DE69619519T2

DE69619519T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer schraubenfeder und schraubenfeder

Info

Publication number: DE69619519T2
Application number: DE69619519T
Authority: DE
Inventors: Pascal Boudier; Stanislas Cofrade
Original assignee: Allevard Rejna Autosuspensions SA
Current assignee: United Springs SAS
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: ES2170871T3; FR2739044A1; FR2739044B1; EP0830462B1; US6132533A; ATE213786T1; JPH11500668A; DE69619519D1; JP3984289B2; EP0830462A1; WO1997011201A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gebogener Schraubenfedern, die auf diese Weise erhaltenen Schraubenfedern und die notwendigen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Gekrümmte Schraubenfedern werden in zahlreichen mechanischen Systemen verwendet, insbesondere solchen, die Rückstellwirkungen und/oder Wärmespeicherung und Energierückgewinnung erfordern, wie zum Beispiel bei "zweifach beweglicher Dämpfer" genannten Kupplungsmechanismen oder Automatikwechselgetrieben, Automobilaufhängungen, etc.
Dabei ist es bekannt, derartige gekrümmte Federnmittels Verfahren herzustellen, die im wesentlichen auf einer Verformung über die elastische Grenze der Windungen der zuvor rechts gewickelten Feder hinaus beruht.
Diese Verformung oder Krümmung wird im allgemeinen mittels konischer Stücke oder Keile, die zwischen die Windungen eingeführt werden, auf der Seite durchgeführt, die den äußeren konvexen Abschnitt der Feder bildet.
Zahlreiche Verfahrensschritte sind dabei vor und nach diesem Krümmungsvorgang vorgesehen.
Vor dem Krümmungsvorgang sind beispielsweise die Vornahme einer rechtshändigen Aufwicklung der Federn, einer Vergütungsphase (Entspannungsglühen genannt), eines Schleifens der äußeren Enden, eines Kugelstrahlens unter Vorspannung der rechthändigen Federn, eines Heizvorganges und eines Einspannens bei aneinandergesetzten Windungen und unter Wärme bekannt.
Darüber hinaus werden die Federn nach der vorgenannten mechanischen Krümmung wärmestabilisiert und nachfolgend tariert, das heißt unter einer vorgegebenen Winkelverformung die Momente kontrolliert und nachträglich eventuell rostschützend behandelt.
Ein solches Verfahren weist jedenfalls den Nachteil auf, dass es an der Oberfläche des Federstrangs Spuren gleicher Art wie durch den erwähnten Krümmungsvorgang hervorrufen kann, die Initiationspunkte für einen Bruch bilden können.
In den Ablauf des vorgenannten Verfahrens können auch Abwandlungen eingebracht werden. Dabei kann beispielsweise die Krümmung in erwähnter Art und Weise genau nach den Wickelvorgängen, dem Entspannen und dem Schleifen durchgeführt werden, wobei darauf das Erwärmen, das Einspannen bei aneinandergesetzten Windungen und unter Wärme, das Kugelstrahlen und ein erneuter Heizvorgang folgen, die mit der Tarierung und einer eventuelleben rostschützenden Beschichtung abgeschlossen werden.
Gleichwohl bleiben die Initiationspunkte für einen Bruch erhalten, auch wenn das der Krümmung nachfolgende Kugelstrahlen ein Glätten der Spuren dieser Krümmung erlaubt.
In den Druckschriften WO-A-9106785 oder EP 0 584 474 wurde beispielsweise auch vorgeschlagen, die Krümmung rechthändiger Federn während einer thermischen Behandlung vorzunehmen. Bei letzterer Druckschrift wird die Feder einem Warmpressvorgang bei der Wickeltemperatur unterzogen.
Nun erhalten aber die Federn, welches der vorgenannten verfahren auch verwendet wird und insbesondere wegen des nachträglichen Kugelstrahlens keine besonders gute Ebenheit (das heißt guten, ebenen Kontakt einer Mantellinie der gebogenen Feder auf einer Ebene) aufgrund der durch das erwähnte Kugelstrahlen eingebrachten Belastung.
Deshalb schlägt der Erfinder ein neuartiges Krümmungsverfahren mit veränderter Reihenfolge der Vorgänge und überdies mittels spezifischer Vorrichtungen vor.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung gekrümmter Schraubenfedern, ausgehend von rechthändigen Schraubenfedern und insbesondere ein eine Krümmungsphase diese rechtshändigen Federn während einer thermischen Behandlung enthaltend, zeichnet sich besonders dadurch aus, dass bei der Krümmung die Federn gewölbt gehalten werden, wobei sie etwa die Form eines Abschnitts einer Schraubenwindung erhalten, um den Federn vor den nachträglichen Endbearbeitungen einen Gegendefekt zu verschaffen.
Besonders vorteilhafter Weise entspricht die thermische Behandlung, die während der Krümmung durchgeführt wird einem Entspannungsglühen, insbesondere im Gegensatz zu der schon erwähnten Druckschrift EP 0 584 474.
Ebenfalls vorteilhaft wird die gewölbte Position der Federn durch ein Festlegen zumindest der äußeren Windungen der Federn erreicht.
Unter anderem gewährleistet ein solches, einmal festgelegtes Verfahren eine gute Ebenheit der Federn.
Bevorzugt ist die Glühtemperatur etwa zwischen 350 und 450ºc eingestellt und die Verweildauer in der Position beträgt zwischen achtzig und einhundertzwanzig Minuten.
Selbstverständlich sind vor und nach der Krümmung noch andere Prozesse vorgesehen und es ist beispielsweise so, dass dem erwähnten Krümmungsvorgang ein Schleifen der äußeren Enden der rechtshändigen Federn und eventuell eine erster Heizvorgang der rechtshändigen Federn bei einer Temperatur zwischen 180 und 22000 während etwa 20 bis 40 Minuten vorausgeht.
Nach dem Krümmungsvorgang können die folgenden aufeinanderfolgenden Prozesse vorgesehen sein: Kugelstrahlen unter Vorspannung, Erwärmung und Einspannen bei aneinandergesetzten Windungen und unter Wärme und Kontrolle der Momententarierung, die eventuell durch einen rostschützenden Beschichtungsvorgang vervollständigt werden.
Die Erfindung betrifft natürlich auch eine gekrümmte Schraubenfeder, die nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt wurde. Zur Durchführung des Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die sich dadurch auszeichnet, dass sie zumindest für die äußeren Windungen der Federn Festlegemittel aufweist, die eine versetzte Einspannung der Windungen ermöglicht, um der Feder in etwa die Form einer Schraubenwindung zu geben.
Die Vorrichtung kann die Form eines ringförmigen, zylindrischen Gehäuses aufweisen, in das jede Feder eingeführt wird, um in etwa über ihre gesamte Länge gewölbt gehalten zu sein, oder auch in Form einer Stützeinrichtung oder Halterung, die mit Ankopplungsmitteln für die äußeren Windungen der Federn versehen ist.
Eine Weiterbildung kann auch in Form einer nicht geradlinigen Nadel ausgebildet sein, deren äußere Enden zum Eingriff in die äußeren Windungen der Federn bestimmt sind oder weiter in Form einer Nadel in zwei Abschnitten deren äußere Enden zur einen Seite der erwähnten Abschnitte zum Eingriff in die äußeren Windungen der Federn vorgesehen sind, während deren andere, freie Enden untereinander durch ein Mitnahmeelement miteinander verbunden werden können.
Die Vorrichtungen sind vorzugsweise metallisch ausgebildet und thermisch behandelt.
Die Erfindung wird noch besser verständlich und weitere Besonderheiten werden beim Lesen der folgenden Beschreibung zum Vorschein kommen, die sich auf die angefügten Zeichnungen bezieht, bei denen:
- Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form eines ringförmigen Gehäuses zeigt;
- Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 zeigt;
- Fig. 3 eine andere Vorrichtung in Form einer Stützeinrichtung für die äußeren Enden der Feder zeigt;
- Fig. 4 eine Durchführungsart in Form einer Abwandlung der Fig. 3 zeigt;
- Fig. 5 eine Vorrichtung in Form einer nicht-geradlinigen Nadel zeigt, und;
- Fig. 6 eine Vorrichtung in Form einer Nadel mit zwei unterschiedlichen Abschnitten zeigt.
Das vollständige und vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren besteht demnach nach der Aufwicklung jeder rechtshändigen Feder aus den folgenden Schritten: dem Schleifen jedes Endes der Feder, dem Biegen der Feder wie es hiernach beschreiben ist, dem Ablauf einer vierzig bis einhundertzwanzig Minuten dauernden Vergütungsphase bei einer zwischen 350 und 450ºC gehaltenen Temperatur, der nachfolgenden Durchführung eines Kugelstrahlvorgangs unter Vorspannung der gebogenen Federn in einem einzigen oder zwei Arbeitsgängen, einer erneuten Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 180 und 280ºC, dann einem Festlegen der Feder bei aneinandergesetzten Windungen (unter Zusammendrücken der gebogenen Feder) und bei der vorstehenden Temperatur, woraufhin die Momententarierung kontrolliert wird und eventuell nachfolgend noch eine rostschützende Beschichtung vorgesehen ist.
Wie ebenfalls schon erwähnt, kann vor dem Krümmungsvorgang eine Wärmebehandlung (oder Entspannungsglühen) bei einer Temperatur von 180 bis 280ºC während zwanzig bis vierzig Minuten durchgeführt werden, genauer gesagt, zwischen der Wickel- und dem Schleifvorgang.
Der Krümmungsvorgang wird demnach während des Vergütungsprozesses bei den vorgenannten Bedingungen durchgeführt, wobei sich die Federn jetzt in einer gewölbten Position befinden und vorteilhafterweise wenigstens die äußeren Windungen der Federn festgelegt sind.
Zu diesem Zweck wurden seitens des Erfinders mehrere Vorrichtungen vorgeschlagen, von den einige bestimmte in den Zeichnungen dargestellt sind. Diese Vorrichtungen sind dazu ausgebildet, wenigstens die äußeren Enden der Federn mit einer Verschiebung oder einem Versatz derselben festzulegen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Vorrichtung D&sub1; in Form eines Gehäuses, das aus zwei konzentrischen Röhren 1a, 1b gebildet ist, die miteinander durch einen Boden 2 (Fig. 2) verbunden sind und zwischen sich einen ringförmigen Raum 3 freilassen, der zur Aufnahme einer Feder R&sub1; vorgesehen ist.
Dabei ist es einsichtig, dass der vorstehend erwähnte ringförmige Raum als Funktion des Durchmessers der aufzunehmenden Feder berechnet ist.
Betrachtet man die Fig. 2, so kann jede Feder von der Oberseite her eingeführt werden, wobei die Oberseite eventuell mit einem Deckel versehen sein kann.
Um, wie vorstehend erwähnt, einen Gegendefekt zu erzeugen, kann beispielsweise ein Unterlegkeil 4 (Fig. 2) vorgesehen sein, um besagter Feder die Form eines Schraubenabschnitts vorzugeben.
Das Gehäuse bzw. die Vorrichtung D&sub1; ist in einer kreisförmigen Ausbildung dargestellt, allerdings kann sie auch oval ausgebildet sein.
Die Vorrichtungen D&sub2; und D&sub3; der Fig. 3 und 4 sind mit Mitnahme- oder Ankoppelmitteln versehene Stützeinrichtungen oder Halterungen für die äußeren Windungen der Federn, die hier mit den Bezugszeichen R&sub2; und R&sub3; versehen sind.
Die Mitnahmemittel sind beispielsweise aus parallelen Seitenwänden wie etwa 5a, 5b; 6a, 6b (Fig. 3) und 8a, 8b; 9 (Fig. 4) gebildet (diese können zueinander leicht schräg stehen), zwischen denen eine oder mehrere (beispielsweise zwei) äußere Windungen festgemacht: sind, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist.
Bei der Vorrichtung D&sub2; sind überdies Seitenwände 10a, 10b; 11a, 11b vorgesehen, das Ganze in diesem Fall ausgehend von einem abgekanteten Blech 7, das eventuell mit einem Boden 7' versehen ist.
Man beachte dabei, dass wie zuvor dadurch, dass der Feder die Form einer Schraube durch Versatz der äußeren Enden vorgegeben wird, ein Gegendefekt der Größe P&sub2; für D&sub2; und der Größe P&sub3; für D&sub3; erzeugt wird.
Im übrigen lässt sich feststellen, dass bei der Vorrichtung D&sub2; der Fig. 3 die beiden geschliffenen äußeren Enden der Feder R&sub2; zueinander einen Winkel "a" einschließen, der eine Funktion der gewünschten Geometrie der endgültigen Feder ist, wohingegen bei der Vorrichtung D&sub3; der Fig. 4 die äußeren Enden der Feder R&sub3; durch ihre Abstützung an der selben Wand 9 parallel sind.
In der Fig. 5 ist eine Vorrichtung D&sub4; in Form einer nicht- geradlinigen Nadel erkennbar, wobei deren Gestalt hinsichtlich der gewünschten Formgebung der Feder R&sub4; angepasst ist (Krümmung und Schraubenform).
Die Nadel D&sub4; weist vorliegend einen viereckigen Querschnitt auf, während jedes äußere Ende dazu vorgesehen ist, an einer oder zwei äußeren Windungen der Feder R&sub4; festgeklammert zu werden.
Die Nadel D&sub4; übt an den äußeren Enden der Feder R&sub4; ein Moment auf ein oder zwei der Windungen entlang einer Achse aus, die durch den Durchmesser der äußeren Windung gebildet wird.
Die Vorrichtung D&sub5; der Fig. 6 für die Feder R&sub5; ist eine Nadel mit zwei unterschiedlichen Abschnitten 12, 13.
Das eine äußere Ende jedes Abschnitts 12, 13 ist wie zuvor zum Eingriff mit einer oder zwei Windungen der Feder R&sub5; vorgesehen, während die anderen äußeren Enden dafür vorgesehen sind, in freier Art und Weise mittels eines Verhakungsmittels 14 verbunden zu werden, welches in diesem Fall ein einfacher Kettenring ist, derart, dass die Feder R&sub5; an der Vorrichtung D&sub5; einfach anbringbar und wieder entfernbar ist.
Diese letzte Vorrichtung ist insbesondere für genügend kurze Federn mit großem Krümmungshalbmesser bestimmt.
Zur einfacheren Anbringung der Federn an den Vorrichtungen kann zum Biegen der besagten Federn ein Automat verwendet werden, derart, dass beispielsweise diese Vorrichtung eine Rotationswinde aufweist, die einem Drücken in Schraubenform folgt.
Die vorgenannten Vorrichtungen oder Handwerkszeuge müssen natürlich die Festigkeit und die erforderlichen Dimensionen aufweisen, um eine gute Wiederholgenauigkeit der fertigen Produkte zu gewährleisten, die vorzugsweise aus Metall mit einem gesicherten guten mechanischen Widerstand gegen die entsprechende thermische Behandlung sind.
Daneben ist es auch verständlich, dass unterschiedliche Parameter des vorstehend beschriebenen Verfahrens, so etwa die Abmessungen und Formen der Vorrichtungen, bei dessen Verwirklichung als Funktion der Charakteristika der zu erhaltenden gekrümmten Federn festgelegt sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Schraubenfedern, welches von geraden Schraubenfedern ausgeht und während einer thermischen Behandlung insbesondere eine Krümmungsphase der geraden Federn beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Krümmung die Federn, indem ihnen etwa die Form eines Abschnitts einer Schraubenwindung gegeben wird, gebogen festgehalten werden, um ihnen vor den späteren Verarbeitungsvorgängen einen Gegendefekt zu verschaffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Krümmung stattfindende thermische Behandlung einem Vorgang des Entspannungsglühens entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Festhalten der Federn in der gebogenen Stellung dadurch erreicht wird, dass diese zumindest an den an ihren äußeren Enden befindlichen Windungen festgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur etwa zwischen 350 und 450ºC liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Glühphase in der festgehaltenen Stellung zwischen achtzig und einhundertzwanzig Minuten liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Krümmungsvorgang ein Schleifvorgang der äußeren Windungen der geraden Federn vorausgeht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Krümmungsvorgang ein erster Heizvorgang der geraden Federn vorausgeht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser erste Heizvorgang während etwa zwanzig bis vierzig Minuten bei einer Temperatur von etwa 180 bis 220ºC stattfindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsvorgang entsprechend der aufeinander folgenden Vorgänge vervollständigt wird: Kugelstrahlen unter Vorspannung, Erwärmung und Festlegung mit nebeneinanderliegenden Windungen und unter Wärme, Kontrolle der Tarierung der Momente.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Aufbringung einer korrosionsverhütenden Beschichtung vervollständigt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Festlegemittel zumindest die äußeren Windungen der Federn aufweist, wobei die Festlegemittel dazu vorgesehen sind, eine verschobene Festlegung der Windungen während der Krümmung zu gewährleisten, um den Federn etwa die Form eines Abschnitts einer Schraubenwindung zu geben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form eines ringförmigen, zylindrischen Gehäuses (D&sub1;) vorgesehen ist, in welches jede Feder (R&sub1;), um im wesentlichen über ihre gesamte Länge gebogen gehalten zu sein, eingeführt wird, während eine Einrichtung (4) dafür vorgesehen ist, wenigstens die Verschiebung der äußeren Windungen zu gewährleisten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer Stützeinrichtung (D&sub2;; D&sub3;) vorgesehen ist, die mit Mitteln zur Mitnahme (5a, 5b, 6a, 6b, 10a, 10b, 11a, 11b; 8a, 8b 9) der äußeren Windungen der Federn (R&sub2;; R&sub3;) versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer nicht geradlinigen Nadel (D&sub4;) vorgesehen ist, deren äußere Enden zum Eingriff in die äußeren Windungen der Federn (R&sub4;) vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer Nadel (D&sub5;) in zwei Abschnitten (12, 13) vorgesehen ist, wobei die äußeren Enden der einen Seite der Abschnitte zum Eingriff in die äußeren Windungen der Federn vorgesehen sind, während die anderen, freien Enden durch ein Mitnahmeelement (14) miteinander verbunden werden können.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese metallisch und thermisch behandelt ist.