WO1999049234A1 - Drehschwingungsdämpfer sowie schraubendruckfeder für einen drehschwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von zumindest einem Energiespeicher (7) mit entlang seiner Längsachse sich erstreckenden Federwindungen verdrehbaren Bauelementen, welche Beaufschlagungsbereiche zur Komprimierung des Energiespeichers besitzen sowie Schraubendruckfeder (9) aus Stahlfederdraht mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer Länge erstreckenden Windungen, wobei die Schraubenfeder auf Block drückbar ist. Die Schraubenfeder weist zwischen ihren beiden Endwindungen wenigstens zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser auf, nämlich einem ersten, größeren Außendurchmesser (132) und einem zweiten, kleineren Außendurchmesser (133), wobei diese Windungsarten - in Längsrichtung der Feder betrachtet - sowohl nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeordnet sind, als auch derart gewickelt sind, daß die Feder diametral gegenüberliegende Windungsbereiche aufweist, die, bezogen auf die Längsrichtung der Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet, sich auf einer Seite zumindest annähernd auf gleicher Höhe befinden, wohingegen die diametral gegenüberliegenden Windungsbereiche der beiden Windungsarten zumindest annähernd um ihren Außendurchmesserunterschied versetzt sind.

Description

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Drehschwingunqsdämpfer sowie Schraubendruckfederfür einen Drehschwingunqsdämpfer

Die Erfindung betrifft Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Wider¬

stand von zumindest einem Energiespeicher verdrehbaren Bauelementen, welche Beauf-

schlagungsbereiche zur Komprimierung des Energiespeichers besitzen. Weiterhin betrifft

die Erfindung besondere Ausgestaltungen von Schraubendruckfedern für die Verwendung

in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Drehschwingungsdämpfer der ein-

gangs beschriebenen Art zu schaffen, die ein großes Dämpfungspotential und eine hohe

Lebensdauer aufweisen. Weiterhin lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Schraubendruckfedern zu schaffen mit einem besonders hohen Beanspruchungspotential

bei gleichzeitigem hohem Arbeitsvermögen bzw. großer Energiespeicherkapazität. Insbe¬

sondere sollen die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern bei Anwendungen einsetz-

bar sein, bei denen die Federwindungen auf Block beansprucht werden und dabei zumin¬

dest zeitweise einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Weiterhin sollen die erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer sowie die Schraubendruckfedern in besonders einfacher

und wirtschaftlicher weise herstellbar sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß eine als Energiespeicher dienende Schraubendruckfeder zwischen ihren beiden Endwindungen wenig¬

stens zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist, nämlich - 2 -

einem ersten, größeren Außendurchmesser und einem zweiten, kleineren Außendurch¬

messer, wobei diese Windungsarten - in Längsrichtung der Feder betrachtet - sowohl

nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeordnet sind als auch derart gewik-

kelt sind, daß die Feder diametral gegenüberliegende Windungsbereiche aufweist, die sich bezogen auf die Längsrichtung der Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet auf ei¬

ner Seite zumindest annähernd auf gleicher Höhe befinden, wohingegen die diametral ge¬

genüberliegenden Windungsbereiche der beiden Windungsarten zumindest annähernd um

ihren Außendurchmesserunterschied versetzt sind. Der Versatz kann dabei derart vorge¬

sehen werden, daß während der Komprimierung der Feder auf Block vor Erreichen der

Blocklänge sich die Windungen mit kleinerem und größerem Außendurchmesser kontaktieren und gegeneinander durch die gezielte, relative Anordnung der beiden Windungsarten

gleitend verschoben werden, wodurch eine zusätzliche Hysterese und somit Energiever¬

nichtung erfolgt.

Vorteilhaft kann es sein, wenn sich die beiden Außendurchmesser voneinander höchstens

um die auf die Längsachse der Feder bezogene radiale Erstreckung des Federdrahtes

unterscheiden. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch sinnvoll sein, wenn die¬

ser Durchmesserunterschied größer ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die zwei Arten

von Windungen zumindest annähernd zentrisch zur Federmittelachse angeordnet sind,

wobei die Außendurchmesser dabei derart aufeinander abgestimmt sein können, daß vor

dem Erreichen der Blocklänge der Feder die beiden Windungsarten sich kontaktieren und

wie bereits weiter oben beschrieben bei Fortsetzung der Komprimierung der Feder eine Reibung bzw. eine Reibungshysterese erzeugen. Bei einer derartigen Ausgestaltung einer - 3 -

Schraubendruckfeder können gegebenenfalls dann lediglich die Windungen mit größerem

Außendurchmesser die Blocklänge der Schraubendruckfeder bestimmen. Die Windungen

mit kleinerem Außendurchmesser sind dann zwischen den radial inneren Bereichen zweier

Windungen mit größerem Außendurchmesser eingespannt. Durch die erfindungsgemäße

Ausgestaltung einer Schraubendruckfeder wird weiterhin eine Veränderung der Federstei-

figkeit während der Komprimierung ermöglicht. Diese Veränderung kann unter anderem

dadurch erzielt werden, daß während des Abgleitens der beiden Windungsarten zumindest

eine dieser Windungsarten im Durchmesser elastisch verformt wird. Besonders vorteilhaft

ist es, wenn beide Windungsarten derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Windungen

mit größerem Durchmesser zumindest stellenweise aufgeweitet werden, wohingegen die

Windungen mit kleinerem Durchmesser zumindest stellenweise in Richtung der Feder¬

längsachse gedrängt werden. Als Federlängsachse wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Längsachse betrachtet, welche durch den Mittelpunkt der Windungen mit grö¬

ßerem Außendurchmesser sich erstreckt. Bei Schraubendruckfedern, bei denen beide

Windungsarten zueinander versetzt sind, ist die durch den theoretischen Mittelpunkt der

Windungen mit kleinerem Durchmesser verlaufende Achse gegenüber der durch den theo¬

retische Mittelpunkt der Windungen mit größerem Durchmesser verlaufenden Achse ent¬

sprechend versetzt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindungen kann als Energiespeicher in besonders vorteilhafter Weise eine auf Block beanspruchbare Schraubeπdruckfeder Verwen¬

dung finden, welche zwischen ihren beiden Endwindungen eine Mehrzahl von Windungen

mit unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei die größte Windungssteigung am weitesten - 4 -

von den Endwindungen entfernt ist. Es sollen also gemäß der Erfindung zwischen den

Endbereichen einer Schraubendruckfeder wenigstens drei, vorzugsweise mehr sich unter¬

scheidende Windungssteigungen vorhanden sein. Derartige Federn sind vorzugsweise

aus Stahlfederdraht hergestellt, der in einem sogenannten Warmbiegeverfahren gewickelt werden kann. Das Wickeln kann jedoch auch im kalten Zustand des Stahlfederdrahtes

bzw. bei Umgebungstemperatur erfolgen.

Die erfindungsgemäßen Schraubenfedern können in besonders vorteilhafter Weise zwi¬

schen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen vorgesehen werden, deren Drehbe-

wegung durch Anschlag der Federwindungen, also durch auf Block gehen der Federn be¬

grenzt wird. In besonders vorteilhafter Weise können die erfindungsgemäßen Schrauben-

fedem im Drehschwingungsdämpfer eines Zweimassenschwungrades oder einer Kupp¬

lungsscheibe oder im Dämpfer einer Wandlerüberbrückungskupplung eingebaut werden.

Zweimassenschwungräder sind beispielsweise durch die DE-OS 41 17 584 und 37 21 712

bekannt geworden. Wandlerdämpfer sind beispielsweise durch die DE-OS 42 13 341 be¬

kannt geworden. Auch können die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern bei Rie¬

mendämpfern Verwendung finden, wie sie beispielsweise durch die DE-OS 42 25 304 oder

42 25 314 bekannt geworden sind.

Die Drehschwingungsdämpfer, in denen die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern eingesetzt werden, sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß diese jeweils in einer seg- - 5 -

mentförmigen bzw. ringförmigen Aufnahme enthalten sind, welche von den Bauteilen eines

der relativ zueinander verdrehbaren Dämpferelemente gebildet sind, wobei die jeweilige

Aufnahme derart ausgebildet ist, daß die entsprechende Schraubendruckfeder sowohl in

radialer als auch in axialer Richtung darin geführt ist, und zwar derart, daß sich die Feder

zumindest bei rotierendem Drehschwingungsdämpfer unter Fliehkrafteinwirkung an einer

diese radial außen übergreifende Abstützfläche abstützt. Diese Abstützfläche erstreckt sich

dabei in vorteilhafter Weise über praktisch die gesamte Länge eine Schraubendruckfeder.

In vorteilhafter Weise stützt sich die Schraubendruckfeder unmittelbar über ihre Windun¬

gen an der entsprechenden Abstützfläche ab. Durch die radiale Abstützung der Schrau-

bendruckfedem durch eine Fläche kann eine drehzahl- bzw. fliehkraftabhängige Reibungsdämpfung erzeugt werden. Diese Reibungsdämpfung kann unmittelbar durch die

entlang der entsprechenden Abstützfläche gleitenden Federwindungen erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Schraubendruckfedern kann insbesondere bei

Federn Anwendung finden, bei denen die Länge ein vielfaches des mittleren Windungs¬

durchmessers aufweist. Dieses Verhältnis kann in der Größenordung zwischen 2,5 und 30

liegen, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 5 und 18.

Bei Schraubendruckfedern, die zwischen ihren Endwindungen eine Mehrzahl von Windun-

gen mit unterschiedlicher Steigung aufweisen, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn

diese Federn derart ausgestaltet sind, daß diese ausgehend von den Endwindungen jeweils einen Federbereich besitzen, dessen Windungen mit zunehmendem Abstand von der - 6 -

entsprechenden Endwindung eine größer werdende Steigung aufweisen. Besonders

zweckmäßig kann es dabei für manche Anwendungsfälle sein, wenn die Feder in ihrem

mittleren Bereich die größte Windungssteigung besitzt und in Richtung zu den Endwindun¬

gen hin die Steigung der Windungen zumindest über einen Teilbereich der bis zur entsprechenden Endwindung vorhandenen Federlänge abnimmt.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die zwischen den Federendwindungen vorhan¬

denen Windungen mit unterschiedlicher Windungssteigung derart ausgelegt sind, daß zu¬

mindest bei auf Block beanpruchter Feder die in den Windungen mit größerer Steigung

vorhandenen Torsionsspannungen größer sind als die Torsionsspannungen in den Win¬

dungen mit kleinerer Steigung. Es kann also die Materialbeanspruchung in den Federwin¬

dungen mit zunehmender Windungssteigung größer werden. Diese Materialbeanspru¬

chung kann zusätzlich durch entsprechende Bemessung des mittleren Durchmessers bzw.

des Außendurchmessers der Windungen beeinflußt werden. Es können also hierfür zwei

Parameter herangezogen werden, einerseits die Windungssteigung und andererseits der

Windungsdurchmesser.

In vorteilhafter Weise können die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern im ent¬

spannten Zustand eine vorgekrümmte Form besitzen. Eine derartige Ausgestaltung ist ins-

besondere bei langen Federn vorteilhaft, da dadurch deren Montage, also das Einlegen

der Federn in die entsprechenden Aufnahmen erleichtert wird. - 7 -

Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn eine gemäß der Erfindung

ausgestaltete Schraubendruckfeder innerhalb einer anderen Schraubendruckfeder aufge¬

nommen ist, oder aber eine andere Schraubendruckfeder umgibt. Durch eine derartige

Anordnung wird ein Energiespeicher gebildet, der durch zwei axial ineinander geschach¬

telte Schraubendruckfedem gebildet ist. Bei einem derartigen Energiespeicher ist zweck¬

mäßigerweise wenigstens eine der Schraubendruckfedem mit Windungen unterschiedli¬

chen Außendurchmessers und/oder mit Windungen unterschiedlicher Steigung versehen.

Weiterhin können Schraubenfedern vorteilhaft sein, die - beginnend und endend mit einer

Windung großen Durchmessers - abwechselnd große und kleine Windungsdurchmesser

aufweisen, wobei die Mittelpunktsachse der Windungen mit großem und kleinem Durchmesser nicht dieselbe ist - also eine konzentrische Anordnung von Windungen

entlang ihrer axialen Ausdehnung - sondern daß die Mittelpunktsachsen der Windungen

mit kleinem und großem Durchmesser radial gegeneinander verlagert sind, so daß an einer

Seite des Windungsumfangs die Windungen kleinen Durchmessers in die Innenumfänge der Windungen großen Durchmessers axial zumindest teilweise einfügbar sind und an der

anderen Seite auf gleicher radialer Höhe angeordnet sein können. Vorteilhaft kann dabei

die Anordnung der Windungsumfänge mit den einfügbaren Windungen kleinen

Durchmessers in Richtung des Außenumfangs einer

Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtung sein, so daß der radial außen größere

Kompressionsweg der Federn ausgeglichen und die Federkapazität optimiert werden kann,

wobei die Federn in den entsprechenden Aufnahmen so eingehängt sein können, daß eine

Verdrehung ausgeschlossen ist. Derartige Federn können vorteilhafterweise in vielen - 8 -

anderen Anwendungen ebenfalls angewendet werden, beispielsweise in

Ausrückvorrichtungen als Übertotpunktfedern, Kompensationsfedern und/oder

Rückholfedern und dergleichen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figuren¬

beschreibung. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Dämpfungseinrichtung,

Figur 2 einen teilweise dargestellten Schnitt gemäß der Linie ll/ll der

Figur 1 ,

Figuren 3 und 4 eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeit eines

Energiespeichers zur Verwendung bei einer Einrichtung gemäß den Figuren

1 und 2,

Figur 5 ein Kraft-Weg- Diagramm einer erfindungsgemäßen Feder,

Figur 6 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen

Energiespeichers,

Figur 7 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Energiespeichers in einem Torsionsschwingungsdämpfer.

Der in den Figuren 1 und 2 teilweise dargestellte Drehschwingungsdämpfer bildet ein geteiltes Schwungrad 1 , das eine an einer nicht gezeigten Abtriebswelle einer Brennkraftma- - 9 -

schine befestigbare erste oder Primärschwungmasse 2 sowie eine zweite oder Sekundär¬

schwungmasse 3 aufweist. Auf der zweiten Schwungmasse 3 ist eine Reibungskupplung

unter Zwischenlegung einer Kupplungsscheibe befestigbar, über die eine ebenfalls nicht

dargestellte Eingangswelle eines Getriebes zu- und abkuppelbar ist. Die Schwungmassen

2 und 3 sind über eine Lagerung 4 zueinander verdrehbar gelagert, die bei dem darge¬

stellten Ausführungsbeispiel radial außerhalb von Bohrungen 5 zur Durchführung von Be¬

festigungsschrauben für die Montage der ersten Schwungmasse 2 an der Abtriebswelle

einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Zwischen den beiden Schwungmassen 2 und 3

ist eine Dämpfungseinrichtung 6 wirksam, die Energiespeicher 7 umfaßt, von denen zu-

mindest einer durch Schraubendruckfedem 8, 9 gebildet ist. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, ist die Schraubendruckfeder 9 vollständig in dem durch die Windungen 8a

der Feder 8 gebildeten Raum aufgenommen oder mit anderen Worten die beiden Schrau¬

benfedern 8 und 9 sind über ihre Längserstreckung betrachtet ineinander geschachtelt. Bei

dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die in Umfangsrichtung betrachtete winkelmäßi-

ge Erstreckung bzw. Länge 11 des in der Schraubenfeder 8 aufgenommenen Abschnittes

10 der Schraubenfeder 9 geringer als die Erstreckung 12 der äußeren Schraubenfeder 8.

Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn die Feder 9 um einen Betrag gegenüber der äuße¬

ren Feder 8 kürzer ist, der in der Größenordnung zwischen 30 und 90 Winkelgrad, vor¬

zugsweise im Bereich von 45 bis 70 Winkelgrad liegt. Die Differenzlänge bzw. der Diffe-

renz-winkel kann jedoch auch größer oder kleiner sein.

Die beiden Schwungmassen 2 und 3 besitzen Beaufschlaguπgsbereiche 14, 15 bzw. 16 für

die Energiespeicher 7. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Beaufschla- - 10 -

gungsbereiche 14, 15 durch in die die erste Schwungmasse 2 bildenden Blechteile 17, 18

eingebrachte Anprägungen gebildet. Die axial zwischen den Beaufschlagungsbereichen

14,15 vorgesehenen Beaufschlagungsbereiche 16 sind durch zumindest ein mit der Se¬

kundärschwungmasse 3, beispielsweise über Niete 19, verbundenes flanschartiges Beauf- schlagungsbauteil 20 gebildet. Dieses Bauteil 20 dient als Drehmomentübertragungsele¬

ment zwischen den Energiespeichern 7 und der Schwungmasse 3. Die Beaufschlagungs¬

bereiche 16 sind durch am Außenumfang des flanschartigen Beaufschlagungsmittels 20

vorgesehene radiale Arme bzw. Ausleger 16 gebildet. Das durch Kaltumformung von

Blechmaterial hergestellte Bauteil 17 dient zur Befestigung der ersten Schwungmasse 2

bzw. des gesamten geteilten Schwungrades 1 an der Abtriebswelle einer Brennkraftma¬

schine. Radial außen ist das Bauteil 17 mit dem ebenfalls aus Blech hergestellten Bauteil

18 verbunden. Die beiden Bauteile 17 und 18 bilden einen ringförmigen Raum 21 , der ei¬

nen torusartigen Bereich 22 aufweist. Der ringförmige Raum 21 bzw. der torusartige Be¬

reich 22 kann zumindest teilweise mit einem viskosen Medium, wie beispielsweise Fett,

gefüllt sein. In Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Anformungen bzw. den Beauf¬

schlagungsbereichen 14, 15 bilden die Bauteile 17, 18 Ausbuchtungen 23, 24, die den

torusartigen Bereich 22 begrenzen und die Energiespeicher 7 aufnehmen, sowie sowohl in

radialer als auch in axialer Richtung führen. Zumindest bei rotierender Einrichtung 1 stüt¬

zen sich zumindest die Windungen der Federn 8 an den den torusartigen Bereich 22 radial

außen begrenzenden Bereichen des Bauteiles 17 und/oder 18 ab. Bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel ist ein durch wenigstens eine gehärtete Blechzwischenlage bzw. Ble¬

cheinlage gebildeter Verschleißschutz 25 vorgesehen, an. dem sich zumindest die Federn

8 radial abstützen. Der Verschleißschutz 25 erstreckt sich in Umfangsrichtung in vorteil- - 11 -

hafter Weise zumindest über die gesamte Länge bzw. Winkelerstreckung der entspannten

Energiespeicher 7. Infolge der fliehkraftmäßigen Abstützung der Windungen zumindest der

Federn 8 wird zwischen diesen Windungen und den mit diesen in Reibeingriff stehenden

Bauteilen eine drehzahlabhängige Reibungsdämpfung bei einer Längenänderung bzw.

Kompression der Energiespeicher 7 bzw. der Schraubenfedern 8 erzeugt.

Radial innen trägt das sich radial erstreckende Bauteil 17 ein Zwischenteil bzw. eine Nabe

26, das bzw. die den inneren Lagerring des Kugellagers 4 aufnimmt bzw. trägt. Der äußere

Lagerring des Kugellagers 4 trägt die Schwungmasse 3.

Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel

die Beaufschlagungsbereiche 16 winkelmäßig kleiner ausgebildet als die die Energiespei¬

cher 7 in Umfangsrichtung positionierenden Beaufschlagungsbereiche 14, 15, so daß aus¬

gehend von der in Figur 2 dargestellten theoretischen Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung

eine geringe Verdrehung in beide Drehrichtungen der Schwungmassen 2 und 3 zueinander

ohne Federwirkung möglich ist.

Bei der Dämpfungseinrichtung 1 können für bestimmte Einsatzfälle die Innenfedern 9 auch

entfallen, so daß dann als Energiespeicher nur die Schraubenfedern 8 zwischen Ein- und

Ausgangsteil der Dämpfungseinrichtung verbleiben. - 12 -

Die in Figur 3 dargestellte Schraubenfeder 108 zur Verwendung in einem Torsionsschwin-

gungsdämpfer, zum Beispiel gemäß den Figuren 1 und 2, besitzt eine Vielzahl von Win¬

dungen 127, die sich zwischen den beiden Endwindungen 128, 129 entlang der Federach¬

se 130 bzw. über die Länge der Feder erstrecken. Die Windungen 127 umfassen zwei

Windungsarten 130, 131 , von denen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jede sich

von ihrer vorhergehenden und ihrer nachfolgenden durch einen unterschiedlichen Außen¬

durchmesser unterscheidet. Die Windungen 130, 131 sind also in einer 1-1 -Periode hinter¬

einander angeordnet, wobei die Windungen 130 einen größeren Außendurchmesser 132

und die Windungen 131 einen kleineren Außendurchmesser 133 aufweisen. Die Endwin-

düngen 128, 129 besitzen vorzugsweise ebenfalls den größeren Außendurchmesser 132.

Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn anschließend an die End¬

windungen 128, 129 mehrere Windungen 130 mit dem größeren Außendurchmesser 132

vorhanden sind, z. B. zwei, drei oder je nach der gewünschten Federcharakteristik bzw.

dem vorgesehenen Einsatz auch mehr solche Windungen 130. Bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel besitzen die Windungen 130, 131 über die Länge der Feder 108 be¬

trachtet zumindest annähernd die gleiche Windungssteigung, sowie bezogen auf die

Längsachse 130 der Schraubenfeder 108 zumindest annähernd den gleichen Neigungs¬

winkel 134. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Windungen 130, 131 eine un-

terschiedliche Windungssteigung bzw. einen unterschiedlichen Winkel 134 aufweisen.

Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die Windungen 130 mit größerem Durchmesser 132

eine etwas größere Windungssteigung bzw. Winkel 134 besitzen als die Windungen 131 - 13 -

mit kleinerem Außendurchmesser 133, da dadurch die in diesen Windungen auftretenden

zulässigen Maximalspannungen aneinander angeglichen bzw. optimiert werden können.

Obwohl bei der in Figur 3 dargestellten Schraubenfeder 108 die Windungen 130, 131 sich

über die gesamte Länge periodisch aufeinanderfolgend erstrecken, kann es für manche

Anwendungsfälle zweckmäßig sein, wenn eine derartige Anordnung der Windungen 130,

131 lediglich über einen Teilbereich der Gesamterstreckung einer Feder 108 vorhanden

ist. So können sich beispielsweise verschiedene Windungen 130, 131 lediglich über zu¬

mindest einen Endbereich 135, 136 einer Feder 108 erstrecken, wobei es vorteilhaft sein

kann, wenn derartige Windungen 130, 131 sich über beide Endbereiche 135, 136 erstrek- ken. Diese Endbereiche 135, 136 können dabei die gleiche Länge bzw. gleiche winkelmäßige Erstreckung aufweisen, oder aber auch unterschiedlich dimensioniert sein. Für man¬

che Anwendungsfälle kann es auch zweckmäßig sein, wenn derartige Windungen 130, 131

in einem Zwischenbereich bzw. in einem mittleren Bereich 137 vorgesehen werden.

Die vorerwähnten Federbereiche 135 und/oder 136 und/oder 137 können unter Berück¬

sichtigung des gewünschten Effektes und des Einsatzfalles beliebig dimensioniert werden.

Weiterhin können die Windungen 130, 131 in einer anderen als die in Figur 3 dargestellten

Reihenfolge bzw. Periode angeordnet werden. So können beispielsweise auf zwei Win¬

dungen 130 mit großem Durchmesser 132 eine Windung 131 mit kleinem Durchmesser

133 folgen, was auch bedeutet, daß auf eine Windung 131 zwei Windungen 130 folgen. - 14 -

Dadurch ergäbe sich eine 2-1- bzw. 1-2-Periode. Es kann jedoch eine beliebige X-Y-

Periode gewählt werden. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn eine Windung 131 mit kleinerem

Außendurchmesser 133 stets zwischen zwei Windungen 130 mit größerem Außendurch¬

messer 132 zu liegen kommt. Letzteres ist jedoch nicht immer unbedingt erforderlich.

Obwohl die in Zusammenhang mit der Feder 108 gemäß Figur 3 beschriebenen Merkmale

auch in vorteilhafter Weise bei Federn mit einer zumindest annähernd geraden Längsach¬

se 130 Verwendung finden können, sind diese Merkmale insbesondere bei Federn mit ei¬

nem gekrümmtem Verlauf bereits im entspannten Zustand (wie in Figur 3 dargestellt) be-

sonders vorteilhaft.

Aufgrund der gekrümmten Form besitzen die Windungen 130, 131 der Feder 108 radial

innen einen kleineren Abstand 138 als der radial außen vorhandene Abstand 139.

Die Windungen 130, 131 sind bezogen auf die theoretische Mittel- bzw. Längsachse 130

der Schraubenfeder 108 derart gewickelt, daß sie radial zueinander versetzt sind, und zwar

bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um die Differenz der beiden Durchmesser 132,

133. Der Versatz der Windungen 131 gegenüber den Windungen 130 ist bei der Feder¬

ausführungsform gemäß Figur 3 derart vorgenommen, daß bezogen auf den Krümmungs-

mittelpunkt 140 die radial äußeren Windungsabschnitte 130a, 131a dieser Windungen sich zumindest auf gleicher Höhe befinden bzw. im gleichen radialen Abstand vom Krüm¬

mungsmittelpunkt 140. Dies bedeutet also, daß die Windungen 131 um den vollen Diffe- - 15 -

renzbetrag zwischen den beiden Durchmessern 132, 133 gegenüber den Windungen 130

radial versetzt sind. Es sind also die theoretischen Mittelpunkte der ringartigen Windungen

130 und der ringartigen Windungen 131 ebenfalls um diesen Differenzbetrag zwischen den

Durchmessern 132, 133 versetzt. Dies bedeutet ebenfalls, daß die durch die Windungen

131 verlaufende theoretische Längsachse gegenüber der durch die Windungen 130 ver¬

laufenden theoretischen Längsachse entsprechend versetzt ist. Aufgrund dieser Tatsache

sind die radial inneren Windungsabschnitte 130b, 131b ebenfalls um die Differenz der

Windungsdurchmesser 132, 133 zueinander versetzt. Obwohl die beschriebene Ausge¬

staltung, bei der die Windungen 130, 131 zumindest annähernd um den gesamten Unter-

schied zwischen deren Außendurchmesser 132, 133 versetzt sind, für die weitaus meisten

Anwendungsfälle ( insbesondere bei Einsatz von vorgekrümmten Federn 108) besonders

vorteilhaft ist, kann der Versatz zwischen den Windungen 130, 131 auch kleiner ausgebil¬

det werden bzw. die fiktiven Mittelpunkte der ringartigen Windungen 130, 131 können be¬

zogen auf die Länge der Feder 108 auch auf gleicher Höhe sich befinden. Das bedeutet

also, daß sie dann konzentrisch um eine gemeinsame Längsachse 130 angeordnet sind,

wobei dieser Zustand aufgrund der vorhandenen Herstellungstoleranzen nur idealisiert

bzw. tendenziell vorhanden sein kann.

Zweckmäßig ist es, wenn der Unterschied zwischen den Windungsdurchmessern 132, 133

höchstens der radialen Erstreckung 141 des die Windungen 130, 131 bildenden Feder¬

drahtes, vorzugsweise aus Stahl, entspricht. Bei Draht mit rundem Querschnitt entspricht

dies dem Drahtdurchmesser. In vorteilhafter Weise kann der Unterschied zwischen den - 16 -

Durchmessem 132, 133 in der Größenordnung von 3 bis 15% vorzugsweise in der Grö¬

ßenordnung von 4 bis 6% des größeren Durchmessers 132 betragen.

Eine gemäß der Erfindung ausgestaltete insbesondere vorgekrümmte Feder 108 ermög-

licht es, die Überlastmomente (Impact-Momente), welche im Antriebsstrang eines eine

Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges auftreten, auf ein akzeptables Maß zu

reduzieren bzw. zu dämpfen. Dies wird durch eine gezielte Erzeugung von Reibung zwi¬

schen den Windungen 130, 131 bzw. durch eine kontrollierte Deformation zwischen diesen

Windungen 130, 131 gewährleistet, das in Verbindung mit Figur 4 und 5 noch näher be-

schrieben wird.

In Figur 4 sind die radial inneren Abschnitte 130b, 131b von Windungen 130, 131 darge¬

stellt, und zwar sind diese Winduπgsbereiche einmal voll ausgezeichnet dargestellt und

einmal schematisch mittels strichlierter Linien.

Die voll ausgezogene Position der Windungsabschnitte 130a, 131a entspricht dem Kom¬

pressionszustand der Feder 108, bei dem die Windungen 130, 131 anfangen sich zu berühren. Dieser Zustand entspricht dem in Figur 5 dargestellten Kompressionsweg 142 der

Feder 108 bzw. einer entsprechenden winkelmäßigen Verdrehung zwischen den beiden

Elementen 2, 3 gemäß Figur 1. In diesem Zustand berühren sich die Windungen 130, 131 zwar radial innen, zwischen den Windungen ist jedoch radial nach außen hin ein keilartiger - 17 -

Spalt vorhanden. Das bedeutet also, daß die in Figur 3 dargestellten äußeren Windungs¬

abschnitte 130a, 131a sich nicht berühren.

Bei Überschreitung des Verdrehwinkels bzw. Kompressionsweges 142 können nun die Windungen 130, 131 gezielt in radialer Richtung relativ zueinander verschoben bzw. ver¬

formt werden und zwar derart, daß sich die Windungen mit großem Durchmesser 132 ten¬

denzmäßig nach innen, also in Richtung des Krümmungsmittelpunktes 140 bewegen, und

sich die Windungen mit kleinerem Durchmesser 133 tendenzmäßig radial nach außen,

also vom Krümmungsmittel punkt 140 wegbewegen. Diese Verschiebung zwischen den

Windungen 130, 131 ist in Figur 4 durch die strichlierte Darstellung dieser Windungen dar¬

gestellt. Aus Figur 4 ist entnehmbar, daß aufgrund dieser Verschiebung der Windungen

130, 131 sich die Drahtmittelpunkte der Windungsbereiche 130b um einen Betrag 143 ra¬

dial nach innen bewegen, wohingegen die Drahtmittelpunkte der Windungsbereiche 131b

sich um einen Betrag 144 tendenzmäßig radial nach außen bewegen, so daß sich eine

Gesamtverschiebung entsprechend der Summe der Abstände 143, 144 zwischen den Windungen 130, 131 bzw. den Windungsabschnitten 130b, 131 b ergibt.

Aus Figur 4 ist weiterhin entnehmbar, daß sich die beidseits einer Windung 131 vorhande¬

nen Windungen 130 bezogen auf diese Windung 131, jeweils um einen Betrag 145 aufein-

anderzubewegen. Die durch das Abgleiten der Windungen 130, 131 ermöglichte zusätzli¬

che Kompression der Feder 108 bzw. Relatiwerdrehung zwischen den beiden Elementen

2 und 3, ist in Figur 5 durch die Strecke bzw. den Verdrehwinkel 146 repräsentiert. Nach - 18 -

Durchlaufen des Winkels 146 ist zwischen den einzelnen Windungen 130, 131 eine Ab¬

stützung vorhanden, die eine weitere Kompression der Feder 108 verhindert.

Durch das gezielte Abgleiten der Windungen 130, 131 wird also über den Verformungsweg

146 der Feder 108 eine Reibung 147 bzw. Reibungshysterese erzeugt. Diese zusätzliche

Reibung 147 kann durch entsprechende Auswahl der Windungssteigungen und des Unter¬

schiedes zwischen den Drahtdurchmessern 132, 133 entsprechend dimensioniert werden.

Wie aus Figur 5 weiterhin zu entnehmen ist, entsteht im Bereich 146, innerhalb dessen die

Windungen 130, 131 radial gegeneinander verschoben werden, auch eine höhere Feder¬

rate gemäß der Linie 148, die auf die zusätzliche Verformung der Windungen 130, 131

zurückzuführen ist.

Wie aus der Fiäche, welche zwischen der strichlierten Linie 149 und der darunter verlau-

fenden strichpunktierten Linie 150 zu entnehmen ist, tritt auch bei den bisher verwendeten

Schraubenfedern mit gleichem Außendurchmesser für alle Windungen bei auf Blockbean¬

spruchung einer solchen Schraubenfeder ebenfalls eine gewisse Erhöhung der Federrate

sowie eine gewisse Hysteresewirkung aufgrund von Verschiebungen zwischen den einzel¬

nen Windungen auf, jedoch sind diese Effekte wesentlich kleiner als bei einer gemäß der

Erfindung ausgestalteten Schraubenfeder, welche eine Verbesserung gemäß der schraf¬

fierten Fläche 147 bringt. - 19 -

Eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Schraubenfeder 108 gewährleistet also über ei¬

nen verhältnismäßig großen Verdrehwinkel 146 eine starke Zunahme der Federsteif igkeit

in Verbindung mit einer wesentlichen Zunahme der Reibungsdämpfung. Dadurch können

große Energiemengen gespeichert und zum Teil durch Reibung vernichtet werden. Es

können dadurch in einfacher und kostengünstiger Weise Überbelastungen durch Abbau

bzw. Vermeidung von Übermomenten vermieden werden, so daß die den Drehmomentfluß

übertragenden Bauteile entsprechend schwächer ausgebildet werden können bzw. vor

Zerstörung geschützt werden.

Insbesondere bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schraubenfedern in Zusammenhang mit einem mehrteiligen Schwungrad können die Spitzenmomente (auch Impact-

Momente genannt), welche bei speziellen Fahrzuständen auftreten, (wie z. B. schnelles

Herunter- bzw. Hochschalten, Resonanz- bzw. resonanznahe Zustände) auf ein vertretba¬

res Maß gedämpft werden. Diese Spitzenmomente betragen ein Vielfaches des nominalen

Motordrehmomentes. Derartige Spitzenmomente können das Zehnfache und mehr des

Nominalmomentes der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges aufweisen.

Es sei noch erwähnt, daß bei den bekannten vorgebogenen Schraubenfedern mit über die

Federlänge gleichbleibendem Windungsdurchmesser, bei auf Blockbeanspruchung einer solchen Feder radial innen eine Punkt- bzw. Linienberührung zwischen den einzelnen

Windungen entsteht und zwar im Bereich der höchsten Punkte (Drahtmitte). Dadurch ergibt

sich ein instabiles Gleichgewicht, da keine Gesetzmäßigkeit bezüglich der radialen Relativ- - 20 -

verschiebung zwischen den einzelnen Windungen vorhanden ist. So können beispielswei¬

se mehrere aneinanderiiegende Windungen sich radial nach außen hin oder nach innen

hin aufbäumen oder aber unkontrolliert einmal radial nach innen und einmal radial nach

außen gedrängt werden, was zur stellenweise Überbelastung des Federdrahtes führt, wel- ehe wiederum Federbrüche verursacht. Im Gegensatz dazu findet bei einer erfindungsge¬

mäß ausgestalteten Schraubenfeder 108 eine gezielte und kontrollierte Berührung und

Verschiebung zwischen den Windungen 130, 131 statt. Dadurch erfolgt eine zumindest

annähernd gleichmäßige Abstützung des auf die entsprechende Feder einwirkenden

Drehmomentes an allen Windungen statt, wodurch die einzelnen Windungen vor Überlast

geschützt sind.

Erwähnt sei noch, daß bei rotierender Einrichtung 1 - infolge der dann auf die einzelnen

Windungen einer Feder 108 einwirkenden Fliehkraft - zwischen den Federwindungen 127

und der diese radial abstützenden Fläche, die im vorliegenden Beispiel durch einen Ver-

schleißschutz 25 gebildet ist, eine Reibung erzeugt wird, die sich einer Verschiebung der

Windungen 127 widersetzt. Dadurch wird die zum Verschieben der einzelnen Windungen

127 erforderliche Kraft ausgehend von den Endbereichen einer Feder 108 in Richtung zur Federmitte hin größer, und zwar weil der durch die Reibung erzeugte Verschiebewider¬

stand der einzelnen Windungen sich addiert. Das bedeutet also, daß z.B. um die vom ei-

nen Federende entfernte sechste Windung elastisch zu verformen, zumindest der Reibwi¬

derstand der ersten 5 Windungen ebenfalls überwunden werden muß. Aufgrund dieser Tatsache können die einzelnen Windungen 130, 131 mit verschiedenem Außendurchmesser nicht gleichzeitig aneinander zur Anlage kommen. Dadurch kann auch das in Zusam- - 21 -

menhang mit Figur 4 und 5 beschriebene Abgleiten zwischen den einzelnen Windungen

130, 131 - über die Länge der Feder betrachtet - zeitversetzt bzw. nacheinander erfolgen.

Das in Figur 5 dargestellte Diagramm entspricht also einer statischen Beanspruchung einer

Feder 108, also einer Beanspruchung ohne Fliehkrafteinwirkung.

Figur 6 zeigt eine Schraubenfeder 208, die insbesondere in einem Torsionsschwingungs-

dämpfer als Energiespeicher eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zur Schraubenfeder

108 gemäß Figur 3, welche im Schnitt dargestellt ist, ist die Schraubenfeder 208 in voller

Ansicht dargestellt, so daß der Verlauf der sich entlang der Federachse 230 erstreckenden

Windungen 227 besser erkennbar ist. Die Feder 208 besitzt ebenfalls zwei Endwindungen, von denen lediglich die eine 228 dargestellt ist. Die dargestellte Feder 208 ist gegenüber

der Achse 237 symetrisch ausgebildet.

Wie bereits in Zusammenhang mit den anderen Figuren beschrieben, erzeugen die radial

äußeren Windungsabschnitte 230a beim Zusammendrücken und Entspannen der Feder

208 infolge der auf letztere einwirkenden Fliehkraft eine Reibungsdämpfung, sofern sie

sich mit einer Abstützfläche in Kontakt befinden. Diese Abstützfläche ist bei einer Dämp¬

fungseinrichtung bzw. bei einem Schwungrad gemäß Figur 1 und 2 durch eine als Ver¬

schleißschutz wirksame Einlage 25 gebildet. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, erfolgt die Belastung einer Schraubendruckfeder 8, 108, 208 von den

Feder-enden 38, 39 bzw. 128, 129 bzw. 228 her, und zwar sowohl bei Zug- als auch bei

Schubbetrieb der entsprechenden Dämpfungseinrichtung. Aufgrund der vorerwähnten, - 22 -

zwischen den einzelnen Windungen einer Schraubendruckfeder und der radialen Abstütz¬

fläche für diese Windungen vorhandenen Reibung wird ausgehend von den Endbereichen

der Schraubendruckfeder von Windung zu Windung das auf diese Windungen einwirkende

Drehmoment und somit auch die auf diese Windungen einwirkende Kompressionskraft

verringert bzw. abgebaut. Dies bedeutet bei der Feder 208 gemäß Figur 6, daß das an der

mittleren Federwindung 24 anliegende Moment geringer ist als das auf die Endwindung

228 einwirkende Moment. Das bedeutet also, daß über die Lebensdauer einer mit Schrau¬

bendruckfedem 8, 108, 208 ausgerüsteten Dämpfungseinrichtuπg 1 die mittleren Windun¬

gen derart ausgebildeter und angeordneter Federn sowohl statisch als auch insbesondere

dynamisch erheblich weniger beansprucht sind als die Endwindungen. Diese Tatsache

beruht auch darauf, daß Spitzenbelastungen (Impact-Momente) in Bezug auf die Gesamt-

betriebsdauer bzw. die Lebensdauer nur sehr selten auftreten (nämlich beispielsweise bei

schnellem Runter- und/oder Hochschalten des Getriebes bei Resonanzzuständen

und/oder beim Abrutschen vom Kupplungspedal), und auch während des Fahrbetriebes

der Motor überwiegend nur im Teillastbereich betrieben wird. Dies führt dazu, daß die Be¬

lastung und die Anzahl der Lastwechsel, welche die einzelnen Windungen 227 der Feder

208 über die Lebensdauer der Einrichtung 1 ertragen müssen, zur Mitte der Feder 208 hin,

tendenziell abnehmen. Somit werden die in den Eπdbereichen einer Feder 208 vorhande¬

nen Windungen am meisten beansprucht und müssen bezüglich der in diesen auftretenden

Höchstspannungen auf Dauerfestigkeit ausgelegt werden. Da die zur Mitte hin vorhande¬

nen Windungen der Feder 208 weniger beansprucht werden, können diese für höhere

Spannungen und gegebenenfalls nur für eine vorgegebene Anzahl von Beanspruchungen ausgelegt werden, also lediglich zeitfest sein. Dies erfolgt beispielsweise bei der Feder 208 - 23 -

gemäß Figur 6 dadurch, daß die äußeren Windungen derart ausgebildet sind, daß die in

diesen bei Blockbeanspruchung der Windungen auftretenden Maximalspannungen eine

Dauerfestigkeit dieser Windungen gewährleisten. Um dies zu erzielen, besitzen die äuße¬

ren Windungen eine entsprechend kleine Steigung. Die mittlere Windung 24 und die dieser

benachbarten Windungen sind derart ausgelegt, daß bei Blockbeanspruchung dieser Win¬

dungen die in diesen auftretenden Maximalspannungen größer sind als in den übrigen

Windungen, wobei diese im mittleren Bereich der Feder 208 vorhandenen Windungen auf

eine hinreichend große Lastwechselzahl also zeitfest ausgelegt werden können.

Die in Figur 6 dargestellte Feder 208 ist derart ausgebildet, daß im entspannten Zustand dieser Feder zwischen der zweiten vollen Windung 227a und der mit 1 gekennzeichneten

Windung ein durch die Steigung der entsprechenden Windung definierter Abstand y1 vor¬

handen ist. Ausgehend von der mit 1 gekennzeichneten Windung in Richtung zu der mit 24

gekennzeichneten Windung nimmt der zwischen zwei benachbarten Windungen 227 vor-

handene Abstand y gemäß der unterhalb der Figur 6 angeführten Formel zu. Dies bedeutet, daß bei einem Abstand y1 von beispielsweise 1 ,2 mm und bei einer konstanten Zu¬

nahme des Abstandes zwischen zwei benachbarten Windungen 227 von 0,05 mm in

Richtung zur Mitte der Feder 208 hin, der Abstand y zwischen den mit 23 und 24 gekenn¬

zeichneten Windungen folgende Größe aufweist: y= 1 ,2 + (23 x 0,05) = 2,35 mm.

Die erfindungsgemäße Auslegung der Feder 208 ermöglicht auch eine Reduzierung der

Kennlinien-Steigung zumindest über einen Teilbereich des maximalen Kompressionswegs - 24 -

bzw. Kompressionswinkels einer Feder 208. Dies wird durch Zulassung von höheren

Spannungen im mittleren Bereich der Feder 208 bzw. durch weichere Auslegung der in

den Endbereichen der Feder 208 vorhandenen Windungen erzielt. Die Reduzierung der

Kennlinien-Steigung einer entsprechenden Feder 208 kann in der Größenordnung von ca.

10 bis 15 % gegenüber einer Feder mit praktisch für alle Windungen konstanter Steigung

liegen. Weiterhin ermöglicht eine erfindungsgemäß ausgelegte Feder 208 eine progressive

Auslegung der Kennlinie, insbesondere im Endbereich des Kompressionsweges einer Fe¬

der 208. Dies kann dadurch erzielt werden, daß ausgehend von den Endwindungen 228

bei Kompression der Feder 208 einzelne Windungen nacheinander durch auf Block gehen

abgeschaltet werden, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß die einzelnen

Windungen ausgehend von der mittleren Windung 24 in Richtung zur Endwindung 228 hin weicher ausgelegt werden können. Dieser Effekt überlagert sich mit dem Effekt, welcher

aufgrund der von den einzelnen Windungen erzeugte Reibung entsteht.

Obwohl die Feder 208 gemäß Figur 6 in Richtung zur mittleren Federwindung 24 hin einen

progressiven Anstieg der Steigung der einzelnen Windungen aufweist, kann diese Ände¬

rung der Steigung auch stufenweise erfolgen. Das bedeutet also, daß mehrere Gruppen

von Windungen vorhanden sein können, wobei die Windungen einer solchen Gruppe die

gleiche Steigung aufweisen können, jedoch die Gruppen eine unterschiedliche Steigung.

Zumindest in einer Gruppe von Windungen kann aber auch, wie in Verbindung mit der Fe¬

der 208 gemäß Figur 6 beschrieben, eine progressive Veränderung der Steigung der Windungen vorhanden sein, wobei in einer anderen Windungsgruppe die Steigung konstant

bleiben kann. - 25 -

Weiterhin ist es möglich, insbesondere bei Bogenfedem die in einer Dämpfungseinrichtung

1 eingesetzt werden, ausgehend von dem einen Endbereich bzw. der einen Endwindung

eine unterschiedliche Steigungsprogression zwischen den einzelnen Windungen vorzuse¬

hen als am anderen Endbereich bzw. ausgehend von der anderen Endwindung. Dadurch

wird es möglich, die bei Zug- und Schubbetrieb auftretenden unterschiedlichen Verhältnis¬

se zu berücksichtigen. So können beispielsweise die Windungen mit der größeren Stei¬

gung, welche bei auf Block gehen auch die größten Torsionsspannungen aufweisen, in

Richtung Schubseite verlagert werden, da schubseitig geringere Momente abgedeckt wer¬

den müssen. Unter Schubseite einer Schraubenfeder 208 ist die Seite der Schraubenfeder

zu verstehen, auf der der Momentenfluß vom Getriebe zum Motor betrachtet eingeleitet

wird.

Die in Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Windungen 227, 227a mit unterschiedli¬

cher Windungssteigung können auch in besonders vorteilhafter Weise in Verbindung mit

einer Feder gemäß Figur 3, welche Windungen 130, 131 mit unterschiedlichem Außen¬

durchmesser besitzt, Verwendung finden. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten einer

solchen Feder noch verbessert werden, und zwar durch die in Zusammenhang mit Figur 3

beschriebene Reibungsdämpfung, welche aufgrund der unterschiedlichen Außendurch¬

messer 132, 133 der Windungen 130, 131 entsteht.

Die bei einer Feder gemäß Figur 3 gegenüber einer konventionellen Feder mit gleichem

Außendurchmesser für alle Windungen eventuell vorhandene leicht erhöhte Steigung der - 26 -

Kennlinie kann durch Anwendung einer progressiven Federsteigung gemäß Figur 6 zumin¬

dest kompensiert werden.

Figur 7 zeigt einen Ausschnitt eines Torsionsschwingungsdämpfers 301 mit Beaufschla-

gungseinrichtungen 314, 316 jeweils eines Ausgangs- und Eingangsteils des Torsions¬

schwingungsdämpfers 301 , wobei Ausgangs- und Eingangsteil gegeneinander relativ ent¬

gegen der Wirkung der Energiespeicher 308, 308' verdrehbar sind. Dabei ist in der Figur 7

- zur besseren Darstellung der Unterschiede der an sich gleichmäßig beaufschlagten

Energiespeicher - ein Energiespeicher 308 in komprimierter und ein Energiespeicher 308'

in entspannter Form dargestellt, wobei eine Mehrzahl, beispielsweise zwei bis zwölf, vor¬

zugsweise vier bis acht, kurzer Energiespeicher 308 im Torsionsschwingungsdämpfer an¬

nähernd gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Beginnend und endend mit Windun¬

gen großen Durchmessers 315, 315' wechseln sich - in Längsrichtung der Federn 308

betrachtet - Windungen großen und kleinen Durchmessers ab, wobei die Windungen 331

kleinen Durchmessers zumindest teilweise axial in die Windungen 315 großen Durchmes¬

sers einfügbar sind, wenn die Feder 208 komprimiert wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der

Außendurchmesser der Windungen 331 um mindestens um die Hälfte der Drahtstärke der Feder 308 gegenüber dem Außendurchmesser der Windungen 315 vermindert ist und

gleich oder größer des um eine Drahtstärke verminderten Außendurchmessers der Win-

düngen 315 ist. - 27 -

Die diametrale Ausrichtung der Windungen 315, 331 erfolgt dabei in vorteilhafter Weise so,

daß deren fiktiven Windungsmittelpunkte radial gegeneinander verlagert sind und in einem

Winkelbereich die Windungsumfänge auf gleicher radialer Höhe angeordnet sind und bei

ausreichender Kompression auf Block gehen und im gegenüberliegenden Winkelbereich

die Windungsumfänge infolge der unterschiedlichen Windungsdurchmesser bei entsprechender Kompression der Feder 308 ineinandergefügt werden können. Daraus resultiert

ein vergrößerter Arbeitsbereich der Feder 308.

Eine weitere Optimierung des Arbeitsbereiches kann in einer unterschiedlichen Abstim- mung zumindest eines Teils der Windungssteigungen erfolgen, wodurch die veränderten

Federkonstanten infolge der unterschiedlichen Windungsdurchmesser der Windungen

315, 331 aufeinander abgestimmt werden können, wobei in Abhängigkeit vom Anwen¬

dungsfall die diametral größeren oder kleineren Windungen 331 , 315 oder ein Teil davon

eine größere Windungssteigung aufweisen können.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Feder 308 - bezogen auf die Einbaulage im Tor-

sionsschwingungsdämpfer 301 - so auszurichten, daß der Winkelbereich der Feder 308 mit

den Windungsumfängen auf radial gleicher Höhe radial innen angeordnet ist, da bei einer

Verdrehung der beiden Beaufschlagungseinrichtungen 314, 316 gegeneinander radial au-

ßen ein längerer Weg zurückgelegt wird, die Feder 308 also stärker komprimiert wird. Zur

Sicherung der Feder 308 gegen Verdrehen kann die erste und/oder letzte Windung 315,

315' in der entsprechenden Beaufschlagungseinrichtung fixiert sein. Weiterhin können die - 28 -

Beaufschlagungseinrichtungen 314, 316 so ausgestaltet sein, daß radial äußere Bereich

die Federn 308 zuerst beziehungsweise stärker komprimieren.

Wie in Zusammenhang mit den Figuren, insbesondere den Figuren 3 bis 5, beschrieben

wurde, kann durch Einsatz wenigstens einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder mit Win¬

dungen unterschiedlicher Durchmesser das Feder- und Dämpfungsverhalten einer solchen

Schraubenfeder optimiert bzw. an den jeweiligen Einsatzfall angepaßt werden. Dies kann,

wie beschrieben, insbesondere dadurch gewährleistet werden, daß, nachdem die Windun¬

gen der Schraubenfeder, z.B. 108, zur Anlage beziehungsweise in Kontakt kommen, eine

durch entsprechende Auswahl der Durchmesserdifferenz zwischen „großen" und „kleinen"

Windungen erzeugte kontrollierte bzw. definierte relative Verschiebung der „größeren" und

„kleineren" Windungen bei Fortsetzung der Kompression der Schraubenfeder erfolgt. Die¬

se Verschiebung kann durch gezielte Ausbildung der verschiedenen Windungen derart

erfolgen, daß die Windungen mit größerem Durchmesser tendenzmäßig radial nach außen

und die Windungen mit kleinerem Durchmesser tendenzmäßig nach innen gedrängt wer¬

den, wie dies insbesondere in Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben wurde. Diese Ver¬

schiebung der Windungen bzw. die dabei ebenfalls erfolgende Vergrößerung des Federaußendurchmessers bzw. des Durchmessers der Windungen mit größerem Durchmesser

kann, durch entsprechende Anpassung der die entsprechenden Federn umgebenden Tei-

le, zur Erzeugung einer erhöhten bzw. einer zusätzlichen Reibungsdämpfung benutzt wer¬

den. So kann man beispielsweise die die entsprechenden Federn aufnehmenden Kanäle

derart ausbilden, daß nach einem vorbestimmten Verformungswert des Außendurchmessers der „größeren" Windungen ein Kontakt zwischen diesen Windungen und den diese - 29 -

umgebenden Bauteilen erfolgt. Dies kann beispielsweise bei einer Ausführungsform ge¬

mäß Figur 1 dadurch erfolgen, daß der Durchmesser des torusartigen Bereiches 22 nur

geringförmig größer dimensioniert wird als der Durchmesser der größeren Windungen der

darin aufgenommenen Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern. Die den torusartigen Be-

reich 22 begrenzenden Flächen können jedoch auch derart ausgebildet sein, daß der

durch diese gebildete Querschnitt eine gezielte, nur partielle Anlage der Windungen er¬

möglicht, z.B. an drei Punkten bzw. Bereichen. Die für die Windungen vorgesehenen Anla¬

gestellen bzw. Anlagebereiche können dabei mit einem Verschleißschutz versehen sein

bzw. durch ein verschleißfestes Bauteil gebildet sein, wie z.B. durch eine Einlage. Bezüg-

lieh einer derartigen Ausgestaltung wird auf den Verschleißschutz 25 verwiesen, wobei über den Umfang betrachtet mehrere solche Einlagen, die über den Umfang der Windun¬

gen verteilt sind, vorgesehen werden können.

Gemäß einer Ausführungsvariante können die torusartigen Bereiche 22 auch derart aus-

gebildet sein, daß lediglich über eine Teillänge der darin aufgenommenen Energiespei¬

cher, wie insbesondere Schraubenfedern, ein Kontakt zwischen Windungen des Energie¬

speichers und der Begrenzungsfläche bzw. den Begrenzungsflächen der torusartigen Be¬

reiche erfolgen kann.

Durch die radiale Verspannung bzw. Abstützung von Windungen der Schraubenfedern und

die dadurch erzeugte Hysteresereibung können diese gegen eine Überbeanspruchung,

insbesondere gegen eine plastische Deformation des die Windungen bildenden Materials, - 30 -

geschützt werden, wodurch eine höhere Lebensdauer im Überlastbereich gewährleistet

wird und darüber hinaus auch geringere Setzverluste gewährleistet werden können. Wei¬

terhin erhält die Dämpfungskennlinie des entsprechenden Energiespeichers bei hohen

Momenten eine zusätzliche Reibungskomponente bzw. Reibungshysterese, welche die

„Impactenergie" vernichten kann. Diese Reibungskomponeπte wird durch Reibung der

Windungen, insbesondere der großen Windungen, an Bereichen der die Federkanäle be¬

grenzenden Flächen, erzielt. Diese zusätzliche Reibungshysterese wird also zumindest

über einen Abschnitt des in Figur 5 dargestellten Verformungsweges 146 erzeugt. Durch

diese zusätzliche Reibungsdämpfung bzw. Reibungshysterese wird also die Fläche 147

gemäß Figur 5 vergrößert, wobei diese Vergrößerung zumindest über einen Teilbereich

des Verformungsweges 146 erfolgt, und zwar ab dem Zeitpunkt, ab dem Windungen des

entsprechenden Energiespeichers aufgrund der auf sie einwirkenden Verschiebe- bzw.

Spreizkräfte mit einer vergrößerten Kraft an den sie umgebenden Flächen gedrückt wer¬

den. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können auch die maximal auftretenden

Spannungen in den Federwindungen begrenzt werden.

Durch die vorbeschriebene Abstimmung zwischen der Federkontur und Geometrie der um¬

gebenden Bauteile kann auch eine Erhöhung der Lebensdauer bei Federn mit einer gera¬

den Längsachse erzielt werden. Durch Abstimmung des Federaußendurchmessers bzw.

des Außendurchmessers der Windungen mit größerem Durchmesser an den diesen auf¬

nehmenden Federkanal bzw. an die Innenkontur des Federkanalquerschnittes kann ein

Ausknicken bzw. eine ungewollte Deformation der Feder bei hohen Überlastbeanspru¬

chungen vermieden werden. Auch bei derartigen Federn kann eine Energievernichtung - 31 -

durch Reibkontakt zwischen Federwindungen und Begrenzungsflächen des diese aufneh¬

menden Kanals bei Impactbeanspruchungen erzielt werden.

Das Dämpfungsverhalten der erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubenfedern mit Win-

düngen unterschiedlicher Durchmesser kann durch entsprechende Auswahl der Differenz

zwischen dem Außendurchmesser der „großen" Windungen und dem Außendurchmesser

der „kleinen" Windungen gezielt definiert bzw. beeinflußt werden. Das Dämpfungsverhalten

der entsprechenden Schraubenfeder ist abhängig von der Ausrichtung bzw. vom Winkel

der Tangente im Bereich der Berührungspunkte zwischen den Federwindungen unter-

schiedlicher Durchmesser. Bei Schraubenfedern, bei denen alle Windungen den gleichen

Außendurchmesser aufweisen, ist diese Tangente bei auf Block gehen der Federwindun¬

gen praktisch senkrecht zur Längsachse der Feder. Mit zunehmender Durchmesserdiffe¬

renz zwischen den Windungen mit großem Durchmesser und den Windungen mit kleine¬

rem Durchmesser wird dieser Winkel - bezogen auf die Längsachse der Feder - kleiner.

Der Winkel der Tangente im Bereich der Berührungspunkte zwischen den einzelnen Win¬

dungen ändert sich auch aufgrund der vorbeschriebenen Radialbewegung bzw. -Verschie¬

bung zwischen den größeren Windungen und den kleineren Windungen.

Bei einem geringen Durchmesserunterschied zwischen den Windungen mit größerem

Durchmesser und den Windungen mit kleinerem Durchmesser setzt die durch Reibung der

Windungen erzeugte Dämpfung erst bei höheren Impactmomenten ein, da bei einer derar- - 32 -

tigen Auslegung der Feder der Tangentenwinkel im Bereich der Kontaktpunkte der Win¬

dungen gegenüber der Längsachse der Feder verhältnismäßig groß ist.

Die beschriebene Erzeugung einer gezielten Reibungshysterese zwischen Windungen

einer Schraubenfeder und den diese umgebenden Bauteilen kann auch in vorteilhafter

Weise bei Schraubenfedern Anwendung finden, bei denen die Windungen mit größerem

Durchmesser und die Windungen mit kleinerem Durchmesser praktisch eine gemeinsame

Längsachse aufweisen, also praktisch koaxial angeordnet sind.

Bei größerem Durchmesserunterschied zwischen den größeren Windungen und den klei¬

neren Windungen setzt die durch Aufeinandergleiten der Windungen erzeugte Dämpfung¬

scharakteristik weich beziehungsweise weicher ein, und zwar, weil der Winkel der durch

die Berührungspunkte der Windungen verlaufenden Tangente flacher beziehungsweise mit

einem kleineren Winkel gegenüber der Längsachse der Feder verläuft. Dadurch ergeben

sich größere radiale Kräfte auf die Windungen. Je nach Erfordernis kann die jeweilige Cha¬

rakteristik gezielt durch die Durchmesserdifferenz zwischen den großen Windungen und

den kleinen Windungen bemessen werden. Ein weiterer Parameter für die gewünschte Dämpfungs-charakteristik des entsprechenden Energiespeichers ist der Durchmesser bzw.

die Form der Außenkontur des die Windungen bildenden Federdrahtes. - 33 -

Um die Lebensdauer der vorbeschriebenen Federn zu erhöhen bzw. einen Bruch der

Endwindungen dieser Federn zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn diese Endwin¬

dungen gemäß der DE-OS 42 29 416 ausgebildet werden.

Um die Blockfestigkeit bzw. Dauerfestigkeit der vorbeschriebenen Federn zusätzlich zu

verbessern, kann es zweckmäßig sein, wenn diese einen Drahtquerschnitt entsprechend

der DE-OS 44 06 826 aufweisen und/oder entsprechend einem in dieser DE-OS beschrie¬

benen Verfahren zur Erzeugung eines derartigen Querschnittes hergestellt sind.

Die in Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Federn können auch aus einem

Federdraht mit nicht rundem Querschnitt, z.B. ovalartigem bzw. ellipsenförmigen Quer¬

schnitt hergestellt werden. Durch den Einsatz von Federdrähten mit derartigen Quer¬

schnitten können die in den Federwindungen auftretenden Spannungsverhältnisse noch

zusätzlich optimiert werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schraubendruckfedem eignet sich in besonders

vorteilhafter Weise ein sogenanntes Warmbiegeverfahren, also ein Verfahren, bei dem der

zu wickelnde Federdraht erhitzt wird. Nach dem Wickeln können die Schraubendruckfedem gegebenenfalls wenigstens einer weiteren thermischen oder mechanischen Behand-

lung bzw. Bearbeitung unterzogen werden. - 34 -

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge oh¬

ne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich

vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merk¬

male zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des

Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches

hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen

Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die

eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestal¬

tung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen

möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materiali¬

en, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit

den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen be-

schriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah¬

rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Ge- - 35 -

genstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch

soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

- 36 -Patentansprüche

1. Schraubendruckfeder aus Stahlfederdraht mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer

Länge erstreckenden Windungen, wobei die Schraubenfeder auf Block drückbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder zwischen ihren beiden Endwin-

düngen wenigstens zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser

aufweist, nämlich einem ersten, größeren Außendurchmesser und einem zweiten,

kleineren Außendurchmesser, wobei diese Windungsarten - in Längsrichtung der Fe¬

der betrachtet - sowohl nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeord¬

net sind als auch derart gewickelt sind, daß die Feder diametral gegenüberliegende

Windungsbereiche aufweist, die, bezogen auf die Längsrichtung der Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet, sich auf einer Seite zumindest annähernd auf gleicher

Höhe befinden, wohingegen die diametral gegenüberliegenden Windungsbereiche

der beiden Windungsarten zumindest annähernd um ihren Außendurchmesserunter-

schied versetzt sind.

2. Schraubendruckfeder mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer Länge erstreckenden

Windungen, wobei die Feder auf Block drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die Feder zwischen ihren beiden Endwindungen Windungen mit unterschiedlicher

Steigung aufweist, wobei die größte Windungssteigung am weitesten von den End¬

windungen entfernt ist.

3. Schraubendruckfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stahl¬

federdraht hergestellt ist. - 37 -

4. Schraubendruckfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

Feder ausgehend von den Endwindungen jeweils einen Federbereich besitzt, dessen

Windungen mit zunehmendem Abstand von der entsprechenden Endwindung eine

größere Steigung aufweisen.

5. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß sie im mittleren Bereich die größte Windungssteigung besitzt und in Richtung zu

den Endwindungen hin die Steigung der Windungen zumindest über einen Teilbe¬

reich der vorhanden Länge abnimmt.

6. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß bei auf Block beanspruchter Feder die in den Windungen mit größerer Steigung

vorhandenen Torsionsspannungen größer sind als die Torsionsspannungen in den

Windungen mit kleinerer Steigung.

7. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬

durch gekennzeichnet, daß sie im entspannten Zustand eine vorgekrümmte Form be¬

sitzt.

8. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen ihren Endwindungen einen Bereich besitzt, mit Windungen unterschiedlicher Stei- - 38 -

gung, wobei die Windung bzw. Windungen mit größter Steigung am weitesten von

den Endwindungen entfernt ist bzw. sind.

9. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬

durch gekennzeichnet, daß sich die Außendurchmesser der wenigstens zwei Win-

dungsarteπ voneinander höchstens um die auf die Länge der Feder bezogene radiale

Erstreckung des Federdrahtes unterscheiden.

10. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

durch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der wenigstens zwei Windungs¬

arten derart aufeinander abgestimmt sind, daß die in Bezug auf die Längserstreckung der Feder zueinander radial versetzten Windungsbereiche sich radial überdecken.

11. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz

zwischen den sich radial überdeckenden Windungsbereichen derart bemessen ist,

daß vor dem Erreichen der Blocklänge der Feder die versetzen Bereiche sich kontak¬

tieren und dann bis zur Erreichung der Blocklänge eine Reibung durch Abgleiten der

sich kontaktierendeπ Windungsbereiche erzeugt wird.

12. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die

Windungen mit unterschiedlichem Durchmesser bezogen auf die Längsrichtung der - 39 -

Feder vor Erreichen der Blocklänge in radialer Richtung zueinander verschoben wer¬

den.

13. Schraubendruckfeder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die relative

radiale Verschiebung der Windungen mit unterschiedlichem Durchmesser eine ela¬

stische Verformung der Windungen erzeugt, die eine Änderung der Federrate be¬

wirkt.

14. Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von

zumindest einem Energiespeicher mit entlang seiner Längsachse sich erstrek-

kenden Federwindungen verdrehbaren Bauelementen, welche Beaufschlagungs¬

bereiche zur Komprimierung des Energiespeichers besitzen, dadurch gekenn¬

zeichnet, daß der Energiespeicher aus wenigstens einer Schraubendruckfeder

besteht, die entsprechend wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2 ausgebildet

ist.

15. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die

Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 13 ausgebildet

ist. - 40 -

16. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 14,15, dadurch gekenn¬

zeichnet, daß eines der verdrehbaren Bauelemente eine ringförmige Kammer bil¬

det, in der die Schraubendruckfeder sowohl in radialer als auch in axialer Rich¬

tung geführt ist, wobei sich die Feder sich zumindest bei rotierendem Dreh¬

schwingungsdämpfer unter Fliehkrafteinwirkung an einer diese radial außen

übergreifende Abstützfläche abstützt.

17. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die

radiale Abstützung unmittelbar Über windungen der Schraubendruckfeder erfolgt.