DE4403465C1 - Variable effect torsion spring - Google Patents

Variable effect torsion spring

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DE4403465C1 DE19944403465 DE4403465A DE4403465C1 DE 4403465 C1 DE4403465 C1 DE 4403465C1 DE 19944403465 DE19944403465 DE 19944403465 DE 4403465 A DE4403465 A DE 4403465A DE 4403465 C1 DE4403465 C1 DE 4403465C1
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Abstract

The torsion spring (2) has an inner main spring element (5) and an outer secondary spring element. The two springs are joined at one end by a limited torque coupling while the one end has the two connecting flanges (3,4) for the spring assembly. The limited torque coupling is made by heat shrinking one section over the other. The connecting flange ends have flanges to prevent axial movement and friction layers can be fitted between the concentric spring elements. Likewise cooling fluid can be circulated between the spring elements which are made of the same material of different materials.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehfeder mit einem Federkörper und zwei Federköpfen, wobei der Federkörper ein erstes Federelement mit einem vorderen und einem hinteren Federende aufweist und das erste Federelement von wenigstens einem weiteren Federelement umgeben ist, welches ebenfalls ein vorderes und ein hinteres Federende aufweist, wobei die Federelemente über jeweils eines ihrer Federenden miteinander verbunden sind und die verbleibenden freien Federenden die Federköpfe bilden.The invention relates to a torsion spring with a spring body and two spring heads, the spring body being a first Spring element with a front and a rear spring end has and the first spring element of at least one is surrounded by another spring element, which is also a has front and a rear spring end, the Spring elements over one of their spring ends are interconnected and the remaining free Spring ends form the spring heads.

Drehfedern dieser Art sind allgemein bekannt (Dubbel, 13. Auflage, S. 428). Sie sollen meist ein bestimmtes Drehmoment mit einer definierten Drehsteifigkeit übertragen. In der Regel wird ein Vollzylinder als Federkörper eingesetzt. Die beiden Federenden des Federkörpers sind als Federköpfe ausgebildet, an denen das Drehmoment eingeleitet bzw. abgegriffen wird. Derartige Vollzylinder werden bevorzugt dann verwendet, wenn für einen vorgegebenen Bauraum eine möglichst weiche Drehfeder benötigt wird. Falls das Gewicht der Drehfeder eine zu beachtende Konstruktionsgröße darstellt, werden bevorzugt Hülsen eingesetzt. Es ergibt sich jedoch häufig das Problem, daß ein zur Verfügung stehender bzw. ein angestrebter Bauraum nicht ausreicht, um eine ausreichende Nachgiebigkeit der Drehfeder bei vorgegebener Belastung, d. h. eine bestimmte Federkonstante zu erreichen. Torsion springs of this type are generally known (Dubbel, 13. Edition, p. 428). They are usually supposed to have a certain torque transferred with a defined torsional stiffness. In the A solid cylinder is usually used as the spring body. The Both spring ends of the spring body are as spring heads trained at which the torque is initiated or is tapped. Solid cylinders of this type are preferred used when a for a given space torsion spring as soft as possible is required. If the weight the torsion spring is a construction size to be observed represents, sleeves are preferably used. It results However, there is often the problem of having one available standing or a desired installation space is not sufficient to sufficient flexibility of the torsion spring predetermined load, d. H. a certain spring constant to reach.  

Eine Drehfeder gemäß der eingangs erwähnten Art ist z. B. aus der DE 38 19 162 C2 bekannt. Eine derartige Drehfeder weist zwar den Vorteil auf, daß sie bei geringer Baulänge auch eine geringe Federkonstante aufweist, jedoch besteht die Gefahr, daß sie bei Überlastspitzen beschädigt wird.A torsion spring according to the type mentioned is z. B. from DE 38 19 162 C2 known. Such a torsion spring has although the advantage that they also with a small overall length has a low spring constant, but there is Danger of being damaged by overload peaks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehfeder der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Drehfeder bei einer kleinen Federkonstante einen kleinen Bauraum aufweist und gegen Überlastspitzen geschützt ist.The invention is therefore based on the object Torsion spring of the type mentioned in such a way that the torsion spring with a small spring constant a small one Has installation space and is protected against overload peaks.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die miteinander verbundenen Federenden eine Rutschkupplung bilden.In an advantageous embodiment it is provided that the interconnected spring ends a slip clutch form.

Diese Rutschkupplung kann z. B. durch einen Schrumpfsitz verwirklicht sein. Auf diese Weise wird z. B. gewährleistet, daß bei einem bestimmten Drehmoment die Verbindung durchrutscht und die Kraftübertragung bzw. Momentübertragung begrenzt. Auf diese Weise können z. B. Überlastspitzen von nachgeschalteten Elementen (Maschinen oder Anlagen) ferngehalten werden.This slip clutch can e.g. B. by a shrink fit be realized. In this way, e.g. B. ensures that at a certain torque the connection slips and the power transmission or torque transmission limited. In this way, e.g. B. overload peaks of downstream elements (machines or systems) be kept away.

Durch den Einsatz einer geraden Anzahl von Federelementen können der Antrieb und der Abtrieb nahezu in der gleichen Ebene liegen, was an sich aus der DE 38 19 162 C2 bekannt ist. By using an even number of spring elements the drive and the output can be almost in the same Level lie what is known per se from DE 38 19 162 C2 is.  

Um an einander gegenüberliegenden Enden der Drehfeder den Antrieb bzw. Abtrieb vorsehen zu können, weist der Federkörper bevorzugt eine ungerade Anzahl von Federelementen auf.To the opposite ends of the torsion spring To be able to provide drive or output, the Spring body prefers an odd number of Spring elements on.

Bevorzugt werden die Durchmesser der Federelemente so ausgelegt, daß die zulässige Vergleichsspannung des Werkstoffs, in der Regel die zulässige Schubspannung, infolge der Drehmomentbelastung (als Hauptbelastung) in etwa gleich sind. Diese Auslegung führt zu einem minimalen Bauraum und folglich zu einem minimalen Gewicht mit entsprechend niedrigen Herstellungskosten.The diameters of the spring elements are preferred in this way designed that the permissible reference voltage of the Material, usually the permissible shear stress, due to the torque load (as the main load) approximately are the same. This interpretation leads to a minimal Space and consequently with a minimal weight correspondingly low manufacturing costs.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Federelemente koaxial zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden die auftretenden Kräfte und Momente gleichmäßig von einem Federelement auf das andere Federelement übertragen und können problemlos an diesem abgegriffen werden. Außerdem ist der Bauraum optimal ausgenutzt.Another advantageous embodiment provides that the Spring elements are arranged coaxially to one another. To this The forces and moments that occur become even from one spring element to the other spring element transferred and can be tapped easily on this become. In addition, the installation space is optimally used.

Mit Vorzug sind die miteinander verbundenen Federenden kraft-, form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Diese Verbindung kann als lösbare oder unlösbare Verbindung ausgebildet sein. Als lösbare Verbindung kommen z. B. in Frage: Schrumpfsitz, Verzahnung, Vielnutprofile, Klauen, Verschraubung, Stifte in axialer oder radialer Richtung, Paßfedern oder andere bekannte Verbindungsarten. Als unlösbare Verbindungen kommen z. B. in Frage: Verschweißung, Verlötung, Verklebung oder andere bekannte Verbindungsarten. Es sind auch Kombinationen aus den o.g. Verbindungsarten möglich. The connected spring ends are preferred non-positively, positively or materially connected. This connection can be a detachable or non-detachable connection be trained. As a detachable connection come z. B. in Question: shrink fit, toothing, multi-groove profiles, claws, Screw connection, pins in axial or radial direction, Feather keys or other known types of connection. When  permanent connections come e.g. B. in question: welding, Soldering, gluing or other known types of connection. There are also combinations of the above Connection types possible.  

Vorteilhaft sind die Federelemente als Rundstab, als Vierkantstab, als Hülse o. dgl. ausgebildet. Dabei kann wenigstens eines der Federelemente längsgeschlitzt sein. Durch die Längschlitzung bzw. teilweise Längsschlitzung kann gezielt die Federkonstante dieses Federelements eingestellt werden.The spring elements as a round bar are advantageous Square rod, designed as a sleeve or the like. It can at least one of the spring elements be slotted lengthways. Due to the longitudinal slit or partial longitudinal slit can specifically set the spring constant of this spring element become.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß zwischen den einzelnen Federelementen Reibelemente angeordnet sind. Auf diese Weise können durch den Einsatz von radial gegeneinander pressenden Reibelementen zwischen den einzelnen Federelementen Drehschwingungen gedämpft werden.In a further training it is provided that between the individual spring elements are arranged friction elements. On this way through the use of radial mutually pressing friction elements between the individual spring elements torsional vibrations are damped.

Die Reibelemente können bevorzugt Bestandteil eines oder beider der einander zugeordneten Federelemente sein. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß die beiden Federelemente über einen Bereich ihrer Gesamtlänge sich gegenseitig berühren.The friction elements can preferably be part of or both of the mutually associated spring elements. This can e.g. B. done in that the two spring elements each other over a range of their total length touch.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß zwischen den einzelnen Federelementen ein Kühlmedium vorgesehen ist. Bei hohen Drehschwingungsbeanspruchungen kann auf diese Weise eine Innenkühlung ermöglicht werden. Aus Festigkeitsgründen kann z. B. durch koaxiale Innenbohrung des inneren Federelements das Kühlmittel in dieses eingebracht und diesem Element die Wärme entzogen werden. In a further training it is provided that between the a cooling medium is provided for individual spring elements. At high torsional vibrations can be achieved in this way internal cooling is made possible. For strength reasons can e.g. B. by coaxial inner bore of the inner Spring element introduced the coolant in this and the heat is removed from this element.  

Vorteilhaft sind zwischen den Federelementen Stütz- oder Führungselemente vorgesehen. Auf diese Weise können insbesondere bei längeren Drehfedern stabile Verhältnisse geschaffen werden.Support or are advantageous between the spring elements Guide elements provided. That way you can stable conditions especially with longer torsion springs be created.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Außerdem sind dieser Beschreibung Berechnungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel zu entnehmen. In der Zeichnung zeigen:Further advantages, features and details result from the following description, in which reference to the drawing preferred embodiments in detail are described. Also this description Calculation examples and an application example remove. The drawing shows:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehfeder mit in einer Ebene liegendem Antrieb und Abtrieb; Figure 1 shows a first embodiment of the torsion spring according to the invention with the drive and output lying in one plane;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehfeder mit an gegenüberliegenden Enden sich befindendem Antrieb und Abtrieb;2 shows a second embodiment of the torsion spring according to the invention with at opposite ends befindendem input and output.

Fig. 3 eine Drehfeder gemäß dem Stand der Technik; Fig. 3 is a torsion spring according to the prior art;

Fig. 4 einen Ausschnitt IV gemäß Fig. 2; und FIG. 4 shows a section IV according to FIG. 2; and

Fig. 5 einen Ausschnitt V gemäß Fig. 2. Fig. 5 shows a detail V in FIG. 2.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Drehfeder 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Diese Drehfeder 1 weist einen insgesamt mit 2 bezeichneten Federkörper und zwei Federköpfe 3 und 4 auf. Aus der Fig. 1 ist deutlich erkennbar, daß die beiden Federköpfe 3 und 4 nahezu in der gleichen Ebene liegen. Über den Federkopf 3 wird das Drehmoment in die Drehfeder 1 eingeleitet und über den Federkopf 4 abgenommen. Fig. 1 shows a longitudinal section of a torsion spring 1 according to a first embodiment. This torsion spring 1 has a spring body designated overall by 2 and two spring heads 3 and 4 . From Fig. 1 it is clearly indicated that the two spring heads 3 and 4 are virtually in the same plane. The torque is introduced into the torsion spring 1 via the spring head 3 and is removed via the spring head 4 .

Der Federkörper 2 besteht aus zwei Federelementen 5 und 6, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das Federelement 5 ist als Drehstab und das Federelement 6 als Drehhülse ausgebildet. Die beiden Federelemente 5 und 6 weisen jeweils zwei Federenden 7 bis 10 auf. Dabei bilden die Federenden 7 und 10 die beiden Federköpfe 3 und 4. Die Federenden 8 und 9 sind lösbar oder unlösbar miteinander verbunden. Die Verbindung kann z. B. durch einen Schrumpfsitz erfolgen. Über die beiden Federenden 8 und 9 sind die beiden Federelemente 5 und 6 kraftschlüssig miteinander verbunden.The spring body 2 consists of two spring elements 5 and 6 , which are arranged coaxially to one another. The spring element 5 is designed as a torsion bar and the spring element 6 as a rotating sleeve. The two spring elements 5 and 6 each have two spring ends 7 to 10 . The spring ends 7 and 10 form the two spring heads 3 and 4 . The spring ends 8 and 9 are detachably or permanently connected to each other. The connection can e.g. B. done by a shrink fit. The two spring elements 5 and 6 are non-positively connected to one another via the two spring ends 8 and 9 .

Weiter ist in Fig. 1 erkennbar, daß zwischen den beiden Federelementen 5 und 6 ein Reibelement 11 angeordnet ist. Durch dieses Reibelement 11, welches auf der Außenumfangsfläche des Federelements 5 und an der Innenumfangsfläche des Federelements 6 anliegt, können Drehschwingungen gedämpft werden. Bevorzugt besteht das Reibelement 11 aus zwei Reibschalen 12 und 13, wobei die Reibschale 12 mit dem Federelement 5 und die Reibschale 13 mit dem Federelement 6 verbunden ist und die beiden Reibschalen 12 und 13 in Umfangsrichtung Relativbewegungen zueinander ausführen können.It can also be seen in FIG. 1 that a friction element 11 is arranged between the two spring elements 5 and 6 . This friction element 11 , which rests on the outer circumferential surface of the spring element 5 and on the inner circumferential surface of the spring element 6 , can dampen torsional vibrations. The friction element 11 preferably consists of two friction shells 12 and 13 , the friction shell 12 being connected to the spring element 5 and the friction shell 13 being connected to the spring element 6 and the two friction shells 12 and 13 being able to perform relative movements to one another in the circumferential direction.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das Reibelement 11 durch radiale Erhebungen der äußeren Umfangsfläche des Federelements 5 bzw. der inneren Umfangsfläche des Federelements 6 gebildet, wobei die radialen Erhebungen reibschlüssig aneinander anliegen.In another embodiment, the friction element 11 is formed by radial elevations of the outer peripheral surface of the spring element 5 or the inner peripheral surface of the spring element 6 , the radial elevations abutting one another in a frictional manner.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Federelement 6 von einem weiteren Federelement 14, welches ebenfalls als Drehhülse ausgebildet ist, übergriffen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Federende 10 des Federelements 6 nicht als Federkopf, sondern als Verbindungselement für das Federelement 14 ausgestaltet. Dieses Federelement 14 weist ebenfalls zwei Federenden 15 und 16 auf, wobei das Federende 15 mit dem Federende 10 verbunden ist. Das Federende 16 ist nun bei diesem Ausführungsbeispiel als Federkopf 4 für den Abgriff des Drehmoments ausgestaltet. Auch hier können die von den Federenden 8 und 9 bzw. 10 und 15 gebildeten Verbindungen als Schrumpfsitze ausgestaltet sein. Da eine ungerade Anzahl von Federelementen 5, 6 und 14 verwendet wird, liegen die beiden Federköpfe 3 und 4 an einander gegenüberliegenden Enden der Drehfeder 1 und die Drehfeder 1 unterscheidet sich äußerlich nahezu nicht von herkömmlichen Drehfedern.In the embodiment of FIG. 2, the spring element 6 is overlapped by a further spring element 14 , which is also designed as a rotating sleeve. In this embodiment, the spring end 10 of the spring element 6 is not designed as a spring head, but as a connecting element for the spring element 14 . This spring element 14 also has two spring ends 15 and 16 , the spring end 15 being connected to the spring end 10 . In this exemplary embodiment, the spring end 16 is now designed as a spring head 4 for tapping off the torque. Here too, the connections formed by the spring ends 8 and 9 or 10 and 15 can be designed as shrink fit seats. Since an odd number of spring elements 5 , 6 and 14 is used, the two spring heads 3 and 4 are located at opposite ends of the torsion spring 1 and the torsion spring 1 externally hardly differs from conventional torsion springs.

Eine derartige herkömmliche Drehfeder ist in der Fig. 3 dargestellt, wobei der Federkörper 2 als Rundstab ausgebildet ist.Such a conventional torsion spring is shown in FIG. 3, the spring body 2 being designed as a round bar.

Beim Vergleich der beiden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Drehfeder 1 und der herkömmlichen Drehfeder wird deutlich erkennbar, daß bei nahezu gleicher Baulänge und gleichem zu übertragenden Drehmoment durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Federelemente 5 und 6 bzw. 5, 6 und 14 die Federkonstante in weiten Bereichen variierbar ist.When comparing the two exemplary embodiments of the torsion spring 1 according to the invention and the conventional torsion spring, it can be clearly seen that the spring constant can be varied over a wide range with the arrangement of the individual spring elements 5 and 6 or 5 , 6 and 14 having almost the same overall length and the same torque to be transmitted is.

Die Fig. 4 zeigt die beiden Federenden 10 und 15 der beiden Federelemente 6 und 14 in vergrößerter Darstellung. Diese beiden Federenden 10 und 15 sind von einem Bund 17 übergriffen, der scheibenförmig ausgebildet ist und einen abgekröpften Rand 18 aufweist. Zu Montagezwecken ist der Bund 17 axial bei 19 geteilt. Dieser Bund 17 verhindert bei lösbaren Verbindungen der beiden Federenden 10 und 15 eine axiale Verlagerung der beiden Federelemente 6 und 14. FIG. 4 shows the two spring ends 10 and 15 of the two spring elements 6 and 14 in an enlarged representation. These two spring ends 10 and 15 are overlapped by a collar 17 which is disc-shaped and has a bent edge 18 . For assembly purposes, the collar 17 is axially divided at 19 . In the case of detachable connections between the two spring ends 10 and 15, this collar 17 prevents the two spring elements 6 and 14 from being axially displaced.

Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Verbindung der beiden Federenden 8 und 9 ein integriertes Axiallager 19 auf, wobei eine Schulter 20 als axialer Anschlagbund 21 wirkt. Diese Verbindung ist bevorzugt als Schrumpfsitz ausgebildet. Auch hier werden die Federelemente 5 und 6 gegen axiales Verschieben gesichert.In the embodiment shown in FIG. 5, the connection of the two spring ends 8 and 9 has an integrated axial bearing 19 , with a shoulder 20 acting as an axial stop collar 21 . This connection is preferably designed as a shrink fit. Here too, the spring elements 5 and 6 are secured against axial displacement.

Nachfolgend wird durch Berechnungsbeispiele die Veränderung der Federkonstante c durch Verwendung mehrerer Federelemente verdeutlicht.The following is the change using calculation examples the spring constant c by using several spring elements clarifies.

Die Federkonstante c des einzelnen Federelements in Abhängigkeit vom Drehmoment M und Drehwinkel ergibt sich zu:The spring constant c of the individual spring element in Dependence on the torque M and angle of rotation results in:

mit
E = E-Modul des Werkstoffs
D₂ = Außendurchmesser des Federelements (Hülse)
D₁ = Innendurchmesser des Federelements (D₁ = 0 für Drehstab)
L = Länge des Federelements
µ = Querkontraktionszahl.
With
E = modulus of elasticity of the material
D₂ = outer diameter of the spring element (sleeve)
D₁ = inner diameter of the spring element (D₁ = 0 for torsion bar)
L = length of the spring element
µ = cross contraction number.

Die maximale Schubspannung τ des Federelements istThe maximum shear stress τ of the spring element is

Häufig wird bei der Auslegung einer Drehfeder der Außendurchmesser der Drehfeder bei bekanntem Drehmoment gesucht. Die maximale Schubspannung wird durch einen geeigneten Werkstoff festgelegt und der Innendurchmesser des Federelements sei vorgegeben. Aus der Gleichung (2) läßt sich folgende Näherungsformel ableiten:Often when designing a torsion spring Outer diameter of the torsion spring with known torque searched. The maximum shear stress is determined by a suitable material and the inner diameter of the Spring element is given. From equation (2) the following approximation can be derived:

Beispiele:
M = 39,27 Nm
L = 500 mm
τ = 200 N/mm²
E = 2 × 10¹¹ N/m²
µ = 0,3.
Examples:
M = 39.27 Nm
L = 500 mm
τ = 200 N / mm²
E = 2 x 1011 N / m²
µ = 0.3.

Der Außendurchmesser D₂ eines Drehstabes ist nach Gleichung (1) mit D₁ = 0
D₂ = 10 mm.
The outer diameter D₂ of a torsion bar is according to equation (1) with D₁ = 0
D₂ = 10 mm.

Die Federkonstante des Drehstabes ist nach Gleichung (1)The spring constant of the torsion bar is according to equation (1)

c = 151 Nm/rad.c = 151 Nm / rad.

Für das hülsenförmige Federelement soll vereinfacht angenommen werden, daß der Innendurchmesser D₁ ebenfalls 10 mm sein kann. Nach Gleichung (3) ist dann der AußendurchmesserFor the sleeve-shaped spring element is intended to be simplified be assumed that the inner diameter D 1 is also 10 mm can be. Then according to equation (3) outer diameter

D₂ = 12,247 mm.D₂ = 12.247 mm.

Für diesen Außendurchmesser ist demzufolge die Schubspannung
τ = 196 N/mm²
(also nahezu 200 N/mm² wie vorgegeben).
The shear stress is therefore for this outer diameter
τ = 196 N / mm²
(ie almost 200 N / mm² as specified).

Die Federkonstante c beträgt demnach für das hülsenförmige Federelement nach Gleichung (1)The spring constant c is therefore for the sleeve-shaped Spring element according to equation (1)

c = 189 Nm/rad.c = 189 Nm / rad.

Die Federkonstante dieses Federelements liegt etwa 25% höher als die Federkonstante des stabförmigen Federelements. The spring constant of this spring element is about 25% higher than the spring constant of the rod-shaped spring element.  

Unter Vernachlässigung der Federenden zur Verbindung des stabförmigen Federelements und des hülsenförmigen Federelements ist die gemeinsame FedernkonstanteNeglecting the spring ends to connect the rod-shaped spring element and the sleeve-shaped Spring element is the common spring constant

c = 83,9 Nm/rad.c = 83.9 Nm / rad.

Die Federkonstante dieses hülsenförmigen Drehstabes entspricht etwa 55,5% der Federkonstante des stabförmigen Federelements ohne das zusätzliche hülsenförmige Federelement.The spring constant of this sleeve-shaped torsion bar corresponds to approximately 55.5% of the spring constant of the rod-shaped Spring element without the additional sleeve-shaped Spring element.

Wird ein weiteres hülsenförmiges Federelement hinzugenommen, wobei dann wiederum vereinfachend der Innendurchmesser des äußeren hülsenförmigen Federelements gleich dem Außendurchmesser des inneren hülsenförmigen Federelements gesetzt wird, ergeben sich folgende Werte für das weitere, äußere hülsenförmige Federelement:If another sleeve-shaped spring element is added, then again simplifying the inner diameter of the outer sleeve-shaped spring element equal to that Outside diameter of the inner sleeve-shaped spring element is set, the following values result for the further, outer sleeve-shaped spring element:

D₂ = 13,814 mm
c = 210 Nm/rad.
D₂ = 13.814 mm
c = 210 Nm / rad.

Die Federkonstante dieses weiteren hülsenförmigen Federelements liegt etwa 11,3% höher als die Federkonstante des inneren hülsenförmigen Federelements. The spring constant of this further sleeve-shaped Spring element is about 11.3% higher than the spring constant of the inner sleeve-shaped spring element.  

Die Federkonstante dieses aus drei Federelementen bestehenden Drehstabes beträgt dannThe spring constant of this consists of three spring elements existing torsion bar is then

c = 60 Nm/rad.c = 60 Nm / rad.

Unter Vernachlässigung der Federenden zur Kupplung der einzelnen Federelemente ist die gesamte Federkonstante unter Beibehaltung der Federlänge bei gleicher Werkstoffbeanspruchung auf 40% der Einzelsteifigkeit des stabförmigen Federelements gesunken.Neglecting the spring ends for coupling the individual spring elements, the total spring constant is below Maintaining the spring length at the same Material stress to 40% of the individual stiffness of the sunk rod-shaped spring element.

Die erfindungsgemäße Drehfeder kann z. B. als Kupplung eingesetzt werden. Derartige Kupplungen werden z. B. für Elektromotoren verwendet, die zum Antrieb von Verdichter oder Gebläse dienen.The torsion spring according to the invention can, for. B. as a clutch be used. Such couplings are used for. B. for Electric motors used to drive compressors or fan.

Claims (18)

1. Drehfeder (1) mit einem Federkörper (2) und zwei Federköpfen (3 und 4), wobei der Federkörper (2) ein erstes Federelement (5) mit einem vorderen und einem hinteren Federende (7 und 8) aufweist und das erste Federelement (5) von wenigstens einem weiteren Federelement (6 bzw. 14) umgeben ist, welches ebenfalls ein vorderes und ein hinteres Federende (9 und 10 bzw. 15 und 16) aufweist, wobei die Federelemente (5, 6 und 14) über jeweils eines ihrer Federenden (8, 9, 10, 14) miteinander verbunden sind und die verbleibenden freien Federenden (7 und 16) die Federköpfe (3 und 4) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Federenden (8 und 9 bzw. 10 und 15) eine Rutschkupplung bilden.1. Torsion spring ( 1 ) with a spring body ( 2 ) and two spring heads ( 3 and 4 ), the spring body ( 2 ) having a first spring element ( 5 ) with a front and a rear spring end ( 7 and 8 ) and the first spring element ( 5 ) is surrounded by at least one further spring element ( 6 or 14 ), which likewise has a front and a rear spring end ( 9 and 10 or 15 and 16 ), the spring elements ( 5 , 6 and 14 ) each having one their spring ends ( 8 , 9 , 10 , 14 ) are connected to each other and the remaining free spring ends ( 7 and 16 ) form the spring heads ( 3 and 4 ), characterized in that the spring ends ( 8 and 9 or 10 and 15 ) form a slip clutch. 2. Drehfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5, 6 und 14) koaxial zueinander angeordnet sind.2. Torsion spring according to claim 1, characterized in that the spring elements ( 5 , 6 and 14 ) are arranged coaxially to one another. 3. Drehfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Federenden (8 und 9 bzw. 10 und 15) kraft-, form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. 3. Torsion spring according to claim 1 or 2, characterized in that the interconnected spring ends ( 8 and 9 or 10 and 15 ) are non-positively, positively or materially connected. 4. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung von einem Schrumpfsitz gebildet wird.4. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that the slip clutch of a shrink fit is formed. 5. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß axiale Bunde (17, 21) vorgesehen sind, die die Federelemente (5, 6 und 14) während des Durchrutschens axial sichern.5. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that axial collars ( 17 , 21 ) are provided which axially secure the spring elements ( 5 , 6 and 14 ) during slipping. 6. Drehfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bunde (17, 21) axial geteilt sind.6. Torsion spring according to claim 5, characterized in that the collars ( 17 , 21 ) are axially divided. 7. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5, 6 und 14) als Rundstab, als Vierkantstab oder als Hülse ausgebildet sind.7. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that the spring elements ( 5 , 6 and 14 ) are designed as a round bar, as a square bar or as a sleeve. 8. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Federelemente (5, 6 oder 14) längsgeschlitzt ist.8. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the spring elements ( 5 , 6 or 14 ) is longitudinally slotted. 9. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Federelementen (5, 6 und 14) Reibelemente (11) angeordnet sind. 9. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that between the individual spring elements ( 5 , 6 and 14 ) friction elements ( 11 ) are arranged. 10. Drehfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibelemente (11) Bestandteil eines oder beider der einander zugeordneten Federelemente (5 bzw. 6) ist bzw. sind.10. Torsion spring according to claim 9, characterized in that the friction elements ( 11 ) is or are part of one or both of the mutually associated spring elements ( 5 and 6 ). 11. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Federelementen (5, 6 und 14) ein Kühlmedium vorgesehen ist.11. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling medium is provided between the individual spring elements ( 5 , 6 and 14 ). 12. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Federelementen (5, 6 und 14) Stütz- und/oder Führungselemente vorgesehen sind.12. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that support and / or guide elements are provided between the spring elements ( 5 , 6 and 14 ). 13. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (2) eine ungerade Anzahl von Federelementen (5, 6 und 14) aufweist.13. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that the spring body ( 2 ) has an odd number of spring elements ( 5 , 6 and 14 ). 14. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Federelementen (5, 6 und 14) auftretenden Schubspannungen τ etwa gleich groß sind. 14. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that the shear stresses τ occurring in the spring elements ( 5 , 6 and 14 ) are approximately equal. 15. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Federelemente (5, 6 und 14) aus dem gleichen Werkstoff bestehen.15. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that the individual spring elements ( 5 , 6 and 14 ) consist of the same material. 16. Drehfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Federelemente (5, 6 und 14) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.16. Torsion spring according to one of claims 1 to 14, characterized in that the individual spring elements ( 5 , 6 and 14 ) consist of different materials. 17. Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Federelemente (5, 6 oder 14) als abscherbares Sicherheitselement ausgebildet ist.17. Torsion spring according to one of the preceding claims, characterized in that one of the spring elements ( 5 , 6 or 14 ) is designed as a shearable security element. 18. Verwendung einer Drehfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Kupplung z. B. zwischen einem Antrieb, wie einem Elektromotor, und einem Verbraucher, wie einem Verdichter oder Gebläse.18. Use of a torsion spring according to one of the previous claims as a clutch z. B. between a drive, such as an electric motor, and one Consumers, such as a compressor or blower.
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