DE2916446C2

DE2916446C2 - Schraubenfedersatz

Info

Publication number: DE2916446C2
Application number: DE19792916446
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 8972 Sonthofen Röhrs
Original assignee: DR WERNER ROEHRS KG 8972 SONTHOFEN DE
Current assignee: DR WERNER ROEHRS KG 8972 SONTHOFEN DE
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1979-04-24
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE2916446A1; CH653108A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenfedersatz, der aus 2 hochkant gewickelten und miteinander verschraubten Schraubenfedern besteht und in axialer Richtung beansprucht wird. Mit einem derartigen Schraubenfedersatz werden vergleichbare Kräfte erreicht wie bei einer herkömmlichen Tellerfedersäule nach DIN 2093.

Bekannt sind Schraubenfedersätze, die aus 2 Schraubenfedern bestehen. So ist in der US-PS 17 10 480, F i g. 4, ein Schraubeniedersatz dargestellt, der aus 2 ineinandergeschraubten Flachdrahtfedern besteht. Dieser Schraubenfedersatz weist jedoch keine Schräglage des Federbandes auf und ist somit auch nicht mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Windungen ineinandergeschraubt. Dieser Schraubenfedersatz arbeitet wie eine Druckfeder mit Schubbeanspruchung und erreicht durch das Ineinanderschrauben lediglich eine Krafterhöhung bei entsprechend vergrößerter Blocklange gegenüber einer einzelnen Flachdrahtdruckfeder. Die steile Kennlinie einer Tellerfeder ist mit diesem Schraubenfedersatz nicht zu erreichen.

In der DE-AS 11 48 718 ist eine nichtmetallische Feder insbesondere für Polsterungen, Matratzen und dergleichen beschrieben. Diese Feder entspricht einem Faltenbalg und wird vornehmlich auf Biegung beansprucht. Mit dieser Feder lassen sich nur geringe Federkräfte bei

hohen Federwegen erreichen.

Die in der Patentschrift 69 154 beschriebene Schraubenfeder mit trichterförmigen Windungen ist zwar auch hochkant und schräg zur Federachse gewickelt, jedoch sind dabei nicht 2 Schraubenfedern zu einem Schraubenfedersatz montiert Die in diesem Falle dargestellte Feder wirkt als Triebfeder, die ein Drehmoment auf ein Maschinenteil ausübt
In der US-PS 27 00 540 ist eine Schraubenfeder beschrieben, bei der durch Verformung des gewickelten Profiles hohe Kräfte erzeugt werden. Es handelt sich dabei um teilweise sehr komplizierte Profile, die wickeltechnisch nur sehr aufwendig zu handhaben sind.
Jedoch sind bei dieser Lösung keine hochkantgewikkelten Schraubenfedern mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Windungen ineinandergeschraubt.

Bei der Herstellung der bekannten Tellerfedern nach DIN fällt ein ungewöhnlich hoher Anteil des Federwerkstoffes als Abfall an. Werden die Tellerfedern einer hohen dynamischen Beanspruchung unterworfen, so müssen kostspielige spanende Bearbeitungsverfahren zur Herstellung angewendet werden (Bohren des Innendurchmessers, Drehen des Außendurchmessers, Schleifen der Planflächen zur Erzielung einer einwandfreien Oberfläche). Auch ist der Faserverlauf des Werkstoffes durch Verwendung von Bandstahl vorbestimmi und kann hinsichtlich der Beanspruchung der Tellerfcdern nicht beeinflußt werden. Ein gravierender Nachteil ist noch darin zu sehen, daß bei der Montage einer Tellerfedersäule diese aas den Einzeltellern geschichtet und aneinandergereiht wird, was mit einem hohen Zeitaufwand verbunden ist. Außerdem besteht die Gefahr einer falschen Schichtung und Aneinanderreihung. Bei der Demontage der Tellerfedersäule zerfällt sie in die Kinzelteller, so daß eine erneute Montage notwendig ist

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, einen einteiligen, montagefreundlichen Schraubenfcdcrsal/ zu schaffen, bei dem der Faserverlauf des Werkstoffes nicht unterbrochen wird und der kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Schraubenfedersatz bestehend aus 2 Schraubenfedern, die aus Federband hochkant zur Fedcruohse gewickelt sind, so hergestellt ist, daß die längere Quer-Schnittseite des Federbandes einen Winkel kleiner als 90° zur Federachse aufweist und 2 Schraubenfedern mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Querschnitte ineinandergeschraubt sind.

Ein Vorteil eines solchen Schraubenfedersatzcs gcgenüber der bekannten Tellerfedersäule nach DIN besteht darin, daß zur Herstellung wesentlich weniger Federbandwerkstoff benötigt wird.

Außerdem entfallen kostspielige und zeitaufwendige, zerspanende Arbeitsgänge, da das eingesetzte Fedcrband mit einwandfreier Oberfläche und abgerundeten Kanten gezogen oder gewalzt werden kann. Auch eventuell notwendige Auflageflächen wie bei den Dl N-TcI-lerfedern lassen sich durch entsprechende Formgebung des gezogenen oder gewalzten Werkstoffes kostengünstig herstellen.

Von Vorteil ist ferner, daß dieser Schraubenfcdcrsatz als einteiliges, montagefertiges Maschinenelement zur Verfügung steht, damit entfällt die sonst übliche Zeit zum Schichten und Aneinanderreihen einer Tellcrfcdcrsäule und die Gefahr der falschen Zusammenstellung, außerdem kann der Schraubenfedersatz bei Demontage nicht in seine Einzelelemente zerfallen.
Zur Beeinflussung der Kennlinie ist es möglich, die

Schraubenfedern mit größerer Steigung, als es der Schräglage und Dicke des Federbandes entspricht, zu wickeln. Nach dem Ineinanderschrauben der beiden Schraubenfedern entsteht somit ein Schraubenfedersatz mit Windungsabstand, der bei Belastung bis zum Berühren der gegeneinandergerichteten Windungen wie eine Druckfeder arbeitet und nach der Berührung der einzelnen Windungen die steile Kennlinie einer Tellerfeder aufweist. Gleiches läßt sich erreichen, wenn die beiden Schraubenfedern nur teilweise ineinandergeschraubt werden. Dadurch arbeiten zu Beginn der Beanspruchung zuerst die nicht ineinandergeschraubten Schraubenfcderteile wie eine Flachdrahtdruckfeder. Nach Blocklagc dieser Windunger arbeitet der verschraubte Fcdertei! wie eine Tellerfeder. Auch das Einschrauben eines Stücks einer Schraubenfeder in eine andere Schraubenfeder führt bei Belastung zu einer geknickten Kennlinie.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Querschnitt des Federbandes nicht rechteckig gewählt wird, sondern beispielsweise trapezförmig oder auch andersförmig, damit eine ge wünschte Spannungsverteilung oder Dämpfung bei der Federarbeit erzielt wird. Solche nach der jeweiligen Beanspruchungsart des Schraubenfedersatzes zu bestimmcnden Querschnitte sind durch Ziehen oder Walzen auf billige Art und Weise herzustellen. Auch kann das Federband während des Federwindens durch die Führungswerkzeuge auf einfache und billige Weise geformt werden.

Dabei besitzen alle verwendeten Federquerschnitte einen günstigen Faserverlauf hinsichtlich der auftretenden Beanspruchungen.

Ks ist auch möglich, jeweils mehrere Schraubenfedern mit paralleler Schräglage miteinander zu verschrauben und dann erst mit gegeneinandergerichteter Schräglage incinanderzuschrauben, so daß der erzeugte Schraubenfcdcrsatz einer mehrfach geschichteten Tellerfedersäule nach DIN 2092, Seite 4 ff., entspricht.

Die Berechnung des erfindungsgemäßen Schraubenrcricrsat7.es läßt sich nach den bekannten Berechnungsformcln vom Almen und Laszlo durchführen, wenn man den Anteil des Stülpmomentes aus diesen Formeln eliminiert, da kein geschlossener Ringquerschnitt vorliegt. Der Schraubcnfedersatz wird somit nur auf Biegung gerechnet. Federkraft und Spannung ar. den bekannten Stellen 1 bis IV sind proportional zum Federweg bzw. der Durchbiegung s.

Bei gleichen Abmessungen von Schraubenfedersatz und Tellerfedersäule ergibt sich rechnerisch die gleiche Blockkraft F₁. die auch bei praktischen Messungen bestätigt wurde.

Der erfindungsgemäße Schraubenfedersatz wird anhand einiger Figuren näher erläutert:

F i g. I und 2 zeiger; zwei in gleichem Sinne hochkant gewickelte .Schraubenfedern aus Flachband mit trapezförmigem Querschnitt. Die Feder 2 wird mit gegeneinandcrgerichteter Schrägstellung zur Feder 1 in die Feder 1 geschraubt, so daß sich der Schraubenfedersatz nach F i g. 4 ergibt.

Γ i g. 3 zeigt die plangesehliffenen Enden eines .'jehraubenfcdersatzes.

Werden die beiden Schraubenfedern nach F i g. 1 und 2 vollständig miteinander verschraubt, so erhält man bei Belastung eine Kennlinie nach F i g. 5.

Werden die beiden Schraubenfedern nach Fig.! und 2 nur teilweise miteinander verschraubt, so entsteht eine Kennlinie nach F i g. 6.

Eine vergleichbare Kennlinie besitzt der Schraubenfedersatz, wenn die beiden Schraubenfedern nach F i g. 1 und 2 .uit größerer Steigung gewickelt sind, als es der Dicke und Schräglage des Federbandes entspricht.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenfedersatz, bestehend aus 2 Schraubenfedern, die aus Federband hochkant zur Federachse gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die längere Querschnittseite des Federbandes einen Winkel kleiner als SO" zur Federachse aufweist und 2 Schraubenfedern mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Querschnitte ineinandergeschraubt sind.

2. Schraubenfedersatz nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Federbandes der Schraubenfedern nach dem Wickeln trapezförmig ist.

3. Schraubenfedersatz nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit paralleler Schräglage ineinandergedrehte Schraubenfedern mit dpr gleichen Anzahl miteinander parallel verschraubtsr Federn mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Windungen verschraubt sind.

4. Schraubenfedersatz nach Patentanspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schraubenfedern mit größerer Steigung gewickelt sind, als es der Schräglage und Dicke des Federbandes entspricht.

5. Schraubenfedersatz nach Patentanspruch 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern mit gegeneinandergerichteter Schrägstellung der Windungen nur teilweise ineinandergeschraubt sind.

6. Schraubenfeder <z nach ?atentansprucn 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Schraubenfeder nur ein Stück einer 2. Schraubenfeder mit gegeneinandergerichteter Schräglage der Windungen eingeschraubt ist.