DE4129172C2 - Verfahren zum Haspeln von Bunden mit konzentrischen Windungen aus walzhartem, vergütetem oder auf andere Weise wärmebehandeltem Draht mit sich periodisch verändernden Drahtdurchmessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Haspeln von Bunden mit konzentrischen Windungen aus walzhartem, vergütetem oder auf andere Weise wärmebehandeltem Draht, insbesondere aus Federstahl, bestehend aus bikonischen Sequenzen mit sich periodisch verändernden Drahtdurchmessern, wobei eine bikonische Sequenz einen zentralen, zylindrischen Abschnitt mit einem größeren Drahtdurchmesser aufweist, an den sich beidseitig gleichartige oder ungleichartige, konische oder anders geformte Übergänge anschließen, die sich in zylindrische Abschnitte mit gleichen oder unterschiedlichen Drahtdurchmessern, die kleiner sind als der Durchmesser des zentralen, zylindrischen Abschnittes, fortsetzen, wobei der Draht eine plastische Verformung erfährt.

Das Haspeln von Draht zu Bunden mit konzentrischen Windungen zum leichteren Transport und zur raumsparenden Lagerung erfolgt sowohl durch plastisches wie auch elastisches Biegen der Drahtader.

Federstahldrähte mit konstantem Drahtdurchmesser zur Herstellung von Schraubenfedern lassen sich auf diese Weise in Haspelanlagen, beispielweise Korbspulern, ohne Schwierigkeiten zu Bunden mit konzentrischen Windungen haspeln.

Bei Federstahldrähten mit sich periodisch über konstante Teillängen verändernde Drahtdurchmesser, nachstehend bikonische Sequenzen genannt, die bevorzugt zu Schraubenfedern mit progressiver Federkennlinie verarbeitet werden, deren Windungen sich beim Einfedern ineinanderlegen und dadurch die Fahreigenschaften von Automobilen verbessern und auch zu einer Gewichtseinsparung führen, krümmen sich beim elastischen Haspeln die Abschnitte mit den größeren Drahtdurchmessern weniger stark als die mit den kleineren Durchmessern. Infolgedessen bilden sich Windungen mit unterschiedlichen Krümmungsradien, die ein blütenförmiges Aussehen zeigen und die gegenüber konzentrisch gewickelten Windungen ein Vielfaches an Volumen beanspruchen mit nachteiligen Folgen für Transport und Lagerung. Derart gewickelte Windungen können nur dann konzentrisch abgelegt werden, wenn die Drahtdurchmesser, die Sequenzlänge und die äußeren und inneren Durchmesser von Korbspulern aufeinander abgestimmt sind.

In der EP-A 0 215 006 B1 werden deshalb ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rundbiegen und Wickeln von eingangs beschriebenen Drähten zu ringförmigen Bunden vorgestellt, demzufolge der aus bikonischen Sequenzen bestehende Draht vor dem Haspeln derart plastisch verformt wird, daß der Draht in den Abschnitten mit kleineren Durchmessern eine stärkere Durchbiegung erfährt als in den Abschnitten mit größerem Durchmesser.

Diesem Lösungsvorschlag haftet der Nachteil an, daß der Federstahldraht, insbesondere im vergüteten Zustand, d. h. bei hoher Festigkeit, vor dem Kaltwinden zu einer Feder auf einem hierzu geeigneten Automaten sowohl in den Abschnitten mit großem Durchmesser als auch in den Abschnitten mit kleinem Durchmesser plastisch aufgebogen und gerichtet werden muß. Das erfordert eine ständige Anpassung der Richtrollen an den jeweiligen Drahtdurchmesser, was nur mit einer aufwendigen Steuerung durchführbar ist.

In der EP 0 266 491 A1 wird vorgeschlagen, den Draht mit sich periodisch verändernden Durchmessern ebenfalls durchgehend plastisch vorzubiegen, aber im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Verfahrensweise ist im spannungsfreien Zustand der Krümmungsradius der plastischen Biegungen der dickeren Drahtabschnitte geringer als der Krümmungsradius der plastischen Biegungen der dünneren Abschnitte, d. h. die dickeren Drahtdurchmesser erfahren eine stärkere plastische Biegung als die dünneren. Damit soll erreicht werden, daß beim Abhaspeln mit konstanter Einstellung der Richtrollen auf die großen Drahtdurchmesser sowohl die dicken Abmessungen als auch jene mit kleinem Durchmesser ausreichend gerichtet werden. Da aber der durchgehend plastisch vorgebogene Draht mit Hilfe der Richtrollen auch durchgehend plastisch rückgebogen werden muß, also plastisch zu einer Geraden geformt werden muß, um nachfolgend Federn winden zu können, deren Windeachse um 90° gegenüber der ursprünglichen Biegeachse gedreht ist, sind Fehlausbildungen nicht auszuschließen, insbesondere auch deshalb nicht, weil die Rückbiegeverhältnisse im Richtaggregat vom jeweiligen Verhältnis des großen zum kleinen Drahtdurchmesser abhängen.

Die EP 0 266 491 A1 geht demnach grundsätzlich von einer plastischen Biegung in den Abschnitten mit kleinerem Durchmesser aus, während es für die Qualität einer aus walzhartem, vergütetem Draht mit sich über die Länge veränderndem Durchmesser hergestellten Feder von entscheidender Bedeutung ist, daß in den Abschnitten mit kleinerem Durchmesser keinerlei plastische Verformung zugelassen wird, so daß in diesen Bereichen nachfolgende Richtarbeiten entfallen und somit Spannungen im Draht ausgeschlossen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verfahrensweg vorzuschlagen, walzharte, vergütete oder auf sonstige Weise wärmebehandelte Drähte mit über die Länge des Drahtes sich periodisch verändernde Durchmesser, insbesondere solche aus Federstahl, derart vorzubiegen, daß das Haspeln des Drahtes zu Bunden mit konzentrischen Windungen ohne Schwierigkeiten durchführbar ist und vor dem Federwinden nur ein beschränkter Richtvorgang vonnöten ist, um fehlerfreie Federgeometrien zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, bezogen auf eine bikonische Sequenz im Draht, die zylindrischen Abschnitte mit kleinem Durchmesser und die angrenzenden konischen Übergänge zum zentralen, zylindrischen Abschnitt mit großem Durchmesser ohne jegliche plastische Verformung rein elastisch gehaspelt werden, und daß ausschließlich der zentrale, zylindrische Abschnitt mit einem Krümmungsradius R₁ plastisch vorgebogen wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der aus bikonischen Sequenzen bestehende Draht vor dem Haspeln in den zentralen, zylindrischen Abschnitten und zusätzlich in den angrenzenden nicht zylindrischen Abschnitten bis zu einem Grenzdurchmesser dx plastisch vorgebogen wird und unterhalb des Grenzdurchmessers dx und in den angrenzenden, zylindrischen Abschnitten rein elastisch gehaspelt wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung st vorgesehen, daß die bis zu dem Grenzdurchmesser dx elastisch gebogenen Übergänge weniger stark gekrümmt sind als der zentrale, zylindrische Abschnitt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Krümmungsradius R₁ der plastischen Biegung des zentralen, zylindrischen Abschnittes größer oder gleich dem Radius Ri der inneren Korbbegrenzung eines Korbspulers und kleiner oder gleich dem Radius Ra der äußeren Korbbegrenzung des Korbspulers ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nicht wie bisher üblich der Draht durchgehend plastisch vorgebogen wird, um konzentrische Windungen herzustellen und daß dementsprechend die Rückbiege- und Richtvorgänge vor dem Federwinden nur auf die Abschnitte mit größerem Drahtdurchmesser beschränkt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die Kontur einer bikonischen Sequenz,

Fig. 2 die Kontur einer erfindungsgemäß gebogenen bikonischen Sequenz im entspannten Zustand,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen nach dem Stand der Technik gebogenen und in einem Korbspuler zu konzentrischen Windungen gehaspelten Draht (schematisch) und

Fig. 4 das Richten und Winden eines erfindungsgemäß gebogenen und zu konzentrischen Windungen gehaspelten Drahtes (schematisch).

Fig. 1 zeigt die Kontur einer bikonischen Sequenz 12. Die bikonische Sequenz 12 besteht aus einem zentralen, zylindrischen Abschnitt 3 mit dem zugehörigen Drahtdurchmesser d₃ und der Länge l₃, an den sich beidseitig konisch ausgebildete Übergänge 2, 4 der Längen l₂ und l₄ anschließen. Der Durchmesser d₃ des zentralen Abschnittes 3 reduziert sich im Verlauf der Übergänge 2,4 auf die Durchmesser d₁ und d₅ der angrenzenden, zylindrischen Abschnitte der Längen l₁ und l₅.

Die Abschnitte 1, 5 können gleiche oder unterschiedliche Längen l₁, l₅ und Durchmesser d₁, d₅ aufweisen; ebenso können die angrenzenden Übergänge 2, 4 gleich oder verschieden lang sein und zudem in Segmente mit unterschiedlicher Konizität und/oder ballig oder anders geformt ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren plastisch gebogene Sequenz 12 im spannungsfreien Zustand. Der zentrale, zylindrische Abschnitt 3 mit dem größten Durchmesser d₃ weist infolge der plastischen Verformung einen Bogen mit dem Mittelpunktswinkel α und dem Krümmungsradius R₁ auf. Die angrenzenden, konischen Bereiche der Übergänge 2, 4 sind bis zu einem Grenzdurchmesser dx plastisch zu einem Bogen mit dem Mittelpunktswinkel α′ und dem Krümmungsradius R₁′ gebogen, wobei R₁′ größer als R₁ ist, d. h. diese konischen Teilbereiche sind weniger stark vorgebogen als der zentrale Abschnitt 3.

Ab dem Grenzdurchmesser dx sind die konischen Übergänge 2, 4 ebenso wie die angrenzenden, zylindrischen Abschnitte 1, 5 der Sequenz 12 nicht mehr plastisch verformt. Nach dem plastischen Biegen besteht eine bikonische Sequenz 12 im spannungsfreien Zustand aus einem gekrümmten Abschnitt 3 mit dem Krümmungsradius R₁ sowie den ebenfalls bis zu dem Grenzdurchmesser dx plastisch gekrümmten Übergängen 2, 4 mit dem größeren Krümmungsradius R₁′ und aus den daran anschließenden, nicht plastisch verformten Restbereichen der Übergänge 2, 4 und den zylindrischen Abschnitten 1, 5. Beim Haspeln werden die nicht plastisch verformten Abschnitte rein elastisch gebogen, so daß sie im spannungsfreien Zustand zu einer Geraden mit dem Krümmungsradius R₂= ∞ wieder aufspringen.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß je nach Bedarf lediglich der zentrale, zylindrische Abschnitt 3 vor dem Haspeln plastisch vorgebogen wird und die angrenzenden Übergänge 2, 4 sowie die zylindrischen Abschnitte 1, 5 nur rein elastische Verformungen beim Haspeln erfahren.

Fig. 3 zeigt als Vergleich die Draufsicht auf einen nach dem Stand der Technik vorgebogenen und zu einem konzentrischen Drahtbund 6 in einem Korbspuler 13 gehaspelten Draht. Derart gewickelte Windungen können nur dann konzentrisch abgelegt werden, wenn die Drahtdurchmesser, die Sequenzlänge und die äußeren und inneren Durchmesser von Korbspulern aufeinander abgestimmt sind.

Beim Einspulen des erfindungsgemäß vorgebogenen Drahtes in den rotierenden Korbspuler 13 legt sich der dünne Drahtanfang innen an die Außenbegrenzung des Korbspulers 13 an, so daß der dünne, zylindrische Abschnitt 1 und der konische Übergang 2 bis zu dem Grenzdurchmesser dx elastisch eingebogen werden. Anschließend werden der ab dem Grenzdurchmesser dx plastisch vorgebogene Übergang 2 sowie der mit dem Radius R₁ ebenfalls plastisch vorgebogene zylindrische Abschnitt 3 praktisch spannungsfrei in den Korbspuler 13 eingeführt, wobei eine zusätzliche, leichte elastische Biegung durchaus dienlich sein kann. Daran schließen sich unter elastischer Biegung die dünneren Bereiche des konischen Überganges 4 und der zylindrische Abschnitt 5 an. Beim weiteren Haspeln wechseln unter elastischer Biegespannung stehende dünne mit spannungsfreien, plastisch vorgebogenen dickeren Drahtabschnitten ab; insgesamt entsteht dadurch ein Drahtbund 6 mit konzentrischen Windungen, in aller Regel kreisförmig ausgebildet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Krümmungsradius R₁ des zentralen, zylindrischen Abschnittes 3 zwischen dem Radius R_i der inneren Begrenzung und dem Radius R_a der äußeren Begrenzung eines Korbspulers 13 liegt, d. h. R_i R₁ R_a ist.

Gemäß Fig. 4 wird der erfindungsgemäß hergestellte Drahtbund 6 um eine Achse 7 abgespult, der Draht 14 über parallel zur Achse 7 gelagerte Richtrollen 8 in den plastisch verformten, zentralen Abschnitten 3 sowie in den daran anschließenden Übergängen 2, 4 bis zum Grenzdurchmesser dx rückgebogen und gerichtet und von den Windestiften oder -rollen 9 des Windeautomaten 10 in der gleichen Biegeachse und in Aufbiege- und Richtrichtung zur Schraubenfeder 11 gewunden. Das plastische Rückbiegen erfolgt in der gleichen Biegeebene wie das erfindungsgemäße Vorbiegen.

Richtarbeit wird dabei lediglich in den Drahtabschnitten mit einem Durchmesser < dx erforderlich, während die Drahtabschnitte mit einem Durchmesser < dx allenfalls von den Richtrollen 8 geführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Haspeln von Bunden mit konzentrischen Windungen aus walzhartem, vergütetem oder auf andere Weise wärmebehandeltem Draht, insbesondere aus Federstahl, bestehend aus bikonischen Sequenzen mit sich periodisch verändernden Drahtdurchmessern, wobei eine bikonische Sequenz einen zentralen, zylindrischen Abschnitt mit einem größeren Drahtdurchmesser aufweist, an den sich beidseitig gleichartige oder ungleichartige, konische oder anders geformte Übergänge anschließen, die sich in zylindrische Abschnitte mit gleichen oder unterschiedlichen Drahtdurchmessern, die kleiner sind als der Durchmesser des zentralen Abschnittes, fortsetzen, wobei der Draht eine plastische Verformung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf eine bikonische Sequenz im Draht, die zylindrischen Abschnitte mit kleinem Durchmesser und die angrenzenden konischen Übergänge zum zentralen, zylindrischen Abschnitt mit großem Durchmesser ohne jegliche plastische Verformung rein elastisch gehaspelt werden, und daß ausschließlich der zentrale, zylindrische Abschnitt mit einem Krümmungsradius R₁ plastisch vorgebogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus bikonischen Sequenzen bestehende Draht vor dem Haspeln in den zentralen, zylindrischen Abschnitten und zusätzlich in den angrenzenden nicht zylindrischen Abschnitten bis zu einem Grenzdurchmesser dx plastisch vorgebogen wird und unterhalb des Grenzdurchmessers dx und in den angrenzenden zylindrischen Abschnitten rein elastisch gehaspelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bis zu dem Grenzdurchmesser dx plastisch gebogenen Übergänge weniger stark gekrümmt sind als der zentrale zylindrische Abschnitt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius R₁ der plastischen Biegung des zentralen zylindrischen Abschnittes größer oder gleich dem Radius Ri der inneren Korbbegrenzung eines Korbspulers und kleiner oder gleich dem Radius Ra der äußeren Korbbegrenzung des Korbspulers ist.