DE3311710A1

DE3311710A1 - Haltefeder

Info

Publication number: DE3311710A1
Application number: DE19833311710
Authority: DE
Inventors: William A Casler; Phillip E Saurenman
Original assignee: PLUS Manufacturing CO Inc
Current assignee: PLUS Manufacturing CO Inc
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1983-03-30
Publication date: 1983-10-06
Also published as: GB2120356B; US4636107A; JPS58204756A; GB2120356A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Halterung mittels Federn von Anordnungen von Gegenständen, beispielsweise das Halten gekrümmter keramischer Dauermagnete an der Innenseite eines aus Stahl bestehenden Motorgehäuserings.

Es ist oft erwünscht oder notwendig, Bauteile von Einrichtungen festzuhalten, ohne daß ein Verschrauben, Durchdringen mittels Befestigungselementen oder ein sonstiges Nachbearbeiten eines der Bauteile erforderlich ist. Die Befestigung keramischer Magnete in einem aus Stahl bestehenden Gehäusering für mit Permanentmagneten arbeitende Motoren ist nur ein Beispiel. Federnde Halteklammern sowie Klebstoffe sind herkömmliche Mittel zum Erzielen des gewünschten Erfolgs.

Klebetechniken und -materialien bieten eine große Vielfalt von Möglichkeiten zur Befestigung von Gegenständen aneinander. Es bestehen jedoch eine Reihe von Nachteilen, z. B. hinsichtlich der benötigten Zeit und der zum Härten der Klebstoffe benötigten Spezialeinrichtungen, hinsichtlich der Handhabung, des Mischens und des Aufbringens der Klebstoffe und des anschließenden Reinigens, und hinsichtlich der Vorsichtsmaßnahmen, die gegen schädliche oder giftige Nebenwirkungen erforderlich sind. Ferner sind oft die Kosten für spezielle schnelltrocknende Kleber und zugehörige Spezialeinrichtungen sowie die mit der Aufrechterhaltung der notwendigen geringfügigen Abweichungen von Oberflächentoleranzen verbundenen Mühen recht bedeutend. Um all dies zu vermeiden, werden Anordnungen manchmal unter Verwendung sowohl

eines Klebemittels als auch von Halteklammern befestigt. Die Halteklammern können entfernt werden, nachdem der Klebstoff angezogen hat, oder sie können dauernd an der Anordnung belassen werden, was von den jeweiligen individuellen wirtschaftlichen und konstruktiven Bedingungen abhängt.

Die Verwendung von Haltefedern anstelle von Klebstoffen ist dort erwünscht, wo dies praktikabel ist. In manchen Fällen werden Haltefedern, die typischerweise gebogene oder wellenförmige Druckfedern aus Flachmetall sind, in ihre endgültige Belastungsstellung eingedrückt oder eingeschnappt. Bei anderen Anwendungen werden die Federn und die Magnete lose in einer Halterung oder Anordnung mit größerem Durchmesser untergebracht, worauf die Anordnung in radialer Richtung zusammengedrückt und anschließend axial in ein zylindrisches Gehäuse eingesetzt wird.

Es besteht eine Reihe von Problemen, die die Verwendung und die Wirksamkeit der bisherigen Lösungsvorschläge für Haltefedern begrenzten. Variationen in der Länge oder Bogenlänge der zu haltenden Gegenstände und in den Abmessungen anderer zusammenzupassender Komponenten schaffen Schwierigkeiten in bezug auf kritische Beziehungen zwischen der verhältnismäßig kurzen Länge der Haltefeder und den Erfordernissen sowohl hinsichtlich der Fähigkeiten zur Übertragung beträchtlicher Belastungen als auch zur Aufnahme großer Toleranzen. Eine engere Bemessung der Toleranzen bringt höhere Kosten mit sich. Der Zusammenbau der Anordnung sowohl mittels des Zusammendrückens als auch mittels des Einschnappens bringt auch oft die Tendenz mit sich, die keramischen Magnete oder andere brüchige oder spröde Gegenstände zu zerbrechen oder aufzuspalten. In einigen Fällen wurden Haltefederanordnungen vermieden oder ganz aufgegeben wegen der Gefahr unannehmbarer Brüche oder wegen der Gefahr einer Verlagerung aufgrund von Stößen während des Zusammenbaus,der Handhabung, des Transports oder der Verwendung.

Ein Bedürfnis für ein grundsätzlich verbessertes mechanisches Haltesystem bleibt somit bestehen, das geeignet oder anpaßbar 'st. für ■

a) große Toleranz-Variationen über die Arbeitslänge gewöhn-"icher Federn hinaus;

b) Schaffung beträchtlicher und gleichförmiger Haltekräfte ohne Beschädigung von Magneten oder anderen Teilen, die zu halten sind, und

c) einfache und schnelle, manuelle oder automatische Zusammenfügtechniken, ohne daß die Federbelastungen oder Federkräfte während des Zusammenbaus der Komponenten entgegenstehen.

Die Erfindung löst die oben genannten sowie weitere Probleme und Bedürfnisse mit einer nachgiebigen Halterungsanordnung und einem entsprechenden System, das an Ort und Stelle nachgeformt wird, d. h. ein Halterungsglied mit normaler Produktionsqualität mit seinen Toleranz-Variationen wird in ein System eingesetzt, das selbst beträchtliche Toleranz-Variationen haben kann, und das Halterungsglied wird an Ort und Stelle zu einer neuen Gestalt oder Konfiguration umgeformt oder nachgeformt, die ein Spiel aufgrund kleiner oder großer Toleranzen, je nach Bedarf, aufnimmt und dann eine Haltekraft ausübt, die im wesentlichen unabhängig von der Toleranzaufnahme ist, wobei das Halterungsglied im wesentlichen die gesamte verfügbare Kraft mittels der Streckfestigkeit oder Formänderungsfestigkeit des Halterungsgliedes aufbringt.

Erfindungsgemäß wird die Haltefeder anfänglich in eine bogenförmige., gekrümmte oder wellenförmige Struktur gebracht oder geformt, deren äußere Abmessungen geringfügig kürzer sind als die endgültig beabsichtigte Arbeitslänge. Dies ermöglicht ein schnelles und leichtes Einsetzen in die spätere endgültige Arbeitsstellung. Danach werden mit speziellen Nachformwerkzeugen und entsprechenden Techniken an Ort und Stelle die Enden

der bogenförmigen oder wellenförmigen Haltefeder zunächst aufgeweitet, um durch Anpassung das Spiel in der Anordnung und Toleranz-Variationen aufzunehmen, und danach wird die Haltefeder weiterverformt oder nachgeformt, um an Ort und Stelle unter Last oder Spannung gesetzt zu werden. Begrenzte Zwischenabschnitte der Haltefeder werden dann dauerhaft nachgearbeitet und nachgeformt an Scheitelpunkten, die oberhalb oder außerhalb einer Linie liegen, die sich zwischen den Arbeits-Berührungsstellen an Enden von Armen der Feder erstreckt. Dieses abschliessende Nachformen oder Nacharbeiten ist auf einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt der freien Länge der Feder beschränkt. In diesem begrenzten Bereich oder in diesen begrenzten Bereichen wird das Metall bleibend in einer Richtung verbogen, die die Tendenz ergibt, die Federkrümmung zu öffnen und somit die wirkliche Länge oder freie Länge der Feder und damit Kräfte der gebogenen oder gekrümmten Enden gegenüber den benachbarten Bauteilen zu vergrößern.

Infolgedessen wird die Feder zunächst nur teilweise hergestellt. Sie wird in einer Einbaulänge hergestellt, die wesentlich kürzer ist als die Arbeitslänge. Dann wird sie lose mit den anderen Bauteilen zusammengefügt und an Ort und Stelle durch die oben beschriebenen Verfahrensschritte nachgeformt und unter Last gesetzt. Dies vermindert bis zur Unbedeutsamkeit die klassischen Rückfederungswirkungen, die ein wirksames Belasten nachgiebiger Glieder an Ort und Stelle zu verhindern trachten.

Fähigkeiten zur Aufnahme großer Toleranzen werden durch die Nacharbeitungs- oder Nachformungstechniken gemäß der Erfindung bewirkt, und bei bevorzugten Ausführungsbeispielen können diese Fähigkeiten weiter verbessert werden. Die Verformungstechnik am Scheitel der Feder selbst kann Toleranzen aufnehmen, die groß sind im Vergleich zu den kleinen Arbeits-Verformungslängen, die bei den verhältnismäßig kurzen und steifen Druckfedern üblich sind, die allgemein zur Halterung von Anordnungen oder zum Zusammenbau verwendet werden. Außerdem können gekrümmte oder

wellenförmige Abschnitte an den Enden der Feder so ausgebildet werden, daß sie zusammengedrückt werden und eine bleibende Verformung oder Anpassung während des Nachformvorgangs an Ort und Stelle durchlaufen, wobei die Krümmung oder die Biegung dt. - i -der als Ganzes dann ihre Belastung während des abschliessena^n Vorgangs der Verformung am Scheitel aufnimmt oder annimmt,

Ein bevorzugtes Verfahren zum bequemen und gleichmäßigen Aufnehmen sehr großer Toleranz-Variationen in der Anordnung besteht darin, die Enden der Federarme zu krümmen oder zu biegen, um ein Einrollen des Metalls zu bewirken, wenn die Arme während eines anfänglichen Zusammendrückens am Scheitel verlängert und die Arme der Haltefeder aufgespreizt werden. Während dieses anfänglichen Nachformens und Aufspreizens der lose angeordneten bogenförmigen oder wellenförmigen Feder gleiten die vorgerollten Enden der Feder an benachbarten Oberflächen entlang und greifen dann an benachbarten Gegenständen unter Einspannwinkeln an, die ein weiteres Einrollen der Enden an Ort und Stelle erleichtern, bis der Scheitel der bogenförmigen Struktur etwa bis zu der Arbeitshöhe verformt ist, und zwar unmittelbar vor der abschließenden Funktion der Belastung durch Umformung durch örtliches Nachformen, wie es zuvor beschrieben wurde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels nach der Linie 1-1 in Fig. 2

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1

Fig· 3» ¹J und 5 sind Querschnitte ähnlich der Fig. 2 und zeigen aufeinanderfolgende Schritte beim Zusammenbauen der Anordnung.

Fig. 6 ist eine Endansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 7 ist eine Ansicht von unten des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 8 ist eine Ansicht von oben des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 9 ist eine bruchstücksweise Ansicht nach der Linie 9-9 in Fig. β.

Fig. 10 ist eine Seitenansicht der ursprünglichen Form der Haltefeder nach den Figuren 6 und 9·

Fig. 11 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 10.

Fig. 12 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 9 und zeigt eine abgewandelte Ausführung.

Fig. 13 und 14 zeigen Abwandlungen der noch nicht nachgeformten Grundformen der Haltefeder .

Fig. 15 und 16 zeigen zwei aufeinanderfolgende Schritte, die durch ein bevorzugtes Werkzeug ausgeführt werden.

Fig. 17 ist ein bruchstücksweiser axialer Querschnitt, der wahlweise verwendbare Anschläge oder Arretierungen zeigt.

Fi^. "8 ist ein bruchstücksweiser Querschnitt, der andere wahlweise verwendbare Anschläge oder Arretierungen zeigt.

In Fig. 1 ist ein Motorgehäuse 10 dargestellt, das einen wichtigen Anwendungsfall für die Erfindung darstellt. Ein solches Gehäuse weist einen Motorring 11 aus Stahl auf, der als nahtloses Rohr oder als Rohr mit einer Naht ausgebildet sein kann. Der Ring 11 hat eine Außenwand 12, eine Innenwand 13 und eine Mittelachse 14. Die Innenwand ist kreisförmig gekrümmt.

Es ist üblich, an diesen Motorringen Paare von Permanentmagneten 15> 16 zu befestigen. Gewöhnlich bestehen diese aus Keramik. Die Magnete haben eine innere Oberfläche 17 und eine äußere Oberfläche 18, deren Krümmung die gleiche ist wie diejenige der Innenwand 13» wobei beide Oberflächen der Magnete gegenüber der Mittelachse 14 zentriert sind. Die Magnete weisen Anschlagflächen 19, 20, 21, 22 auf, und zwar jeweils ein Paar an jedem Magnet. Eine Oberfläche jedes Magnets ist einer anderen Oberfläche an dem anderen Magnet zugekehrt. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die Permanentmagnete fest an Ort und Stelle an der Innenwand 13 zu halten, so daß sie nicht längs dieser Wand gleiten oder von dieser abfallen. Keramikmagnete sind oft recht brüchig oder spröde, und es ist notwendig, daß die auf sie ausgeübten Kräfte nicht in solcher Art und Weise oder mit solcher Intensität ausgeübt werden, daß ein Brechen der Magnete verursacht werden könnte.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Haltefeder 25 ist zum ortsfesten Halten der Magnete vorgesehen. Magnete sind als Beispiel für die Anwendung der Erfindung angegeben und nicht als Beschränkung des Anwendungsbereichs der Erfindung. Die

anfängliche, nicht verformte oder nachgeformte Gestalt ist am besten aus den Figuren 3, 7 und 8 zu erkennen. Die Haltefeder ist aus Metall hergestellt, beispielsweise einem Kohlenstoffstahl, der klassische elastische Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften bei geringeren Belastungen sowie eine Elastizitätsgrenze aufweist, oberhalb welcher eine bleibende Verformung auftritt, wenn eine größere Belastung aufgebracht wird. Das bedeutet, daß der Stahl eine ihm innewohnende wesentliche Federungseigenschaft hat und daß er auch dauerhaft oder bleibend verformt werden kann.

Die Haltefeder 25 weist ein Paar von Armen 26, 27 (Fig. 3) auf, die durch einen einstückig damit ausgebildeten mittleren Scheitel oder eine entsprechende Einbuchtung 28 miteinander verbunden sind, der bzw. die eine Abbiegung zwischen den Armen bildet, wodurch zwischen diesen ein von zwei Flächen begrenzter Winkel oder ein V-förmiger Winkel gebildet wird, der auch als öffnungswinkel bezeichnet wird. Eine geeignete und die gegenwärtig bevorzugte Gestalt der Arme zwischen ihrem Verbindungsscheitel und den Berührungspunkten mit den nächstliegenden Bauteilen, z. B. mit den Magneten und mit der Innenwand des Rings, ist ein im wesentlichen gerader Abschnitt. Bei vielen bevorzugten Anwendungen haben die beiden Arme an ihren freien Enden, d. h. an den von dem Scheitel oder der Einbuchtung am weitesten entfernten Endete eine gekrümmte oder krummlinige Oberfläche 29»

Die Oberflächen 29 und 30 sind als Einrollungen oder Einbördelungen in dem Metall ausgebildet. Das Metall ist vorzugsweise durch Schlitze 3I₉ 32 geschlitzt, die eine Vielzahl iron Fingern 33» 34 bilden. Diese Schlitze und Finger dienen dazu, den Druck gegen die harten und ggf. unebenen Oberflächen des Magnets zu verteilen. Jedoch sind die Schlitze und die Finger nur wahlweise vorgesehen, und zwar abhängig von den spezifischen Kräften, die durch die gekrümmte Oberfläche zu übertragen sind.

Die speziellen Ausbildungs- und Konstruktionsmerkmale an den Enden der Federarme (ob diese nach oben oder nach unten eingerollt sind, ob diese anstelle einer Einrollung während des h/^häus so ausgebildet sind, daß sie sich biegen, um Toleranzabwt" CIj.. ngen aufzunehmen, ob es einfache Verlängerungen der Arme sind, die in die Magnetoberflächen hinein umgebogen sind und/oder ob und "wenn, wie die Enden geschlitzt sind, um sie an unebene Oberflächen anzupassen), immer handelt es sich hierbei um pragmatische Maßnahmen, die durch normale Konstruktionsarbeiten und Versuche für jeden Anwendungsfall so bestimmt werden, daß eine optimale Wirksamkeit erzielt wird, Fachleute werden keine Schwierigkeiten haben, für einzelne Einbaufälle korrekte Formgestaltungen und Abmessungen zu wählen. Geeignete Abmessungen und Anforderungen für eine typische Haltefeder zum Einbau in einer Innenwand mit einem Durchmesser von etwa 73 nun (2 7/8*')i mit Permanentmagneten einer Dicke von etwa 9₉5 mm -(3/8¹Mj die an ihren Enden einen gegenseitigen Abstand an ihren inneren Oberflächen von etwa 25 bis 30 mm (1 bis 1 3/16'^f) haben, sind etwa wie folgt:

Materialdicke: 0,76mm (0,030") Materialbreite: 32 mm (1 1/4'') Federhöhe,vorgeformt: 14 mm (0,55 ^!l) Federhöhe, endgültig

geformt oder nachgeformt: 6,4 mm (0,25 '')

Federlänge, vorgeformt: 24 mm (0,95 ") Federlänge, fertig geformt, nicht eingespannt:32 mm (11/4'')

eingespannt:25-30 mm (1 bis 1 3/16'')

Ein geeignetes Material ist nachformbarer Federstahl.

Der Einbau dieser Anordnung erfordert eine bleibende Verformung des Körpers derart, daß der Abstand an den äußeren Enden der Arme vergrößert wird, wenn man von der Einspannung absieht

(mögliche oder freie Länge). Natürlich sind die Anschlagoberflächen normalerweise im wesentlichen unbeweglich, und daher bilden sie eine Einspannung.

Eines der Probleme bei Haltefedern besteht darin, daß eine hohe Haltekraft eine steife Feder mit hoher Pederkonstante erfordert, die gegenüber Abmessungstoleranzen sehr empflindlich ist. Damit eine solche Feder eine geeignete Haltekraft oder trennende Kraft ausüben kann, muß sie normalerweise selbst zusammengedrückt werden, und es muß ihr gestattet sein, gegen die Anschlagoberflächen zurückzufedern. Auch ist die wirksame Federkraft recht empfindlich gegenüber dem Abstand zwischen den Anschlagflächen und gegenüber der Genauigkeit der Abmessungen der Feder selbst. Bei Anordnungen von Permanentmagneten in Motoren hat eine Vergrößerung des Abstands zx^ischen einem Paar benachbarter Anschlagflächen eine Verminderung des Abstands zwischen dem anderen Paar zur Folge, so daß die eine Feder zu fest und die andere zu lose eingebaut werden könnte. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Federn an Ort und Stelle nachzuformen und sie korrekt zu belasten in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit dem tatsächlich bestehenden und nicht einem theoretischen Abstand zwischen den Anschlagoberflächen.

Die Magnete werden eingebaut, indem sie so dicht wie vernünftigerweise möglich in einer symmetrischen Stellung gehalten werden, wobei gleichzeitig ein Zusammenbauwerkzeug mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit verwendet wird. Ein Paar unterer Ambosse oder Widerlager 40, 4l sind längs der Innenwand angeordnet. Sie haben Formflächen 42, 43, die flach oder eben (Figuren 3-5) oder leicht konkav (Figuren 15 und 16) sind. Ein Paar oberer Ambosse oder beweglicher Werkzeuge oder Dorne 44, 45 sind für eine Radialbewegung angeordnet, wie es durch die Pfeile 46 in Fig. 4 gezeigt ist, und diese Dorne haben vorzugsweise eine konvexe Oberfläche. Die Ausdrücke "obere" und "untere" beziehen sich aus Gründen der Bequemlichkeit nur auf diejenige Seite der

Feder, auf der der jeweilige Amboss oder Werkzeugteil angeordnet ist. Die Beziehung gegenüber der Lotrechten ist nicht wesentlich.

E ir, '■■ haltefeder wird zwischen jede der einander zugekehrten Anschlagflächen eingesetzt, und es ist zu bemerken, daß eine lose Passung vorliegen kann, was normalerweise der Fall sein wird. Die Haltefeder muß nicht zusammengedrückt werden, um sie zwischen die Anschlagflächen einzusetzen. In bequemer Weise kann sie vom Ende her eingesetzt werden, und sie muß nicht an den inneren Ecken 47i 48 (Fig. 5) vorbeigehen. Auf jeden Fall kann sie eine lose Passung in bezug auf die ihr benachbarten Anschlagflächen bilden, wodurch die Freiheit dieser Anordnung und Ausbildung gegenüber Zwängen oder Abhängigkeiten durch enge Toleranzen beim Einbau veranschaulicht wird.

Beim nächsten Schritt des Zusammenfügen werden die beweglichen Werkzeugteile oder Dorne so bewegt, daß sie das Zentrum des Scheitels oder der Ausbuchtung der Haltefeder berühren, wodurch die Finger nach außen und seitwärts gedrückt werden, so daß sie sowohl die Innenwand des Rings als auch die jeweilige Anschlagfläche berühren. Hierdurch werden die Toleranzen in dem System aufgenommen. Die beweglichen Werkzeugteile oder Dorne fahren fort, die Scheitel der Haltefeder auf eine Linie zuzubewegen, die zwischen den Berührungspunkten mit den Anschlagoberflächen zu denken ist, aber die Bewegung wird nicht bis über diese Linie hinaus fortgesetzt. Diese weitere Bewegung veranlaßt die Arme, sich zu krümmen, d. h. sich konvex von der Wand des Rings wegzubiegen. Diese Biegeverformung ist wenigstens teilweise vorübergehend, weil beim Entlasten eine Rückfederung auftreten würde, obwohl auch eine gewisse bleibende Verformung eintritt. Obwohl also die Haltefeder zu diesem Zeitpunkt so weit verformt wurde, daß sie Toleranzen aufnimmt und eine Belastung oder Kraft auf die Magnete und die Ringanordnung ausübt, würde dennoch eine wesentliche Rückfederung auftreten, wenn die Feder entlastet würde, und eine optimal

zuverlässige Anordnung könnte nicht erzeugt werden. Um eine Rückfederung zu vermeiden und maximale Haltekräfte an der Magnetanordnung sicherzustellen, besteht der abschließende Nachverformungsschritt an der Feder in einer bleibenden Nachbearbeitung eines örtlich begrenzten Bereichs oder örtlich begrenzter Bereiche, was die Wirkung hat, daß sich die Bogenkrümmung umkehrt oder öffnet, wodurch die seitliche Federbelastung vergrößert wird.

Das anfängliche Spreizen der Arme und die Aufwölbungswirkung ist in Fig. 4 gezeigt. Wegen der Eigenschaften des Metalls öffnet sich die winkelförmige Ausbuchtung oder der Scheitel bei dieser Ausbildung bzw. in dieser Stellung nicht einfach wie ein Buch. Statt dessen spreizen und krümmen sich die Arme nur geringfügig, und nach der Aufnahme des Spiels geben die Finger in der notwendigen Weise nach, um übermäßige örtlich begrenzte Kräfte auf die Anschlagflächen zu entlasten. Eine "Spitze" 28a, die in Fig. 4 übertrieben dargestellt ist, bleibt zurück. Selbst wenn diese Spitze nicht so ausgeprägt ist, bildet sie dennoch einen erhabenen abgerundeten örtlichen Bereich. Wenn die beweglichen Werkzeugteile oder Dorne schließlich in ihre Endstellung gelangen, formen sie den Scheitel oder die Einbuchtung in dem örtlich begrenzten Bereich nach und ändern hier die Krümmung bleibend, so daß der öffnungswinkel zwischen den Armen vergrößert wird, wodurch die ausgeglichene Länge der Arme weiter aufgebogen oder gekrümmt wird mit der Folge, daß Biegebeanspruchungen wenigstens bis dicht an die Streckgrenze und vorzugsweise über die Streckgrenze hinaus verursacht werden. Der Anstieg der Biegebeanspruchungen der Arme vergrößert die Trennkräfte an den Enden der Arme.

Dieses Nachverformen an Ort und Stelle ist aufgetreten, nachdem die Haltefeder die Toleranzen aufgenommen und eine anfängliche Federspannung durch Krümmung erhalten hat. Wie stark diese auch immer variabel gewesen sein mögen, als Folge der abschliessenden bleibenden Verformung bleibt eine ausreichende Bewe-

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gungsmöglichkeit zurück,um in einer gegebenen Ausbildung und Anordnung einer Haltefeder fast maximale Trennkräfte zu erzeuge i, unabhängig von den verhältnismäßig großen Variationen in der Baulänge im zusammengefügten Zustand. Die Beseitigung der Zurückfederung ist gering, weil sie auf den kleinen Bereich der gebogenen oder gekrümmten Haltefeder beschränkt ist, der zwischen den beweglichen Werkzeugteilen 44 und 45 nachgeformt wurde. Auf diese Weise wird eine zuverlässige und geeignete, vorhersagbare Federbelastung in der Haltefeder erzeugt, nachdem diese in ihre Arbeitsstellung eingesetzt ist.

Das verhältnismäßig leichtere Biegen der Pinger gestattet eine einfache Anpassung der Gestalt des bleibend verformten Bauteils über einen breiten Bereich von Toleranzen der Teile und ihrer Anordnung. Es ist ersichtlich, daß die durch den inneren Amboss oder das Widerlager ausgeübte Kraft eine bleibende Verformung deswegen verursacht hat, weil das Metall bis auf ein Beanspruchungsniveau oberhalb seiner Elastizitätsgrenze beansprucht wurde. Figur 4 veranschaulicht, daß die Geometrie der Ambossoberflächen und der Einbuchtung bzw. des Scheitels derart ist, daß eine Änderung der Form im Sinne einer Änderung der Biegung leicht eintreten kann.

Die Ämbossteile oder Werkzeugteile werden nun getrennt und die Werkzeuganordnung wird herausgezogen, wobei die geringfügige Zurückfederung der Haltefeder ein leichtes Entfernen der Werkzeuge gestattet.

Es ist zu bemerken, daß diese Anordnung durch die einfache Anwendung von Kräften zwischen den oberen und unteren Ambossteilen verursacht wurde, wodurch ein Haltesystem geschaffen wurde, das vollständig den jeweiligen speziellen Einbaubedingungen angepaßt ist oder auf diese bezogen ist, statt auf theoretische Abmessungen.

Es sind wichtige Abwandlungen gegenüber dem einfachsten Ausführungsbeispiel möglich, das in den Figuren 1 bis 5, 7 und 8 gezeigt ist. Z. B. ist in Fig. 13 eine Haltefeder 70 gezeigt, die alle Merkmale und die gleiche allgemeine Konstruktion hat wie die Haltefeder 25· Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, daß ihre Öffnung 71 einen abgerundeten Scheitel 72 hat, der das Spreizen und Biegen der Arme 73 und 74 ausgeprägter macht, wenn der Scheitel gegen das Widerlager flachgedrückt wird.

Fig. 14 zeigt eine Haltefeder 80, deren Einbuchtung 81 komplexer ist. Diese Feder ist in ihrer Abmessung breiter und sie weist zwei Scheitel 82 und 83 auf, die ähnlich dem Scheitel 72 sind. Diese Konstruktion ist dann nützlich, wenn größere Zwischenräume zu überspannen sind. Es werden zwei Sätze von Widerlagern verwendet, jeweils einer für jeden der Scheitel. Abgesehen von der Mehrzahl der Scheitel und Unterschieden in den Abmessungen ist die Haltefeder 80 in jeder Beziehung sonst ähnlich der Feder 25.

Die Fig. 15 und 16 zeigen bevorzugte Werkzeugausbildungen. Ein beweglicher oberer Dorn 90 und ein festes unteres Widerlager 91 sind vorgesehen, wie zuvor beschrieben. Jedoch hat der Dorn 90 eine gekrümmte Nase 92_s und das Widerlager 91 hat eine konkave Formfläche 93 mit einem zurückgesetzten mittleren Teil 94 und einer Spitze 95, 96 zu beiden Seiten davon. Fig. zeigt die Werkzeuganordnung am Ende des ersten Schritts; sie hat die Haltefeder zur Aufnahme der Toleranzen und zur Herstellung der anfänglichen Krümmung aufgeweitet.

Fig. l6 zeigt den abschließenden Schritt, und hier hat der bewegliche Werkzeugteil oder Dorn sich über seinen vollen Weg bewegt und über eine begrenzte Länge der Krümmung an dem Scheitel eine konkave Gestalt 97 ausgeformt. Auf diese Weise hat der mittlere Bereich eine sogar noch mehr ausgeprägte Änderung der Krümmung erfahren, um die Arme noch mehr zu spreizen, als wenn das untere Widerlager flach wäre.

Zentrierkerben 99 (Pig. 7) können wahlweise an den Kanten oder Enden der Ausbuchtung oder des Scheitels ausgebildet werden. "Hese oder andere Maßnahmen, wie beispielsweise ein einziges lG?h, können durch die Werkzeuge bewirkt werden, um die Feder währen' des Einsetzens und der Verformung zentriert zu halten, so da3 sie nicht übermäßig nach der einen oder der anderen Seite wegwandert.

Die Fig. 6 und9 bis 12 veranschaulichen, daß die Einbuchtung oder der Scheitel der Haltefeder sich nicht in axialer Richtung längs der Wand des Rings erstrecken muß, sondern statt dessen normal oder senkrecht dazu sein kann. Anders gesagt, eine durch den Scheitel und beide Arme gelegte Ebene liegt längs der Wand statt senkrecht zu der Wand.

In Fig. 6 sind zwei Haltefedern 100, 101 gezeigt, die zwischen Magnete 102, 103 eingesetzt sind und gegen Anschlagflächen 104, 105, 106, 107 anliegen. Die Federn liegen auch gegen die Innenwand ίθ8 des Stahlrings 109 an. Die Detailkonstruktion dieser zueinander identischen Haltefedern ist am besten in den Figuren 9 bis 11 gezeigt.

In Fig. 9 ist die Feder 100 mit einer zentralen Einbuchtung oder einem Scheitel 110 und mit zwei Armen 111, lila gezeigt. Die Feder ist aus Draht oder Stabmaterial gebildet. Wie am besten in Fig. 11 gezeigt ist, hat sie allgemein abgerundete Kanten und eine äußere gerade Oberfläche 112 (Berührungsoberfläche), die gegen die Anschlagflächen anliegt. Die anfängliche Gestalt der Feder ist in Fig.10 gezeigt, wonach die Einbuchtung oder der Scheitel anfänglich flach oder nach oben abgerundet sein kann, wie es zuvor gezeigt wurde. Ein flacher Scheitel ist etwas vorteilhafter, weil er leichter zentriert bleibt, statt nach einer Seite auszuwandern, wenn die Werkzeugteile dagegen gedrückt werden. Jedoch arbeitet auch ein etwas abgerundeter oder selbst ein spitzer Scheitel zufriedenstellend. Die Arme sind um eine gewisse Entfernung auseinandergespreizt,

die es der Feder gestattet, zwischen die Anschlagoberflächen leicht eingesetzt zu werden. Dann wird die Haltefeder zwischen den Werkzeugteilen in einem begrenzten Bereich ihrer Arbeitslänge nachgeformt, wie es zuvor beschrieben wurde, um die Bogenkrümmung umzukehren und die Arme zu veranlassen, sich auseinanderzuspreizen, die Toleranzen aufzunehmen und die Krümmung mit einer Spannung zu belasten. Ein Werkzeug ähnlich dem in den Pig. 15 und 16 gezeigten kann verwendet werden. Die vorteilhafteste Technik besteht darin, eine umgekehrte Krümmung 113 in dem Scheitel, wie dargestellt, auszubilden. Als Alternative könnte der Scheitel mit einer anfänglich konvexen Gestalt hergestellt und dann abgeflacht worden sein, wenn die Feder an Ort und Stelle nachgeformt wird.

Fig. 12 zeigt eine Haltefeder 120, die im wesentlichen eine Kombination von zwei der in den Fig. 9 bis 11 gezeigten Federn ist. Die Feder 120 hat ein Paar Scheitel 121 und 122, und jeder Scheitel verbindet ein Paar von Armen, wie zuvor. Jedoch sind zwei der Arme miteinander verbunden. Das Einsetzen dieser Feder ist identisch zu demjenigen des Ausführungsbeispiels von Fig· 9 j mit der Ausnahme, daß zwei Werkzeugsätze gleichzeitig verwendet werden.

Fig. 17 zeigt zusätzliche Einrichtungen zum Sichern der Anordnung gegen unübliche Stoßbelastungen, die beim Versand oder bei abnormaler Verwendung auftreten könnten. Ein Rohrabschnitt 200 in der Innenwand 201 nimmt ein Paar Magnete 202, 203 auf, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen. Das Rohr hat eine Mittelachse 204. Eine Haltefeder 205 nach irgendeinen der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist zwischen die zwei Magnete eingesetzt. Anschläge oder Arretierungen zum Beschränken oder Verhindern irgendwelcher Verlagerungen der Magnete infolge von Vibrationen oder Stoßen, beispielsweise die Arretierungen oder Anschläge 206, 207, können an der Innenwand des Rohres angeordnet sein. Die Arretierungen können aus Metall bestehen, und sie können erhabene nasenartige Ausbildungen sein, die dort

angeordnet sein können, wo eines oder beide Enden der Magnete angeordnet werden sollen. . Jede gewünschte Anzahl der Anschläge oder Arretierungen kann vorgesehen sein, und diese Arretierungen könnten statt dessen ringartige Konstruktionen sein, wer.' u*es vorgezogen wird.

Für einige Anordnungen ist es ausreichend, nur eine Haltefeder zu verwenden. Ein Beispiel hierfür ist in Pig. 18 gezeigt, wo das Rohr 210 mit einer Innenwand 211 Magnete 212, 213 aufweist, die in dem Rohr mittels einer Haltefeder 214 gehalten sind. Die Feder 214 kann gemäß irgendeinem der vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiele ausgebildet sein. Die Anschlagflächen 215, 216, die von der Feder 214 abgekehrt liegen, müssen natürlich eingespannt sein. Ein Abstandsglied (nicht dargestellt) könnte in Anlage mit diesen Oberflächen angeordnet sein, oder statt dessen können Anschläge oder Arretierungen 217» 218 an der Innenwand ausgebildet sein, gegen die die Magnete anliegen. Wie in Fig. 17 können diese Anschläge oder Arretierungen durch eine Verformung des Metalls mittels einer Kraft gebildet werden, die auf die Außenwand des Rohres ausgeübt wird.

Zusammengefaßt wird bei allen Ausführungsbeispielen eine Haltefeder aus einem nachverformbaren nachgiebigen Metall in einer bogenförmigen oder wellenartigen Struktur hergestellt, mit Armen an jedem Ende, die Anschlagflächen an den zu haltenden Gegenständen gegenüberliegen und diese Anschlagflächen berühren. Die Feder hat eine Einbuchtung oder Ausbuchtung mit einem oder mehreren Scheitelteilen an einer Stelle, die gegenüber den Lastübertragungspunkten versetzt ist und die auch oberhalb der endgültigen Bauhöhe der Haltefeder im nachgeformten Zustand liegt.

Der Einbauvorgang weist drei aufeinanderfolgende Schritte auf:

a) Verminderung der Höhe der Feder mit damit einhergehender Verbreiterung oder Ausdehnung der Arme zur Aufnahme von Spiel in der Anordnung. Dies kann dadurch erreicht werden,

daß zunächst die Arme veranlaßt werden, längs einer Oberfläche zu gleiten, beispielsweise längs der Innenwand des Rings, oder allein durch Aufspreizen der Arme durch Umkehrung der Krümmung in einem begrenzten Bereich einer Einbuchtung oder eines Scheitelteils der Feder.

b) Weitere Verminderung der Höhe und/oder Umkehrung der Krümmung der Einbuchtung zur Schaffung einer Krümmungsdeformation, die bleibend sein kann, um die Arme unter Pederbelastung gegen die Anschlagflächen zu drücken. Dies ist eine Fortsetzung des obigen Schrittes a) und kann als Ergebnis ein zufälliges Biegen der Arme aufweisen, oder ein genauer gesteuertes Biegen, wenn die Geometrie dafür ausgelegt ist, oder ein Einrollen von Teilen, die zu diesem Zweck vorgesehen sind, beispielsweise die Finger gemäß den Figuren 1 bis 5.

c) Schließlich Nacharbeiten eines begrenzten Scheitelbereichs, wodurch dieser Bereich dauerhaft verformt wird, um dessen Krümmung zu ändern, und Vergrößerung der Bogenkrümmung und der Spannung in den Armen.

Es ist ferner zu bemerken, daß anstelle des Haltens von zwei Gegenständen unter Verwendung von zwei Haltefedern, wobei jede der Haltefedern gegen zwei Gegenstände anliegt, eine der Anschlagflächen statt dessen an einer festen Struktur ausgebildet sein und nur ein Gegenstand gehalten werden könnte. Ferner können dauerhafte Anschläge oder Arretierungen anstelle einer der Haltefedern verwendet werden.

Der hier manchmal verwendete Ausdruck "wirkliche Länge" oder "freie Länge" beschreibt die Länge der Haltefeder, d. h. den Abstand zwischen ihren Berührungspunkten, wenn keine Spannung vorliegt. Dies ist nicht die erste Ausdehnungsverformung, bei der die Feder zur Aufnahme des Spiels in der Anordnung verformt wird. Vielmehr ist es die Folge des weiteren Verbiegens oder

Krümmens der Arme sowie der bleibenden Verformung in dem begrenzten Bereich in der Einbuchtung oder dem Scheitel. Diese - .nähme in wirklicher oder, freier Länge ist niemals tatsächlich a.' >r Haltefeder realisiert, weil deren Ausdehnung durch die Ansc Ic"flächen Widerstand entgegengesetzt wird, wodurch die Arme veranlaßt werden, gebogen oder gekrümmt zu werden und Energie zu speichern. Wenn somit die Nachverformungskräfte aufgehoben werden, sind die durch Rückfederung eintretenden Energieverluste auf denjenigen verhältnismäßig kleinen Bereich der Arbeitslänge begrenzt, der zur Umkehrung der Bogenkrümmung nachverformt oder nachbearbeitet wurde. Die Haltefeder läßt sich schnell und wirksam mit ihrer endgültigen Gestalt und mit maximaler Belastung einsetzen, unabhängig von sich ändernden Toleranzen in der Gesamtanordnung.

Claims

HELMUT*SCf-iROE*fEtr KLAUS LEHMANN 3311710

DlPU-PHYS. DIPL.-ING.

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PLUS Manufacturing Comp. an-ps-10

L/Be 30. März 1983

Haltefeder

Patentansprüche

/Ώ Haltefeder, die einen Gegenstand unter Vorspannung setzt, um ihn an Ort und Stelle zu halten, wobei der Gegenstand eine Anschlagfläche hat, die auf die Feder zumeist und durch diese berührt wird, wobei die Feder auch gegen eine zweite Anschlagfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder einen Metallkörper aufweist, der ein Paar von mit gegenseitigem Abstand versehenen Armen aufweist, von denen jeder eine Berührungsoberfläche hat, wodurch mit Abstand voneinander versehene. Abschnitte jedes Arms· in Berührung mit einer zugehörigen Anschlagfläche kommen, und wobei eine Einbuchtung oder ein Scheitel die Arme miteinander verbindet, wobei das Metall des Federkörpers eine ausreichende Federbelastbarkeit sicherstellt und eine dauerhafte Verformung gestattet, wobei nach dem Einsetzen der Haltefeder zwischen die Anschlagflächen die Einbuchtung oder der Scheitel örtlich dauerhaft durch eine Beanspruchung verformt ist, die derart ausgeübt wird, daß ohne Einspannung zwischen den bzw. Beaufschlagung durch die Anschlagflächen die freie Länge oder wirkliche Länge der Haltefeder vergrößert würde, wodurch die Arme gekrümmt oder gebogen werden und Energie speichern, die eine Kraft gegen die Anschlagflächen ausübt

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2. Haltefeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine gekrümmte Oberfläche hat und durch die Feder derart beaufschlagt ist, daß der Gegenstand gegen eine Gleitbewegung längs einer ähnlich gekrümmten Wand als Folge eines Reibungswiderstandes gehalten ist.
3. Haltefeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung oder der Scheitel und die Arme eine beträchtliche Breite haben und daß die Berührungsflächen nahe den Stirnenden der Arme angeordnet sind.
4. Haltefeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme benachbart ihren Enden gekrümmt oder eingerollt sind.
5. Haltefeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schlitze in den gekrümmten oder eingerollten Abschnitten zur Bildung von Fingern ausgebildet sind.
6. Haltefeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrierkerbe an jedem Ende oder jeder Kante der Einbuchtung oder des Scheitels ausgebildet ist.
7. Haltefeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen an den Armen an einer Stelle vorgesehen sind, die von den freien Enden mit Abstand angeordnet ist, und daß die Einbuchtung oder der Scheitel und die Arme alle benachbart der Wand angeordnet sind.
8. Haltefeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der· Einbuchtung oder des Scheitels durch Materialverformung dauerhaft verändert wurde.
9. Haltefeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung oder der Scheitel auf einer

bezüglich der Wand gegenüberliegenden Seite einer Linie angeordnet ist, die zwischen den Berührungspunkten mit den Anschlagflächen gezogen oder zu denken ist.
10. KOi. ^ination wenigstens einer Haltefeder gemäß Anspruch 2 mit einem starren rohrförmigen Ring, der die ähnlich gekrümmte Wand als Zylinder aufweist und mit einer Mehrzahl der gekrümmten Gegenstände, von denen jeder die Anschlagflächen trägt.
11. Kombination nach Anspruch 1Ö, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung oder der Scheitel und die Arme eine wesentliche Breite haben, und daß die Berührungsflächen nahe den Stirnenden der Arme angeordnet sind.
12. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichne t, daß die Berührungsflächen an den Armen an einer Stelle angeordnet sind, die mit Abstand von den freien Enden angeordnet ist, und daß die Einbuchtung oder der Scheitel und die Arme alle benachbart der Wand angeordnet sind.
13. Haltefeder zum Ausüben einer Trennkraft zwischen zwei benachbarten, mit gegenseitigem Abstand angeordneten Anschlagflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltefeder einen Metallkörper aufweist, der ein Paar von mit Abstand angeordneten Armen hat, wobei jeder Arm eine Kontaktfläche aufweist und wobei eine Einbuchtung oder ein Scheitel die Arme miteinander verbindet, wobei das Metall des Federkörpers eine bedeutende Pederbelastbarkeit aufweist und eine bleibende Verformung gestattet.
14. Haltefeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung oder der Scheitel eine wesentliche Breite hat und daß die Berührungsflächen gekrümmt und benachbart den freien Enden der Arme angeordnet sind.
15. Haltefeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen geschlitzt sind, wodurch sie an Fingern ausgebildet sind.
16. Haltefeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsstelle zwischen den Armen als Einbuchtung ein Scheitel ausgebildet ist, der eine konvexe, sich an der Verbindungsstelle erhebende Biegung darstellt.
17· Haltefeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung oder der Scheitel zwischen den Armen eine wesentliche Abmessung oder Erstreckung hat.
18. Verfahren zum Einbau einer Haltefeder zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anschlagflächen, so daß die Feder eine Trennkraft gegen die Anschlagflächen ausübt, wobei diese Flächen zwischen sich einen Abstand aufweisen und benachbart einer Wand liegen, wobei die Haltefeder einen blechartigen federnden Metallkörper aufweist, der zwei Arme mit Berührungsflächen hat, die gegen jeweils eine der Anschlagflächen anliegen, und wobei eine Einbuchtung oder eine Verbindungsstelle zwischen den Armen und diese verbindend vorgesehen ist, wobei die Einbuchtung oder der Scheitel beträchtlich gegenüber einer Linie versetzt ist, die sich zwischen den Berührungsflächen erstreckt, und wobei der Abstand zwischen den Berührungsflächen anfänglich kürzer ist als der Abstand zwischen den Anschlagflächen, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

- Einsetzen der Haltefeder zwischen die Anschlagflächen,

- Ausübung eines Drucks auf die Einbuchtung oder den Scheitel, um die tatsächliche Länge der Haltefeder zu vergrössern, so daß diese den Abstand zwischen den Anschlagflächen einnimmt,

- Fortsetzung des Drucks auf die Einbuchtung oder den Scheitel, um die wirkliche oder freie Länge der Haltefeder zu vergrößern und dadurch die Arme zu biegen oder zu krümmen,

- dauerhaftes Verformen oder Nachverformen eines begrenzten L· Reichs der Einbuchtung oder des Scheitels, um deren bzw. dessen Krümmung derart zu verändern, daß die freie oder wirkliche Länge der Feder zusätzlich vergrößert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Arme auch gegen die Wand gepreßt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t, daß der Federkörper zunächst einen konvexen Scheitel in dem begrenzten Nachverformungsbereich aufweist, dessen Krümmung während der Nachverformung vermindert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichne t, daß der dritte Verformungsschritt (dauerhaftes Nachverformen) durch Pressen des begrenzten Bereichs in einem Werkzeug erzielt wird, das gekrümmte Formflächen aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Arme anfänglich gekrümmt oder eingerollt sind, wobei während des zweiten Verformungsschritts (Fortsetzung des Druckes) die Arme zusätzlich eingerollt werden, um Toleranzen aufzunehmen.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Arme anfänglich gebogen sind, wodurch sie während des zweiten Verformungsschrittes (Fortsetzung des Druckes) zusätzlich gebogen werden, um Toleranzen aufzunehmen.
24. Haltefeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme benachbart ihren Enden gebogen sind.
25. Haltefeder nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß Schlitze in den gebogenen Teilen zur Bildung von Fingern ausgebildet sind.