DE10043229C2 - Schrauben-Druckfeder-System - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 auf ein Schrauben-Druckfeder-System mit mindestens zwei unter­ schiedlichen Teilkennlinien, wobei das System aus mindestens zwei zylinderförmigen Federbereichen unterschiedlicher Win­ dungsdurchmesser besteht und im Innenraum der Windungen des Federbereichs mit größerem Windungsdurchmesser eine im wesent­ lichen ringförmige Anlagefläche einer auf dem äußeren Federende sitzenden Druckplatte für die Anlage des Federbereichs geringe­ ren Windungsdurchmessers vorhanden ist.

Für verschiedene Anwendungen werden auf Druck belastete Federn oder Komponenten benötigt, die eine Kennlinie mit zwei oder mehr unterschiedlichen Federraten aufweisen.

Es sind in diesem Zusammenhang bereits entsprechend gestaltete Mehr-Feder-Systeme bekannt, die eine solche Kennlinie liefern.

Aus der DE 199 37 397 C1 ist ein Federbein zwischen zwei rela­ tiv zueinander beweglichen Elementen bekannt mit einer Kolben­ stange, die in einem Zylinder axial beweglich geführt ist, mit einer Federeinrichtung, die den Zylinder einhüllt und minde­ stens zwei Federn aufweist, wobei die erste Feder eine kleinere Federkonstante aufweist als die zweite und der Zylinder mit einem ersten Federteller in Wirkverbindung steht, an dem sich die erste Feder mit ihrem ersten Ende abstützt und sich das andere Ende der ersten Feder an einem zweiten, relativ zum Zylinder axial beweglichen Federteller abstützt, wobei sich die zweite Feder an einem dritten Federteller abstützt und die erste Feder koaxial zur zweiten Feder angeordnet ist, wobei ferner der erste Federteller einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des dritten Federtel­ lers und die erste Feder derart ausgelegt ist, dass der erste Federteller mit dem dritten Federteller in Berührung kommt, bevor die Blocklänge der ersten Feder erreicht ist.

Aus der DE 195 14 701 A1 ist eine Federanordnung bekannt, bei der sich der Windungsdurchmesser kontinuierlich verringert und sich die Feder ab einer bestimmten Federlänge innerhalb des ersten Federabschnitts dann in umgekehrter Richtung mit weiter­ hin sich verringerndem Windungsdurchmesser derart fortsetzt, dass zwei konzentrische kegelstumpfförmige Federabschnitte ent­ stehen, die sich in unterschiedlicher Richtung verjüngen. Dar­ über hinaus verjüngt sich bei dieser bekannten Feder auch der Drahtquerschnitt.

Aus der US 3 862 751 A ist ein Federsystem bekannt, bei dem zwei Druckfedern derart konzentrisch angeordnet sind, dass nach einem vorgegebenen Federweg der äußeren Druckfeder die konzen­ trisch innerhalb dieser angeordnete zweite Druckfeder in Kon­ takt mit einer Anlagefläche kommt und somit zusätzlich wirksam wird. Hier sind jedoch zwei einzelne Druckfedern mit sich ggfs. addierenden Toleranzen vorhanden.

Aus der DE 40 18 008 A1 ist eine aus zwei Abschnitten bestehen­ de Führungs- und Montageeinheit für eine Druckfeder bekannt, bei der der Führungsabschnitt des einen Führungs- und Montage­ teils teleskopartig in den Führungsabschnitt des anderen Führungs- und Montageteils eingesetzt ist. Diese Führungsab­ schnitte sind von nur einer einzigen Druckfeder umgeben.

Bei einem Zwei-Feder-System ergeben sich jedoch zwangsläufig mehrere Bauteile mit der Folge insgesamt großer Toleranzen, da sich die Einzel-Toleranzen von mindestens drei Bauteilen addie­ ren. Durch die Teilevielfalt und die Notwendigkeit, die Einzel­ toleranzen deutlich zu minimieren, um so eine hinnehmbare Ge­ samttoleranz zu erreichen, ergeben sich unvermeidbar hohe Fer­ tigungskosten.

Eine andere Variante stellen Druckfedern mit einem variablen Windungsabstand dar.

Auch bei solchen Druckfedern ergeben sich erhebliche Nachteile, uns zwar aus der Tatsache, dass ein großer axialer Einbauraum notwendig wird und die Gefahr eines Ausknickens der Feder be­ steht. Darüber hinaus weisen solche Konstruktionen ein relativ hohes Gewicht auf und können beim Anlegen der Windungen (Kom­ pression der Feder) metallische Geräusche verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckfeder mit mehreren unterschiedlichen Teilkennlinien zu schaffen, die aus wenigen Bauteilen besteht und kostengünstig herzustellen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein zwei Teilfedern aufweisendes Schrauben- Druckfeder-System in perspektivischer Darstel­ lung,

Fig. 2 ein Schrauben-Druckfeder-System gemäss Fig. 1 in der Seitenansicht,

Fig. 3 ein Schrauben-Druckfeder-System gemäss Fig. 2 im Längsschnitt sowie

Fig. 4 ein Schrauben-Druckfeder-System gemäss Fig. 3 mit einem zentralen Führungsstift mit Rastlippen.

Das in Fig. 1 dargestellte Schrauben-Druckfeder-System 10 be­ steht aus zwei Federbereichen 11 und 12 unterschiedlicher Win­ dungsdurchmesser sowie unterschiedlicher Kennlinien. Im Über­ gangsbereich 17 der beiden Federbereiche 11 und 12 sind die Windungen dieser beiden Federbereiche 11 uns 12 direkt mitein­ ander verbunden; sie bestehen aus ein und demselben Federdraht. Dies ist in Fig. 2 besonders gut erkennbar. Die außenliegenden Enden der Federbereiche 11 und 12 liegen an Druckplatten 13 bzw. 14 an, die ihrerseits mit an sich bekannten Halterungs­ elementen 15 und 16 versehen sind.

In Fig. 2 ist - wie bereits erwähnt - der Übergangsbereich 17 zwischen den beiden Federbereichen 11 und 12 gut erkennbar dar­ gestellt. Die Verbindung zwischen den Federbereichen 11 und 12 ergibt sich durch das Wendeln ein und desselben Federdrahtes mit einem ersten Windungsdurchmesser im ersten Federbereich 11 und mit einem zweiten Windungsdurchmesser im zweiten Federbe­ reich 12, wobei allein im Übergangsbereich die Steigung den Wert "Null" annimmt. So wird erreicht, dass der zweite Feder­ bereich 12 im komprimierten Zustand der Stufenfeder 10 gut auf­ liegend an einer Anlagefläche 20 zur Anlage kommt.

Neben den oben erwähnten zwei Federbereichen 11 und 12 können selbstverständlich auch weitere Federbereiche vorgesehenen sein. Im hier erläuterten Ausführungsbeispiel werden die Zusam­ menhänge jedoch der Einfachheit halber nur anhand eines zwei­ stufigen Schrauben-Druckfeder-Systems beschrieben. Für mehr­ stufige Schrauben-Druckfeder-Systeme gilt das Gesagte ganz entsprechend.

In Fig. 3 ist das Schrauben-Druckfeder-System 10 im Längs­ schnitt dargestellt.

Es sind alle zuvor bereits erwähnten Teile des Schrauben-Druck­ feder-Systems 10 zu erkennen. Darüber hinaus ist aus der Fig. 3 ersichtlich, dass die beiden Druckplatten 13 und 14 über einen Führungsstift 18 und eine zugehörige Führungshülse 19 in Axial­ richtung relativ zueinander beweglich geführt werden.

Innerhalb des ersten Federbereichs 11 mit größerem Windungs­ durchmesser ist die weiter oben erwähnte ringförmige Anlage­ fläche 20 - vorzugsweise aus geräuschdämmendem Werkstoff, ins­ besondere Kunststoff - vorgesehen, an der der zweite Federbe­ reich 12 zur Anlage kommt, sobald die erste Teilfeder 11 kom­ pressionsbedingt eine der Höhe der ringförmigen Anlagefläche 20 entsprechend reduzierte Höhe annimmt. Von diesem Zeitpunkt an ist nur noch der zweite Federbereich 12 mit dessen Kennlinie wirksam. Die Federkennlinie der Gesamtanordnung ändert sich in diesem Moment sehr schnell, nahezu spontan.

In Einbaustellung wirkt das gesamte System wie eine einzige Feder. Die beiden Bereiche 11 und 12 des Schrauben-Druckfeder- Systems 10 überlagern sich mit ihren Kennlinien zu einer gemeinsamen Kennlinie. Diese gemeinsame lineare Kennlinie ist so lange wirksam, bis der Federbereich 12 mit dem kleineren Windungsdurchmesser an der ringförmigen Anlagefläche 20 zur Anlage kommt. In diesem Moment wird der erste Federbereich 11 mit dem größeren Windungsdurchmesser außer Eingriff genommen. Es ist nur noch die Kennlinie des zweiten Federbereichs 12 mit dem kleineren Windungsdurchmesser wirksam. Die effektive Feder­ kennlinie der Gesamtkonstruktion ändert sich in diesem Moment - wie bereits weiter oben beschrieben - und verhält sich somit wie ein Zwei- oder Mehr-Feder-System.

Die oben beschriebene Gesamtkonstruktion unterscheidet sich aber durch weniger Bauteile und ein geringeres Gesamtgewicht von den vorbekannten "Zwei-Feder-Systemen". Das bei progres­ siven Federn unvermeidliche Geräusch ("metallisches Klicken") wird vermieden, da die Abstützungen bei dem vorliegenden Schrauben-Druckfeder-System 10 zwischen der metallischen Druckfeder einerseits und der aus Kunststoff bestehenden Führungshülse andererseits erfolgt.

Die Höhe der ringförmigen Anlagefläche 20 kann unveränderlich oder über eine Kombination aus Innen- und Außengewinde stufen­ los einstellbar gestaltet werden.

Um eine einfache und dennoch sichere, insbesondere unverlier­ bare Verbindung zwischen dem Führungsstift 18 und der Führungs­ hülse 19 zu erreichen, kann der Führungsstift 18 mit Rastlippen 22 versehen werden, die in an sich bekannter Weise einerseits ein problemloses Zusammenführen des Führungsstifts 18 und der Führungshülse 19 ermöglichen, aber andererseits eine dauerhafte Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen und damit auch ei­ nen sicheren Zusammenhalt der Gesamtkonstruktion gewährleisten.

Durch die Höhe der ringförmigen Anlagefläche 20 wird das Auf­ setzen der zweiten Feder 12 auf der Anlagefläche 20 sehr genau und definiert festgelegt. Es wird ein exakter und weitgehend "harter" Übergang von der Gesamtkennlinie auf die Kennlinie des zweiten Federbereichs 12 erreicht.

Ganz entsprechend könnte ein solches Schrauben-Druckfeder- System - wie bereits weiter oben erwähnt - auch aus mehr als zwei Federbereichen 11 bzw. 12 aufgebaut sein.

Claims (10)

1. Schrauben-Druckfeder-System mit mindestens zwei unterschied­ lichen Teilkennlinien, wobei das System aus mindestens zwei zylinderförmigen Federbereichen (11, 12) unterschiedlicher Windungsdurchmesser besteht und im Innenraum der Windungen des Federbereichs (11) mit größerem Windungsdurchmesser eine im wesentlichen ringförmige Anlagefläche (20) einer auf dem äußeren Federende sitzenden Druckplatte (13) für die Anlage des Federbereichs (12) geringeren Windungsdurchmessers vor­ handen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbereiche (11, 12) direkt miteinander verbundenen sind und die Feder­ bereiche (11, 12) mit unterschiedlichen Windungsdurchmessern aus einem gemeinsamen Federdraht gewickelt sind.

2. Druckfeder-System nach einem der Ansprüche 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Anlagefläche (20) in ihrer Höhe un­ veränderlich ist.

3. Druckfeder-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (20) über Gewinde höhenverstellbar ist.

4. Druckfeder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig an den äußeren Federenden Druckplatten (13, 14) vorhanden sind.

5. Druckfeder-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (13, 14) über einen Führungsstift (18) und eine zugehörige Führungshülse (19) in Axialrichtung relativ zueinander beweglich sind.

6. Druckfeder-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsstift (18) und Führungshülse (19) in ihrer relativen axialen Beweglichkeit zueinander lösbar mitein­ ander verbunden sind.

7. Druckfeder-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsstift (18) und Führungshülse (19) in ihrer relativen axialen Beweglichkeit zueinander über Rastlippen (22) dauerhaft miteinander verbindbar sind.

8. Druckfeder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbereiche (11, 12) an den Fe­ derenden innerhalb des Windungsdurchmessers an einer Führung anliegen.

9. Druckfeder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente gleitgünstig be­ schichtet sind.

10. Druckfeder-System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass alle Teile des Systems mit Aus­ nahme der Stufenfeder (10) Kunststoff bestehen.