DE4306895C1 - Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, aus im wesentlichen vollrunden Querschnitt aufweisendem Federdraht, welcher von einem Drahtvorrat abgezogen und zur Erzielung eines teilweise unrunden bzw. abgeplatteten Querschnittes bzw. eines Querschnittes mit Profilvorsprüngen oder -kanälen mit Verformungswerkzeugen bearbeitet sowie in den Wirkbereich von Biege- bzw. Wickelwerkzeugen geführt und dort zur Feder geformt wird.

Bei Schraubendruckfedern, die aus Profildraht bzw. zuvor profiliertem Draht hergestellt sind, können benachbarte Windungen einander mit abgeplatteten Oberflächenzonen zugewandt sein derart, daß sich benachbarte Windungen beim Zusammendrücken der Schraubenfeder auf Block flächig aufeinanderlegen und nicht lediglich eine Linienberührung aufweisen. Eine solche Ausgestaltung der Schraubenfeder bietet den Vorzug, daß die die Feder auf Block zusammendrückenden Kräfte äußerst große Werte erreichen können. Gleichwohl besteht praktisch keinerlei Gefahr, daß die mit in Richtung der Federachse gegeneinander gedrückten Federwindungen einander quer zur Federachse wegzudrängen suchen, wodurch die Feder leicht brechen könnte.

Aus der US-PS 44 91 003 ist ein Verfahren der eingangs angegebenen Art bekannt. Dabei erfolgt die Abplattung des zuvor Kreisprofil aufweisenden Federdrahtes in großer Entfernung vom Wickelwerkzeug mittels entsprechender Druck- bzw. Preßwalzen. Vor dem Wickelwerkzeug muß dann der abgeplattete Draht zwischen Führungswalzen hindurchlaufen, durch die die Drahtlage, d. h. die Lage der abgeplatteten Drahtseiten relativ zur Wickelachse, festgelegt wird. Als Wickelwerkzeug dient ein Wickeldorn, welcher bei seiner Wickelarbeit auch die Funktion einer Zugvorrichtung übernimmt, die den Draht zwischen den Druckwalzen sowie den Führungswalzen hindurchzieht.

Dieses bekannte Verfahren kann nur dann zufriedenstellend arbeiten, wenn die Druckwalzen hinreichend ausgeprägte Abplattungen erzeugen, mit denen dann die Führungswalzen zuverlässig zusammenwirken können.

Ein grundsätzlich gleichartiges Verfahren wird in der US-PS 19 89 750 beschrieben. Auch hier wird der anfangs runde Draht von einem Wickeldorn zunächst zwischen Druck- bzw. Preßwalzen zur Abplattung des Drahtquerschnittes und dann zwischen Führungswalzen hindurchgezogen, welche dafür sorgen, daß die abgeplatteten Drahtseiten jeder Federwindung den entsprechenden Seiten der benachbarten Federwindung zugewandt sind.

Aus der DE 30 03 244 C2 ist es bekannt, Federringe aus Drähten mit sehr unterschiedlichen Profilen herzustellen. Beispielsweise können die Drähte ein Trapezprofil oder auch ein Profil nach Art eines Fünfeckes aufweisen, welches zwei zueinander im wesentlichen parallele Seiten mit Rillenstruktur aufweist, wobei die Rillen in Drahtlängsrichtung verlaufen. Einzelheiten über die Herstellung von Federn sind aus der DE 30 03 244 C2 nicht ersichtlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes und relativ einfaches Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern mit zumindest teilweise nicht vollrundem bzw. mit einseitig und/oder unsymmetrisch unrundem Drahtquerschnitt anzugeben, wobei mit dem Verfahren insbesondere auch relativ geringfügige Abplattungen bzw. Querschnittsveränderungen in reproduzierbarer Orientieruung an der Feder herstellbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Draht mittels motorisch angetriebener Einzugswalzen weitestgehend schlupffrei vorgeschoben wird derart, daß die von den Einzugswalzen berührten Umfangsbereiche des Federdrahtes eine vorgebbare Lage an den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen bzw. an der fertigen Feder einnehmen, und daß die Verformungswerkzeuge derart nahe an den Einzugswalzen und/oder an bzw. zwischen den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen angeordnet sind, daß die von den Verformungswerkzeugen am Draht bewirkten Querschnittsverformungen wie z. B. Abplattungen des Drahtes eine genau vorgegebene Lage zu den von den Einzugswalzen berührten Umfangsbereichen des Drahtes an der fertigen Feder haben.

Gemäß der Erfindung ist also vorgesehen, den Federdraht mittels motorisch angetriebener Einzugswalzen vorzuschieben derart, daß der Vorschub des Drahtes weitestgehend schlupffrei erfolgt. Damit wird bewirkt, daß die von den Einzugswalzen berührten Umfangsbereiche des Federdrahtes eine vorgegebene Lage an den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen und damit auch an der fertigen Feder einnehmen. Des weiteren wird erreicht, daß auch die Querschnittsveränderungen, welche durch die in entsprechender Nachbarschaft zu den Einzugswalzen bzw. den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen angeordneten Verformungswerkzeuge am Draht erzeugt werden, eine genau reproduzierbare Lage an der fertigen Feder einnehmen, und zwar unabhängig davon, ob mit den Verformungswerkzeugen geringfügige oder ausgeprägte Querschnittsveränderungen hergestellt werden.

Für die Erfindung ist charakteristisch, daß im Bereich der Verarbeitungsstation neben der zur Erzeugung der Federwindungen notwendigen Biegeverformung des Federdrahtes auch eine die Gestalt des Drahtquerschnittes verändernde Verformung vorgenommen wird, wobei nur ein äußerst geringer Justageaufwand notwendig ist. Durch die Art der jeweiligen Verarbeitungsstation wird vorgegeben, wo bei der fertiggestellten Feder die beim Vorschub des Federdrahtes von den Einzugswalzen beaufschlagten Umfangsbereiche des Federdrahtes liegen. Im allgemeinen weisen die von den Einzugswalzen berührten Umfangsbereiche des Federdrahtes bei der fertigen Schraubenfeder relativ zur Federachse nach radial außen und innen. Damit besteht aber die Möglichkeit, die zur Verformung der Querschnittsgestalt des Federdrahtes dienenden Verformungswerkzeuge so anzuordnen und arbeiten zu lassen, daß die dadurch bewirkten Querschnittsverformungen wie z. B. Abplattungen an der fertiggestellten Feder eine genau vorgegebene Lage haben. Beispielsweise können die Verformungswerkzeuge an solchen Oberflächenzonen bzw. Umfangsbereichen des Federdrahtes wirksam werden, die gegenüber den von den Einzugswalzen beaufschlagten Oberflächenzonen bzw. Umfangsbereichen des Federdrahtes bezüglich der Drahtachse um vorgebbare Winkel versetzt sind.

Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß ohne weiteres ein auf Rißfreiheit und hohe Oberflächenqualität überprüfter, bereits gehärteter Federdraht mit üblichem vollrundem Querschnitt verwendet werden kann, wobei dann die Nachbearbeitung der fertigen Feder nach Veränderung der Querschnittsgestalt des Drahtes und Formung der Windungen in grundsätzlich gleicher Weise wie bei herkömmlichen Schraubenfedern erfolgen kann, deren Federdraht auch nach Fertigstellung der Feder einen vollrunden Querschnitt aufweist. Es genügen also die üblichen Maßnahmen zur Gefügestabilisierung des Federdrahtmaterials nach Ausformung der Schraubenfedern.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von gehärtetem Federdraht beschränkt, vielmehr kann auch ungehärteter Draht eingesetzt werden. In diesem Falle wird der Draht, soweit notwendig, nach Fertigstellung der Federn gehärtet.

Grundsätzlich können die zur Veränderung der Querschnittsgestalt bzw. die zur Profilierung des Federdrahtes dienenden Werkzeuge auch materialabtragend arbeiten, beispielsweise nach Art von Schleifwerkzeugen.

In besonders bevorzugter Weise ist jedoch vorgesehen, den Querschnitt des Federdrahtes dadurch zu verändern, daß der Draht unter Pressung bzw. Druckbeaufschlagung plastisch verformt wird.

Dabei kann der Federdraht grundsätzlich zwischen stationären Elementen, beispielsweise durch einen sich verengenden Spalt zwischen massiven Druckklötzen, hindurchgeführt werden.

Besonders zweckmäßig ist es jedoch, den Draht zwischen rotierenden Preßwalzelementen hindurchlaufen zu lassen, um die Querschnittsverformung durchzuführen. Die Querschnittsveränderung erfolgt so durch einen Walzvorgang, der auch in mehreren Schritten hintereinander, z. B. für eine Stufenprofilierung, durchgeführt werden kann.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der schematischen Zeichnung erläutert, in der bevorzugte Varianten dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung einer teilweise geschnitten dargestellten Schraubendruckfeder, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Fig. 2 eine Darstellung eines Paares von Preßwalzelementen zur Veränderung der Querschnittsgestalt eines Federdrahtes und

Fig. 3 ein Einzugswalzenpaar, zwischen dessen Walzen der Federdraht an einer Verarbeitungsstation hindurchläuft.

Die in Fig. 1 dargestellte Schraubendruckfeder 1 besitzt eine im wesentlichen herkömmliche Ausgestaltung, wie sie z. B. bei Federn für Drehschwingungsdämpfer im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen üblich ist. An den Federenden sind plangeschliffene Auflageflächen 2 vorgesehen, mit denen sich die Schraubendruckfeder 1 auf nicht dargestellten Widerlagern abzustützen vermag.

Die Besonderheit der Schraubendruckfeder 1 liegt darin, daß der sie bildende Federdraht einen unrunden, seitlich abgeplatteten Querschnitt besitzt derart, daß benachbarte Federwindungen einander mit ebenen Umfangsflächenbereichen 3 des Federdrahtes zugewandt sind.

Wenn die Schraubendruckfeder 1 auf Block zusammengedrückt wird, legen sich die Federwindungen mit diesen ebenen Umfangsflächenbereichen 3 aufeinander auf, so daß außerordentlich hohe Druckkräfte parallel zur Federachse A aufgenommen werden können, ohne daß sich die aufeinanderliegenden Federwindungen quer zur Federachse A zu verschieben suchen.

Die ebenen bzw. abgeplatteten Umfangsflächenbereiche 3 werden in nachstehend dargestellter Weise dadurch hergestellt, daß der die Schraubendruckfeder 1 bildende Federdraht, welcher ursprünglich einen vollrunden Querschnitt hat, zwischen Druck- bzw. Preßwalzelementen hindurchgeleitet wird, welche im Bereich der Umfangsflächenbereiche 3 eine hohe Preßkraft auf den Federdraht ausüben und damit den Drahtquerschnitt im Wege einer Kaltverformung verändern. Hierbei wird auch Drahtmaterial zu den im Querschnitt etwa bogenförmigen Umfangsflächenbereichen 4 hin verlagert, welche die radial innere sowie die radial äußere Umfangsseite der Federwindungen bilden.

Durch die genannte Materialverlagerung wird ein relativ großer Freiraum in Richtung der Federachse zwischen aufeinanderfolgenden Federwindungen geschaffen, so daß die Feder im vollständig auf Block zusammengedrückten Zustand eine vergleichsweise geringe Länge, d. h. eine geringe Blocklänge, hat.

Die Herstellung der Schraubendruckfeder 1 erfolgt grundsätzlich in der Weise, daß ein Federdraht 5 mit vollrundem Querschnitt mittels mehrerer Einzugswalzenpaare 6, zwischen denen der Federdraht 5 weitestgehend schlupffrei hindurchläuft, von einem Drahtvorrat, beispielsweise einer Drahthaspel, abgezogen und in den Wirkbereich üblicher Biege- bzw. Wickelwerkzeuge zur Herstellung der Federwindungen geführt bzw. geschoben wird. Damit die Einzugswalzenpaare 6 den Federdraht 5 besser erfassen und führen können, besitzen sie jeweils Umfangsnuten 7, deren Querschnitt etwas größer als der Querschnitt des Federdrahtes 5 ist.

In Transportrichtung des Federdrahtes 5 vor, zwischen oder hinter den Einzugswalzenpaaren 6 läuft der Federdraht zwischen zwei Preßwalzen 8 hindurch, deren Abstand so gering bemessen ist, daß der Federdraht 5 beim Durchlauf eine Querschnittsveränderung erfährt, d. h. es werden z. B. die abgeplatteten Umfangsflächenbereiche 3 (vgl. Fig. 1) gebildet.

Wie nachstehend dargestellt wird, können bei entsprechender Gestaltung der Umfangsflächen der Preßwalzen 8 auch andere Querschnittsprofile erzeugt werden.

Die Umfangsflächenbereiche des Federdrahtes 5, welche von den Einzugswalzenpaaren 6 erfaßt werden, bilden üblicherweise die radial inneren sowie die radial äußeren Seiten der Federwindungen der fertiggestellten Schraubendruckfeder 1. In jedem Falle ist durch die Art der Verarbeitungsstation eindeutig vorgegeben, wo die zuvor von den Einzugswalzenpaaren 6 erfaßten Umfangsflächenbereiche des die Schraubendruckfeder 1 bildenden Federdrahtes 5 relativ zur Federachse A liegen.

Dementsprechend ist es möglich, die Preßwalzen 8 derart relativ zu den von den Einzugswalzenpaaren 6 erfaßten Umfangsbereichen des Federdrahtes 5 anzuordnen, daß die durch die Preßwalzen 8 veränderten Umfangsflächenbereiche 3 bei der fertigen Schraubendruckfeder 1 ebenfalls eine genau vorgegebene Lage haben.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß die Umfangsflächenbereiche 3 zueinander nicht exakt parallel liegen. Beispielsweise können die Umfangsflächenbereiche 3 zueinander leicht V-förmig geneigt sein.

Gegebenenfalls kann der Federdraht 5 auch nacheinander zwischen mehreren Preßwalzenpaaren 8 mit enger werdenden Abständen hindurchlaufen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise sehr ausgeprägte Abplattungen des Querschnittes herstellen. Darüber hinaus können die verschiedenen Preßwalzenpaare auch in unterschiedlicher Orientierung zum durchlaufenden Federdraht 5 angeordnet sein, um kompliziertere Querschnittsformen herstellen zu können, z. B. Stufenprofilierungen.

Außerdem kann jeweils eine Preßwalze 8 eines Preßwalzenpaares wie die Einzugswalzen 6 mit einer den Federdraht 5 aufnehmenden Umfangsnut versehen sein. Damit läßt diese letztere Preßwalze den Drahtquerschnitt in ihrem Bereich unverändert, und nur die zugehörige andere Preßwalze erzeugt eine - einseitige - Abplattung bzw. Profilierung des Federdrahtes.

Im übrigen besteht die Möglichkeit, die Preßwalzen 8 mit nichtzylindrischen Umfangsflächen auszubilden, wenn Umfangsflächenbereiche 3 mit einem unebenen Querschnitt bzw. mit Profilvorsprüngen oder -kanälen hergestellt werden sollen.

Im dargestellten Beispiel wurde davon ausgegangen, daß die Preßwalzen 8 ohne eigenen Antrieb sind, während lediglich die Einzugswalzenpaare 6 motorisch angetrieben werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Preßwalzen 8 anzutreiben, so daß sie neben ihrer Funktion, die Querschnittsgestalt des Federdrahtes 5 zu verändern, auch zum Vorschub des Federdrahtes 5 beizutragen vermögen.

Die Halterung der Preßwalzen 8 an Lagerblöcken 9 gemäß Fig. 2 ist lediglich beispielhaft. Grundsätzlich sind auch andere Konstruktionen denkbar. Die dargestellte Konstruktion macht jedoch deutlich, daß einfache konstruktive Maßnahmen genügen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, aus im wesentlichen vollrunden Querschnitt aufweisendem Federdraht, welcher von einem Drahtvorrat abgezogen und zur Erzielung eines teilweise unrunden bzw. abgeplatteten Querschnittes bzw. eines Querschnittes mit Profilvorsprüngen oder -kanälen mit Verformungswerkzeugen bearbeitet sowie in den Wirkbereich von Biege- bzw. Wickelwerkzeugen geführt und dort zur Feder geformt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Draht mittels motorisch angetriebener Einzugswalzen (6) weitestgehend schlupffrei vorgeschoben wird derart, daß die von den Einzugswalzen (6) berührten Umfangsbereiche des Federdrahtes eine vorgegebene Lage an den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen bzw. an der fertigen Feder einnehmen, und
daß die Verformungswerkzeuge (8) derart nahe an den Einzugswalzen (6) und/oder an bzw. zwischen den Biege- bzw. Wickelwerkzeugen angeordnet sind,
daß die von den Verformungswerkzeugen (8) am Draht bewirkten Querschnittsverformungen wie z. B. Abplattungen (3) des Drahtes eine genau vorgegebene Lage zu den von den Einzugswalzen (6) berührten Umfangsbereichen des Drahtes an der fertigen Feder haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verformung des Drahtquerschnittes dienenden Werkzeuge (8) an solchen Umfangsbereichen des Drahtes (5) wirken, welche gegenüber den von den Einzugswalzen (6) beaufschlagten Umfangsbereichen bezüglich der Drahtachse um etwa 60° bis 120° versetzt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) unter Pressung bzw. Druckbeaufschlagung plastisch verformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) zwischen rotierenden Preßwalzenelementen (8) unter Querschnittsverformung hindurchläuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) an solchen Umfangsbereichen abgeplattet oder profiliert wird, die nach Fertigstellung der Schraubenfeder (1) benachbarten Federwindungen zugewandt sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) an solchen Umfangsbereichen abgeplattet oder profiliert wird, an denen sich nach Fertigstellung der Schraubenfeder (1) benachbarte Federwindungen beim Zusammendrücken der Feder auf Block aufeinander auflegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Preßverformung des Drahtquerschnittes Material in Querschnittsbereiche verdrängt wird, welche nach Fertigstellung der Schraubenfeder (1) am radial äußeren und/oder - vorzugsweise - am radial inneren Umfang der Federwindungen liegen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein bereits gehärteter und hinsichtlich seiner Oberflächengüte geprüfter Federdraht (5) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ungehärteter Draht (5) oder ein Draht aus Nichteisen-Werkstoff verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des Querschnittes des Drahtes (5) mehrstufig erfolgt.