DE2521646A1 - Druckfeder - Google Patents

Druckfeder

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Publication number
DE2521646A1
DE2521646A1 DE19752521646 DE2521646A DE2521646A1 DE 2521646 A1 DE2521646 A1 DE 2521646A1 DE 19752521646 DE19752521646 DE 19752521646 DE 2521646 A DE2521646 A DE 2521646A DE 2521646 A1 DE2521646 A1 DE 2521646A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
spring
turns
valve
shear stress
compressed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19752521646
Other languages
English (en)
Inventor
Eckhard Ing Grad Zwirner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stumpp & Schuele KG
Original Assignee
Stumpp & Schuele KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Stumpp & Schuele KG filed Critical Stumpp & Schuele KG
Priority to DE19752521646 priority Critical patent/DE2521646A1/de
Priority to BR7506004*A priority patent/BR7506004A/pt
Priority to US05/614,665 priority patent/US4017062A/en
Publication of DE2521646A1 publication Critical patent/DE2521646A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04Wound springs
    • F16F1/047Wound springs characterised by varying pitch

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

  • Druckfeder Die Erfindung betrifft eine Druckfeder der im Oberbegriff des Patentanspruches 9 genannten Art, die z.B. in Automobilmotoren als Ventilfeder verwendet werden. Im ersten Betriebszustand st das Ventil geschlossen, im zweiten Betriebszustand offen.
  • Nach beendigung eines Hubes (Rückkehr von zweiten in den ersten Berriebszustand), den cie Ventilfeder, durch die Nockenwelle erzwungen, ausführt, treten eigenfrequente Schwingungen der Inneren Schubspannung k auf, die erst nach einer gewissen Zeit abklingen. Die Schwingung sollte jedoch vor Beginn des nächsten Nubes vollkommen abgeklungen sein, da eine zu diesem Zeitpunkt :cn vorhandene Restschwingung zu einer Erhöhung des oberen Schubspannungswertes RkO führt. Die Erhöhung entspricht der bei Beginn des Hubes noch vorhandenen Schwingungsamplitude. Diese Schubspannungserhöhung stellt eine erhöhte Belastung der Feder der. Schwingungen sind generell unerwünscht; sie können dazu führen, daß das Ventil - besonders bei hohen Drehzahlen - nicht n:r richtig schließt. Das ist jedoch besonders in der Verdichtungsphase im Hinblick auf einen guten Wirkungsgrad des Me- -,rs und eine vollständige Verbrennung des Gemisches anzustreben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Ventilfeder verwendbare Druckfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist, d.h. die insoweit ein günstgereres Drehzahlverhalten aufweist, als L;Cn bei höheren Drehzahlen keine wesentliche Erhöhung der maximalen inneren Schubspannung auftri t die darauf zurückzuführen ist, daf bei Beginn eines Ventilhubes die eigenfrequente Schwingung der ir,-neren Schubspannung k noch nicht abgeklungen ist.
  • Es ist nun bereits vorgeschiagen worden (Patentanmeldung P 24 5S 768.0 v. 18.12.1974), Druckfedern mit eingewundenen Endwindungen so auszubilden, daß die sich zwischen den Endwlndungen und den sich daran anschließenden nächsten Windungen ausbildenden Übergangsbereiche zumindest im zweiten Betriebs zustand an den jeweils nächstliegenden Windungen über einen gewissen Bereich anliegen.
  • Den gegenüber sieht die vorliegende Erfindung die Lösung dieser Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vor. Sie unterscheiden sich von denjenigen des älteren Vorschlags dadurch, daß der Übergangsbereich zwischen Windungen verschiedenen Durchmessers nicht nur beim Übergang von den eingewundenen zu den ihnen benachbarten Windungen, sor,-dern vielmehr generell zwischen benachbarten Windungen gegeben sein kann und es nicht mehr notwendig ist, die Übergangsbereiche durch Einwinden von Windungen zu schaffen. Es ist vielmehr möglich, daß der Durchmesser-dieser Windungen auch der größer als der Windungen des mittleren Bereiches der Druckfeder ist.
  • ine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß oh an die Windungen, die gegenüber den restlichen Windunder Druckfeder unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, maiters Windungen anschllaßen die auf den erstgenannten Windungen aufliegen. Sie tragen einer zum Federverhalten sicht bei, s also "tote" Windungen. Diese vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus der Aufgabenstellung, auch bei den erfindungsgemäßen Federn die Blocklänge, d.h. die Länge dc::' Druckfeder in dem Zustand, in der alle Windungen aneinander anliegen, erhöhen zu können. Damit kann man bestimmten Fesderung en, die sich aus Einbaumaßen ergeben, entsprechen, daß das Federverhalten zu ändern ist. Gemäß einer weioberen vorteil@aften Weiterbildung sind die Enden dieser weiteren Windungen angeschliffen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre vorteilhaften Weiverbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel im ersteh Betriebszustand (Ventil geschlossen); Ig-. 2 eine Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels in Richtung der Pfeile II - II in Fig. 2; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches III in Fig. 1 im zweiten Betriebszustand; 4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel im ersten Betriebszustand; Fig. 5a eine Darstellung des Schwingungsverhaltens einer bekannten Druckfeder; Fig. Sb eine Darstellung des Schwingungsverhaltens eines Ausführungsbeispiels.
  • Fig. 1 zeigt eine Ventilfeder, die z.B. In einem Verbrennungsmotor eingebaut sein kann, im ersten Betriebszustand (Ventl geschlossen). Der mit ITi bezeichnete Ausschnitt ist In im zweiten Betriebszustand (Ventil geöffnet) dargestellt. Da bei ist die Feder stärker zusammengepreßt. Die Ventilfeder weist einen mittleren Bereich 1 auf. Er wird durch die drei Windungen 2, 3, 4 gebildet, die denselben Außendurchmesser D haben. An die obere Windung, 4 schließt sich eine eingewundene Windung 6 an, die den Außendurchmesser DB hat, der kleiner als D nst. Der Übergang von der Windung 4 4 zur Windung 6 erfc'gt vLer einen Übergangsbereich 5. Der Außendurchmesser D der neung 6 ist um soviel geringer als der Außendurchmesse cer Windungen 2, 3, 4 und die Steilheit der Windung 6 Ist soviel geringer als diejenige der Windungen 2, 3, 4, daß so in dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand (Ventil offen; der Übergangsbereich 5, der sich zwischen Windung 4 und Windung 6 ausbildet, entlang eines Bereiches 7 an der Windung 4 anliegt. Die Reibung zwischen der Windung 4 und dem Dbergangsbereich 5 führt zu einer besseren Dämpfung der Schwingungen der inneren Schubspannung. Auf Windung 6 folgt eine weItere Windung 8, die jedoch auch in dem in sig. 1 dargestellten Betriebs zustand (Ventil geschlossen) auf der Windung aufliegt.
  • Auch beim Zusammendrücken der Ventilfeder ist also kein Zusammendrücken der Windungen 8 mehr möglicn. Sie trägt also zur Federverhalten der gesamten Ventilfeder nichts bei. Sie verlängert aber dennoch die Bauhöhe der Feder und damit auch dIe Blocklänge. Die Windung 8 ist entlang einer senkrecht zur Federachse A verlaufende Fläche 9 angeschliffen, mit der das obere Federende an einer Auflagefläche, entweder am Ventilsitz oder am Kipphebel, aufliegt.
  • sa untere Erde der Ventilfeder ist ebenso ausgebildet. An die Windung 2 schlIeßt sich nach einem Sbergangsbereich 10 eine ingewundene Windung 11 an. Sie ist hinsichtlich Durchmesser und Steilheit so ausgebildet, daß. der Übergangsbereich 10 im Weiten Betriebszustand (Ventil offen) entlang eines Bereiches 2 an der Windung 2 2 anliegt, so daß durch Reibung eine Dämfung dr Schwi ungen er Schubspannung erzielt wird. Auf die Winung il folgt die auf ihr aufliegende Windung 13 mit der ange-@@@iffenen fläche 14. Bei einer praktischen Verwirklichung dies Ausführungsbeispiels war DA = 35 mm, DB = 17 mm, der @@@erdrahtdurchmesser d = 3 mm.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Gleiche Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, daß sich die Windungen D und 11, die sich oben bzw. unten an den mittleren Bereich 1 anschließen, größeren Durchmesser als die Windungen das mittleren Bereiches aufweisen. Es git also für das Aus-@@@@rungsbeispiel nach Fig. 4 DA < DB. Für die Einbauverhältrisse st dann DA ma2.gebend. Daraus ergibt sich eine weitere Möglichkait, bei gegebenen Fedreigenschaften die Einbaumaße zu variieren.
  • den Fig. 5 und 5b ist die Verbesserung der Dämpfung der Sanwingungen der inneren Schubspannung #k z.B. bei einer Drehzahl von n = 8000 U/min. zu ersehen. Der starke kurzzeitige Lnstleg entspricht einem Ventilhub. Nach dem Schließen des Ventils tritt eine erst nach und nach abklingende Schwingung der inneren Schubopannung statt. Fig. 5a zeigt dabei das ViSalten einer bekannten Ventilfeder, d.h. einer Ventilfeder ohne Dämpfung der Schwingung durch Reibung zweier aneinander über einen gewissen Bereich anliegenden benachbarten Windungen; Fig. 5 zeigt demgegenüber - für dieseiben Einbauverhältnisse und ansonsten gleiche Dimensionierung der Feder - den Verlauf der inneren Schubspannung für eine Feder, bei der eine Schwingungsdämpfung nach der Erfindung stattfindet. Bei der erfindungsgemäßen Feder ist die Hubspannung #KH erheblich geringer wie bei der entsprechenden bekannten Feder. Die Hubspannung #KH ist die Differenz des oberen Schubspannungswertes#KO und des unteren Schubspannungswertes #KU. Es gilt #KH = #KO - #KU Die Verringerung vonZkH ergibt sich daraus, daß die Amplitude der Schwingung der inneren Schubspannung zum Zeitpunkt des Wiederöffnen des Ventils bereits sehr klein geworden war. Entsprechend gering war die Restenergie der Schwingung. Beim erneuten Öffnen as Ventils konnte sie also auch nicht zu einer Erhöhung der oberen Schubspannung #KO und damit der Hubspannung #KH führen. Damit ergibt sich bei der Erfindung eine geringere Schwingungsbelastung des Ventils und eine geringere Hubspannung #KH. Beides führt zu einem Ventil, das "drehzahlfester" ist, d.h. das auch noch bei hohen Drehzahlen sicher schließt. Die Ventilfeder ist dabei so ausgelegt, daß sich eine Eigenfrequenz von 450 Hz ergibt.
  • Dadurch, daß zusätzlich zu diesen Maßnahmen nun anschließend an die Windungen 6 bzw. 11 noch jeweils eine weitere Windung 8 bzw. 13 vorgesehen ist, die auf den Windungen 6 bzw. 11 aufligt, wird die Blocklänge der Feder, d.h. die Länge im zusarumengepreßten Zustand, erhöht, ohne daß dies - wie dies ansonsten bei im nicht belasteten Zustand nicht aneinanderliegenden Windungen der Fall wäre - zu einer Änderung der Federeigenschaften selbst führen würde.
  • Patentansprüche:

Claims (4)

  1. Patentansprüche Druckfeder zum Einbau in Motoren, Pumpen oder dergl.,in denen sie in eie ersten Betriebszustanc auf ein erstes Ausaß und in einem zweiten Betriebszustand auf ein zweites das erste übersteigende Ausmaß zusammengepreßt ist, dadurch ge-Kennzeichnet, caß Windungen (6, 1C) vorgesehen sinc, deren Steilheit und Durchmesser (D) gegenüber der Steilheit und dem Durchmesser (DA) der ihnen benachbarten Windungen (4, 2) derart unterschiedlich ist, daß ein Übergangsbereich (5, 10) zwischen diesen Windungen (6, 8) und den ihnen benachbarten windungen (4, 2) im zweiten Betriebszustand an der benachbarten Windung (4, 2) entlang eines ges sein Bereiches (7, 12) derart anliegt, daß durch Reibung entlang dieses Bereiches eine Dämpfung der Schwingungen der inneren Schubspannung erfolgt.
  2. 2. Druckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die Windungen (6, 2), die zur Ausbildung des Übergangsbereiches (5, 10) einen von den ihnen benachbarten Windungen (4, 2) verschiedenen Durchmessers (DB) haben, weitere Windungen (8, 13) vorgesehen sind, die auch in nicht' zusammengepreßten Zustand der Ventilfeder auf den erstgenannten Windungen (6, 11) aufliegen.
  3. 8. Druckfeden nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die weiteren Windungen (8, 13) und die Endwindungen (8, 18) angeschliffen (9, 14) sind.
  4. 4. Druckfeder nach Anspruch 1 oder einem de folgenden dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich (1) der Ventilfeder - wie an sich bekannt - zylindirsch ausgebildet ist und die sich daran nach den Übergangsbereichen (8, 10) anschließenden Windungen (6, 11) größeren Durchmesser (DS) als die Win dungen (2, 3, 4) des Mittelbereichs (1) haben.
    L e e r s e i t e
DE19752521646 1974-09-18 1975-05-15 Druckfeder Withdrawn DE2521646A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2589541A1 (fr) * 1985-10-31 1987-05-07 Skf Gmbh Ressort helicoidal pour le serrage et deplacement axial d'un roulement
WO2002095258A1 (en) * 2001-05-24 2002-11-28 Cooper Cameron Corporation Spring having a high natural frequency and a low spring rate
WO2005028909A1 (en) * 2003-09-22 2005-03-31 Lg Electronics Inc. Supporting spring and compressor having the same

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WO2002095258A1 (en) * 2001-05-24 2002-11-28 Cooper Cameron Corporation Spring having a high natural frequency and a low spring rate
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