Mav \uliciiduri.limes-.er
/\\ I L'ller Doppcl- l'.iilleii-
U-iicl- k-ik·!
vtumpllfik'r
Min Innen- ·).1.5 4(1 4.1.1
diireiime-scr
I in in I
Hlocklänge |miii| 102 2S ')7
l'erliggewiclit 2.H11S 2.07.1 I.W5
|kl!| "
Größter Draht- 12.75 14.60 10.60
durchmesser
(I [in in I
Kleinster Draht- S.S5 9.(K) X.'»
durchmesser </.. .
I πι ml
1.44 1.62 l.ll>
Aus Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß die erfmdungsgeniälle
I aillenfeder in ihrem größten Atißendurclimesser
in etwa dem Außendurchmesser einer zylindrischen Feder entspricht, während die Doppelkcgclstumpffeder
einen wesentlich grölleren Außendurchmesser aufweist.
In der Blocklänge liegt die erfindungsgemäße leder etwas niedriger als eine zylindrische Feder. Diese
Abmessungen /eigen, daß sich die erfindungsgeniäße Feder in dem gleichen Raum wie die zylindrische Feder
unterbringen läßt, womit die Austauschbarkeit gegeben ist.
Besonders deutlich zeigt sich die Überlegenheit der
erfindunsrsge Tiäßen Feder hinsichtlich der Größe ,""" .
Dieses Drahtdickenverhältnis ist in dem berechneten Beispiel bei der Taillenfeder gegenüber der zylindrischen
Feder um ca. 17%. gegenüber der Doppclkegelsiumpffeder
um ca. 260/n niedriger.
Claims (6)
1. Nichtzylindrische, gewundene Druckfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt, insbesondere
zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen, die eine teilweise progressiv verlaufende Kennlinie besitzt
und aus mindestens zwei einstückig miteinander verbundenen Teilen besteht, von denen einer als
kegelstumpfförmigerTeil ausgebildet ist, an den sich
ein zylinderförmiger oder ein weiterer kegelstumpfförmiger Teil so anschließt, daß die Windungen mit
größtem Windungsdurchmesser jeweils an einem Ende bzw. beiden Enden der Feder liegen, wobei der
zylinderförmige Teil eine konstante und jeder
kegelstumpfförmige Teil eine mindestens auf einem
Teil der Windungen inkonstante Drahtdicke aufweist, wobei die Drahtdicke von einem Wert der
größer ist als die Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinsievn Windungsdurchmesser abnimmt bis
hin zur Drahtdicke am Ende der Windung mil kleinstem Windungsdurchmesser und bei der bei
Höchstbelastung die Windungen jedes kegelstumpfförmigen Teils in Form einer Spirale ineinanderliegen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtdicke jedes kegelstumpfförmigen Teils (2a, 2b,
12) von seinem freien Ende her mindestens auf einem Teil der Windungen zunächst zunimmt bis zu
dem Wert, der größer ist als die Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinstem Windungsdurchmesser.
2. Druckf-.der nach Anspruch 1 mit einem
kegelstumpfförmigen Teil, an den sich ein zylinderförn.iger
Teil anschließt dadurch gekennzeichnet, daß sich an den zylindcrför^igen Teil (1) ein
weiterer kegelstumpfförmiger Teil (2b) so anschließt, daß die Windung mit größtem Windungsdurchmesser an einem der freien Enden der Feder
liegt, und daß bei diesem weiteren kegelstumpfförmigen Teil (2b)die Drahtdicke ebenfalls von seinem
freien Ende her mindestens auf einem Teil der Windungen zunächst zunimmt bis zu dem Wert der
größer ist als die Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinstem Windungsdurchmesser.
3. Druckfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtdicke am freien Ende
jedes kegelstumpfförmigen Teils kleiner ist als die Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinstem
Windungsdurchmesser.
4. Druckfeder nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem kegelstumpfförmigen
Teil zwischen dem Bereich zunehmender (Z\ und Z2) und dem Bereich abnehmender (A)
Drahtdicke ein Bereich konstanter (K]) Drahtdicke angeordnet ist.
5. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei jedem
kegelstumpfförmigen Teil (2a, 2b) der Bereich zunehmender Drahtdicke aus mindestens zwei
Abschnitten (Z\ und Z2) zusammensetzt, die eine
voneinander verschiedene Dickenzunahme pro Länge aufweisen.
6. Druckfeder nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende jedes
kegelstumpfförmigen Teils die Drahtdicke über eine Drahtlänge, die bis zu einer Ά Windung der Feder
entspricht, konstant ist.
Die Erfindung betrifft eine nichtzylindrische, gewundene Druckfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt,
insbesondere zur Anwendung bei Kraftfahrzeugen, die eine teilweise progressiv verlaufende Kennlinie
besitzt und aus mindestens zwei einstückig miteinander verbundenen Teilen besteht, von denen einer als
kegelstumpfförmiger Teil ausgebildet ist, an denen sich ein zylinderförmiger oder ein weiterer kegelstumpfförmiger
Teil so anschließt, daß die Windungen mit
ίο größtem Windungsdurchmesser jeweils an einem Ende
bzw. beiden Enden der Feder liegen, wobei der zylinderförmige Teil eine konstante und jeder kegelstumpfförmige
Teil eine, mindestens auf einem Teil der Windungen inkonstante Drahtdicke aufweist, wobei die
Drahtdicke von einem Wert, der größer ist als die Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinstem
Windungsdurchmesser abnimmt bis hin zur Drahtdicke am Ende der Windung mit kleinstem Windungsdurchmesser
und bei der bei Höchstbelastung die Windungen jedes kegelstumpfförmigen Teils in Form einer Spirale
ineinanderiiegen.
Es sind bereits zylindrische Schraubendruckfedern mit teilweise progressiv verlaufenden Kennlinien und
optimaler Werkstoffausnutzung bekannt. Die optimale Werkstoffausnutzung wird dadurch erreicht, daß die
Federn eine inkonstante Drahtdicke besitzen, die eine konstante Werkstofibeanspruchung in allen Windungen
ermöglicht.
Ein Nachteil der zylindrischen Schraubendruckfeder
jo besteht darin, daß die Windungen, die zur Erreichung
einer progressiven Kennlinie ausgeschaltet werden müssen, sich aufeinanderlegen und infolgedessen Geräusche
verursachen. Zur Vermeidung der Geräusche werden oft Kunststoffschläuche über die sich aufeinanderlegenden
Windungen geschoben, wodurch allerdings die Kosten der Federn erhöht werden. Ein weiterer
Nachteil der eben genannten zylindrischen Schraubendruckfedern ist darin zu sehen, daß das Verhältnis der
größten zur kleinsten Drahtdicke ziemlich groß ist, wie
weiter unten noch ausführlicher gezeigt wird, wodurch sich die Fertigungskosten erhöhen, und zwar sowohl bei
spanloser Reduzierung der Drahtdicke als auch bei spanabhebenden Verfahren, wie Ziehdrehen oder
Schälen.
Es sind weiterhin Kegel- und Doppelkegelstumpffedern
mit teilweise progressiv verlaufender Kennlinie bekannt, bei denen die Windungen, die wegen der
progressiven Kennlinie ausgeschaltet werden müssen, sich bei zunehmender Belastung spiralförmig ineinanderlegen,
ohne sich zu berühren (s. zum Beispiel DE-OS 20 00 472). Bei diesen Federn entstehen also keine
Geräusche. Ein schwerwiegender Nachteil derartiger Kegel- und Doppelkegelstumpffedern besteht aber
darin, daß das Verhältnis der größten zur kleinsten Drahtdicke noch größer ist als bei zylindrischen Federn,
wie weiter unten genauer gezeigt wird.
Ein gemeinsamer Nachteil aller bisher aus Draht gewickelten Schraubendruckfedern besteht darin, daß
der Druckmittelpunkt der Feder nicht mit dem
fin geometrischen Mittelpunkt der Feder zusammenfällt·,
sondern außerhalb des geometrischen Mittelpunktes liegt. Dies hat zur Folge, daß diese Federn bei Belastung
auf die Unterlage ein Drehmoment ausüben, dessen Größe durch den jeweiligen Abstand der beiden
f)5 obengenannten Punkte bestimmt ist.
Bei der zylindrischen Schraubendruckfeder ist der wirksame Windungsdurchmesser, der seinen Druck auf
die Unterlage überträgt, konstant. Dies hat zur Folge.
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