WO2005005855A1

WO2005005855A1 - Wellfeder

Info

Publication number: WO2005005855A1
Application number: PCT/DE2004/001438
Authority: WO
Inventors: Lothar Brückner; Peter Buchhagen
Original assignee: Christian Bauer Gmbh + Co.
Priority date: 2003-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2005-01-20
Also published as: DE112004000037B4; DE112004000037D2

Abstract

Eine Wellfeder mit einer Vielzahl einzelner, jeweils ein Wellental und einen Wellenberg bildenden Wellen soll in einem grössenmässig vorbestimmbaren Anlaufbereich des Einfederweges eine gegenüber grösseren Einfederwegen gezielt geringere Federsteifigkeit aufweisen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass der Wellenverlauf zur Erzielung einer in einem grössenmässig vorgebbaren Anfangsbereich (C) des Einfederweges mit einer mit zunehmendem Einfederweg ansteigenden Federkennlinie ausgelegt ist, wozu in diesem Anfangsbereich (C) mit zunehmendem Einfederungsweg zunehmend mehr Wellenbereiche krafteinleitend wirken.

Description

Wellfeder

Die Erfindung betrifft eine Wellfeder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise aus einem Blechring geformte Wellfedern zeigen beim Einfedern eine Kennlinie, die zwischen einem Anfangs- und Endbereich linear verläuft. Ein abweichender Anfangsbereich ist üblicherweise äußerst gering und wird ausschließlich bedingt von geometrischen Abweichungen der Wellfeder von einer gewünschten Idealform. Am Ende der Kennlinie geht diese bei Erreichen der Planlage der Wellfeder in eine Senkrechte über.

Aus JP-112 70 605 A ist eine Art Spiralfeder mit stufenförmig verlaufenden Wellenbergen und Wellentälern bekannt.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine in der Form eines geschlossenen Ringes vorliegende Wellfeder für Anwendungsfälle zu schaffen, in denen in einem Anfangsbereich eines Einfederbereiches einer Feder eine Federkennliniencharakteristik vorliegt, bei der die Federkennlinie er- heblich flacher verläuft als in einem auf den betreffenden Anfangsbereich nachfolgenden Bereich des Federweges.

Gelöst wird dieses Problem in erster Linie bereits durch eine Ausgestaltung einer gattungsgemäßen Wellfeder nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wellenverlauf zu wählen, bei dem im Anfangsbereich des Einfederbereiches stetig oder stufenweise zunehmend mehr Wellenberge und Wellentäler an den stirnseitigen Widerlagern der Wellfeder in dem Anlagebereich zum Eingriff gelangen, d.h. krafteinleitend wirken.

Dieser Effekt ist durch unterschiedlich gestaltbare Wellenverläufe und Anordnungen erreichbar. Entscheidend ist in allen Fällen ausschließlich, dass in dem Bereich, in dem der übliche lineare Kennlinienverlauf verändert werden soll, unterschiedliche Bereiche der Wellfeder an den Widerlagern, zwischen denen diese Feder eingespannt ist, zur direkten Anlage gelangen. Dadurch kann ein Federverhalten erreicht werden, bei dem die Federsteifigkeit mit zunehmendem Einfederweg zunimmt .

Besonders vorteilhaft sind aus einer Amplituden-Modulation erzeugte Wellenformen, bei denen einer Hauptwelle eine wei- tere Welle mit kleinerer Amplitude und kürzerer Wellenlänge überlagert wird („Gesamt-Wellung") . Hierdurch erhält die Kennlinie einer Wellfeder in erfindungsgemäßer Weise eine flache Anfangskennlinie, das heißt anfangs ist nur ein Teil der Wellen in Kontakt mit den Krafteinleitungen. Durch diese Maßnahme ist es möglich, innerhalb der Gesamt-Kennlinie bei den Federwegen und Kraftniveaus den flachen und steilen Anteil unterschiedlich zu gestalten.

Die in den ünteransprüchen als besonders vorteilhaft herausgestellten Ausführungen einer erfindungsgemäßen Wellfeder werden nachfolgend als gezeichnete Ausführungsbeispiele erläutert .

In einer Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Kennliniendiagramm einer Wellfeder mit einem erfindungsgemäßen Anlaufbereich im Vergleich zu der Kennlinie einer üblichen, keine Anlaufbereich besitzenden Wellfeder,

Fig. 2 bis 4 unterschiedliche, erfindungsgemäße Wellenverläufe einer erfindungsgemäßen Wellfeder,

Fig. 5 bis 8 weitere erfindungsgemäße Wellenverläufe, die speziell im Sinne einer Amplituden- Modulation erzeugt sind. In dem Feder-Kennliniendiagramm der Fig. 1 ist der Kennlinienverlauf einer . üblichen, bekannten Wellfeder mit A gekennzeichnet . Auf der Ordinate des Diagram es ist die Federkraft als F in [N] und auf der Abszisse die Bauhöhe als 1 in [mm] aufgetragen.

Der Kennlinienverlauf einer erfindungsgemäßen Wellfeder ist mit B bezeichnet. Zum besseren Verständnis sind die Kennlinien in dem Diagramm - abweichend von der Realität - leicht gegeneinander verschoben gezeichnet. Derjenige Bereich der Kennlinie B, der erfindungsgemäß einen veränderten Anlaufbe- reich darstellt, ist auf der Abszisse mit C bezeichnet. Der bei der üblichen Wellfeder vorhandene kurze Anfangsbereich, in dem hauptsächlich wegen Fertigungsungenauigkeiten noch kein dem Hauptbereich der Kennlinie entsprechender Kennlinienverlauf vorliegt, ist mit D markiert.

Ein möglicher Wellenverlauf einer erfindungsgemäßen Wellfeder besteht nach Fig. 2 darin, dass Wellen 1 und 2 wechselnd hintereinander angeordnet sind, von denen bei der Welle 1 die Wellenberge und Täler eine größere Amplitude als diejenige bei der Welle 2 aufweisen. Damit erfolgt bei einem Einfedern zunächst eine Krafteinleitung ausschließlich über die Wellen 1 und erst nach einem bestimmten, durch die Auswahl des Amplitudenverhältnisses vorbestimmten Einfederweg dann auch über die Wellen 2.

Bei einer speziellen Ausführung eines Federverlaufes nach Fig. 2 entsprechend Fig. 3 besitzen beide Wellen 1, 2 je- weils ein gleiches Verhältnis von Wurzel der Amplitude zu Verhältnis der Wellenlänge [x (Aχ/A₂ ) = λ_x/λ₂]. In der Zeichnung ist in Fig. 3 die Amplitude jeweils mit AI und A2 eingetragen und die Wellenlänge mit λi = 1 und λ₂ ■*■= 2 ^Λ bezeichnet . Bei einer derart ausgeführten Wellfeder sind die Krümmungen der unterschiedlichen Wellen gleich, wodurch beim Einfedern gleiche Biegespannungen vorliegen.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist einer Hauptwelle H jeweils im Berg- und Talbereich eine Art Nebenwelle N zugeordnet. Zu Beginn des Einfederweges erfolgt die Krafteinleitung ausschließlich über die Kontaktbereiche der Hauptwellen, während nach Überschreiten eines durch die Auslegung der Wellen vorgegebenen Anfangs-Einfederungsweges zusätzlich auch die Nebenwellen N krafteinleitend wirken.

Vorteilhaft für eine hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Wellfedern ist eine Wellenform mit möglichst gleichmäßigen Wellen mit einer möglichst kleinen Krümmung.

Die Wellenformen nach den Beispielen in den Fig. 5 bis 8_r bei denen die Wellenformen (GW) im Sinne einer Amplituden- Modulation erzeugt sind, zeigen, dass es günstig ist, die Wellenlänge der Überlagerungswelle (UW) in einem ungraden Bruchteil zur Wellenlänge der Basiswelle (HW) festzulegen, da hierdurch symmetrische Bedingungen erhalten werden. Denn alle Halbwellen haben gleiches Aussehen. Das Verhältnis der Wellenlängen zwischen Basis- und Überlagerungswellen (HW) beziehungsweise (UW) ist in der Zeichnung jeweils links oben mit 1 7 (Fig. 5), 1 x 5 (Fig. 6), 1 x 3 (Fig. 7) und 1 x 7 (Fig. 8) angegeben.

Eine besondere Variante besteht nach Fig. 8 darin, dass die Uberlagerungswellung (GW) nur aus partiellen Teilen einer Wellung (UW) besteht. In diesem Beispiel liegen die partiellen Wellen (UW) derart, dass sie auf den Bereich der „Nulldurchgänge^'" beschränkt sind und damit erst zum Ende der Ein- federung voll zur Geltung kommen. Ab diesem Moment geht die Kennlinie sodann in den steilen Bereich über.

Claims

Ansprüche

1. Wellfeder in der Form eines geschlossenen Ringes mit einer Vielzahl einzelner, jeweils ein Wellental und einen Wellenberg bildenden Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenverlauf aus Wellenbergen und Wellentälern zur Erzielung einer in einem größenmäßig vorgebbaren Anfangsbereich (C) des Einfederweges mit einer mit zunehmendem Einfederweg ansteigenden Federkennlinie ausgelegt ist, wozu in diesem Anfangsbereich (C) mit zunehmendem Einfederweg zunehmend mehr Wellenbereiche krafteinleitend wirken.

2. Wellfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangsbereich beschränkt ist auf 10 bis 80 % des maximalen Einfederweges.

3. Wellfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gehennseic .net, dass die Wellen in Gruppen mit jeweils innerhalb einer Grup^¬ pe gleich geformten, jedoch von Gruppe zu Gruppe ungleich geformten und innerhalb einer Gruppe jeweils über den Umfang regelmäßig verteilten Wellen (1, 2) ausgebildet sind.

4. Wellfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ungleichen Wellen (1, 2) unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.

5. Wellfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlich geformten Wellen (1^Λ, 2 ) jeweils ein gleiches Verhältnis von Wurzel aus dem Verhältnis der

Amplituden (A) zum Verhältnis der Wellenlänge (λ) aufweisen.

6. Wellfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken zeichnet, dass Hauptwellen (H) vorgesehen sind, deren Hauptwellenberge und -täler jeweils mindestens ein Tal einer Nebenwelle (N) aufweisen, wobei die Nebenwellen (N) gegenüber den Hauptwellen (H) niedrigere Amplituden besitzen.

7. Wellfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz ichnet, dass der Wellenverlauf im Sinne einer Amplituden-Modulation erzeugt ist, indem einer Hauptwelle (HW) eine weitere Welle mit einer kleineren Amplitude und kürzeren Wellenlänge als Überlagerungswelle (UW) überlagert ist.

8. Wellfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungswelle (UW) nur aus partiellen Teilen einer Wellung besteht.

9. Wellfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wellung auf den Bereich der „Nulldurch- gänge^w begrenzt ist.