DE10160774A1 - Schraubendruckfeder für Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße Schraubendruckfeder besitzt einstückig ineinander übergehende Abschnitte, die einerseits aufeinanderfolgende Windungen mit gleichem Durchmesser und andererseits aufeinanderfolgende Windungen mit abwechseld größerem und kleinerem Durchmesser aufweist. Vorzugsweise besitzt die Schraubendruckfeder eine kreisbogenförmige Federachse.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schraubendruckfeder zur Anordnung in Federaufnahmen von Stoß- bzw. Schwingungsdämpfern, insbesondere eine Schraubendruckfeder mit bogenförmiger Federachse zur Aufnahme in kreisbogenförmigen Aufnahmekammern von Drehschwingungsdämpfern bzw. Zwei-Massen-Schwungrädern in Antriebsträngen von Kraftfahrzeugen.
• Im Hinblick auf einen großen Komfort müssen die Entstehung und/oder die Ausbreitung von Schwingungen oder Vibrationen in Kraftfahrzeugen möglichst eingeschränkt werden. Zwar ist es grundsätzlich möglich, durch konstruktive Maßnahmen am Fahrzeugmotor, insbesondere durch einen guten Massenausgleich, die vom Motor erzeugten Schwingungen vergleichsweise gering zu halten. Gleichwohl können bei einem Kolbentriebwerk, insbesondere bei geringerer Zylinderzahl, Drehschwingungen nicht vermieden werden. Um eine Übertragung dieser Drehschwingungen auf den Antriebstrang zu vermeiden, ist es grundsätzlich bekannt, zwischen Motor und Antriebstrang Drehschwingungsdämpfer, insbesondere in Form sogenannter Zwei-Massen-Schwungräder anzuordnen. Diese Drehschwingungsdämpfer bzw. Zwei-Massen-Schwungräder besitzen motorseitige und antriebstrangseitige Teile bzw. Schwungmassenkörper, die miteinander über Schraubendruckfedern antriebsmäßig gekoppelt sind, wobei die Schraubenfedern derart angeordnet sind, daß vor allem bei Zugbetrieb (Motor treibt das Fahrzeug) federnde Bewegungen zwischen Motorseite und Antriebstrangseite möglich sind.
• Um große Federhübe ermöglichen zu können, sind die Schraubendruckfedern vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, d. h. die Längsachse der Schraubendruckfedern bildet einen Kreisbogen. Außerdem sind die Schraubendruckfedern in käfigartigen Aufnahmeräumen aufgenommen und geführt, die zwischen der Motorseite und der Antriebstrangseite des Drehschwingungsdämpfers bzw. zwischen den Schwungmassenkörpern des Zwei-Massen-Schwungrades ausgebildet sind. Die DE 37 21 712 A1 zeigt ein Beispiel für solche Drehschwingungsdämpfer bzw. Zwei-Massen-Schwungräder.
• Des weiteren ist es beispielsweise aus der DE 199 12 970 A1 bekannt, koaxial zueinander angeordnete Schraubendruckfedern in Drehschwingungsdämpfern bzw. Zwei-Massen-Schwungrädern einzusetzen. Dabei ist innerhalb einer äußeren Schraubendruckfeder mit relativ langer Schraubenachse eine innere Schraubendruckfeder mit kürzerer Schraubenachse angeordnet, so daß die innere Feder erst wirksam wird, wenn die äußere Feder um ein vorgegebenes Maß komprimiert worden ist. Auf diese Weise läßt sich eine progressive Federkennlinie erzielen.
• Die innere Schraubendruckfeder ist gemäß der DE 199 12 970 A1 innerhalb der äußeren Schraubendruckfeder nur mit ihrem einen axialen Ende am entsprechenden axialen Ende der äußeren Schraubendruckfeder gehaltert. Dazu besitzt die innere Schraubendruckfeder an diesem axialen Ende einige Windungen mit etwas vergrößertem Windungsdurchmesser, derart, daß diese Windungen formschlüssig zwischen entsprechenden Windungen der äußeren Schraubendruckfeder festgehalten werden, wobei die ineinander greifenden Windungen der beiden Federn jeweils zumindest nahezu auf Block aneinander anliegen, d. h. mit extrem geringer Steigung ausgebildet sind.
• Im übrigen sind aus der DE 199 12 970 A1 bogenförmige Schraubendruckfedern bekannt, bei denen aufeinanderfolgende Windungen alternierend einen größeren und einen kleineren Durchmesser aufweisen, wobei die Windungen mit dem kleineren Durchmesser derart exzentrisch zu den Windungen mit dem größeren Durchmesser angeordnet sind, daß die bezüglich des Bogenzentrums außen liegenden Abschnitte aller Windungen auf einer gemeinsamen Kreisbogenbahn liegen.
• Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Feder auch dann noch eine gewisse Restnachgiebigkeit bieten kann, wenn die Windungen auf Block gegeneinander gedrückt werden. Im Ergebnis bildet also eine solche Feder einen "weichen" Block, weil sich die Windungen mit dem kleineren Durchmesser mehr oder weniger ausgeprägt gegenüber den Windungen mit größerem Durchmesser seitwärts und axial verschieben können, wenn die Feder auf Block zu gehen beginnt. Hierbei wird unter anderem der Effekt ausgenutzt, daß die Windungen mit dem kleineren Durchmesser sich axial in die Windungen mit dem größeren Durchmesser einzuschieben vermögen, wobei die Windungen mit dem größeren Durchmesser elastisch aufgeweitet und die Windungen mit dem kleineren Durchmesser elastisch gestaucht werden.
• Aus der DE 43 06 895 C1 ist es bekannt, den Querschnitt des die Schraubendruckfeder bildenden Federdrahtes zu verformen, so daß sich ein bereichsweise unrunder bzw. abgeplatteter oder anders profilierter Querschnitt ergibt. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise erreichen, daß die Federwindungen einander mit abgeflachten Seiten zugewandt sind, wobei je nach Winkellage der Abflachungen eine besonders hohe Steifigkeit oder eine gewisse Nachgiebigkeit erreichbar sind, wenn die Feder auf Block geht.
• Aus der DE 195 44 365 A1 ist es im Zusammenhang mit einer Schraubendruckfeder, die eine kreisbogenförmige Schraubenachse aufweist, bekannt, die einander zugewandten Abflachungen nur an den bezüglich des Bogenzentrum inneren Windungsbereichen vorzusehen.
• Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine für Drehschwingungsdämpfer bzw. Zwei-Massen-Schwungräder geeignete Schraubendruckfeder zu schaffen, deren Federcharakteristik der Charakteristik einer Reihenschaltung unterschiedlicher Federn entspricht, wobei gleichzeitig eine Restnachgiebigkeit bei Blockbildung der Feder gewährleistet bleiben soll.
• Diese Aufgabe wird bei einer Schraubendruckfeder der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Schraubenfederabschnitt aufeinanderfolgende Windungen mit abwechselnd größerem und kleinerem Durchmesser und zumindest ein weiterer Schraubenfederabschnitt aufeinanderfolgende Windungen gleichen Durchmessers aufweist.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Möglichkeiten der Formung des Federdrahtes auszunutzen, um eine Schraubendruckfeder zu schaffen, bei der Abschnitte mit unterschiedlichen Federungscharakteristiken einstückig aneinander anschließen. Damit wird bei der Montage der Drehschwindungsdämpfer bzw. Zwei-Massen-Schwungräder der Vorteil geboten, daß einerseits weniger Teile montiert werden müssen und andererseits die Wahrscheinlichkeit von Fehlmontagen deutlich vermindert wird. Dieser Vorteil ist unter anderem auch deswegen bemerkenswert, weil die Montage von Einzelfedern in falscher Reihenfolge regelmäßig zu Unwuchten des Drehschwingungsdämpfers bzw. Zwei-Massen-Schwungrades führt.
• Im übrigen ist bei der erfindungsgemäßen Feder vorteilhaft, daß im Unterschied zu einer Hintereinanderschaltung separater Federn auf eine vorgegebene Gesamtfederlänge weniger Federendabschnitte kommen. Solche Endabschnitte besitzen regelmäßig zumindest einige praktisch dauernd auf Block aufeinander aufliegende Windungen, so daß die wirksame Federlänge deutlich verkürzt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht der Durchmesser der aufeinanderfolgenden Windungen gleichen Durchmessers dem größeren Durchmesser der abwechselnd mit größerem und kleinerem Durchmesser aufeinanderfolgenden Windungen. Damit wird eine gute Führung der Federn in der zugeordneten Federaufnahmekammer des Drehschwingungsdämpfern oder Zwei-Massen-Schwungrades erreicht.
• Des weiteren ist bevorzugt vorgesehen, den Abschnitt mit aufeinanderfolgenden Windungen größeren und kleineren Durchmessers mittig zwischen zwei Abschnitten mit Windungen gleichen Durchmessers anzuordnen, so daß die Feder mit beliebigem Ende in Vorwärts- oder Rückwärtsdrehrichtung des Drehschwingungsdämpfers oder Zwei-Massen-Schwungrades weisen kann und dementsprechend keinerlei Maßnahmen für einen drehrichtungsabhängigen Einbau der Federn notwendig sind.
• Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Feder auch Abschnitte mit unterschiedlicher Steigung der Windungen aufweisen, um eine zusätzlich Progressivität der Federungscharakteristik zu ermöglichen.
• Im übrigen bestimmt die Steigung der Windungen auch die beim Komprimieren der Schraubendruckfeder auftretende Vergrößerung des Windungsdurchmessers. Dieser Effekt kann gegebenenfalls dahingehend ausgenutzt werden, daß sich bei Stauchung der Feder deren Windungen zumindest teilweise mit zunehmendem radialen Druck an die Wandungen der jeweiligen Federaufnahmekammer des Drehschwingungsdämpfers oder Zwei-Massen- Schwungrades anschmiegen und dementsprechend durch zunehmende Reibung einen zusätzlichen Drehwiderstand gegen eine weitere Relativdrehung zwischen den motorseitigen und antriebstrangseitigen Teilen des Drehschwingungsdämpfers oder Zwei- Massen-Schwungrades erzeugen.
• Hinsichtlich weiterer bevorzugter Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung der Zeichnung verwiesen.
• Dabei zeigt
• Fig. 1 einen perspektivischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Feder und
• Fig. 2 eine schematisierte Darstellung einer vollständigen Feder.
• Gemäß Fig. 1 besitzt die erfindungsgemäße Schraubendruckfeder 1 mit kreisbogenförmig gebogener Achse einen in Fig. 1 linken Abschnitt mit konstantem Windungsdurchmesser sowie einen in Fig. 1 rechten Abschnitt, bei dem aufeinanderfolgende Windungen abwechselnd einen größeren und einen kleineren Durchmesser aufweisen, wobei der größere Durchmesser dem Windungsdurchmesser des linken Schraubenfederabschnittes entspricht.
• Im Beispiel der Fig. 2 besitzt die Schraubendruckfeder 1 einen mittleren Abschnitt 2, dessen Windungen abwechselnd den größeren und kleineren Durchmesser aufweisen. An diesen Abschnitt 2 schließen sich nach rechts und links die Abschnitte 3' und 3" an, deren Windungen gleichbleibend den größeren Durchmesser haben.
• Im Beispiel der Fig. 2 ist der Abschnitt 3' im maximal komprimierten Zustand dargestellt, d. h. die Federwindungen liegen auf Block aneinander an.
• Die anderen Abschnitte 2 und 3" haben in der Darstellung der Fig. 2 noch einen weitgehend entspannten bzw. nur mäßig komprimierten Zustand.
• Beim praktischen Betrieb haben die Abschnitte 3' und 3" ständig etwa gleiche Zustände, soweit Reibung vernachlässigt werden kann. Darüber hinaus erreicht der Abschnitt 2' seinen auf Block komprimierten Zustand etwas später als die Abschnitte 3' und 3", wenn davon ausgegangen werden kann, daß die Drahtstärke der Windungen der Abschnitte 2 und 3' sowie 3" annähernd gleich ist und die vorgenannten Abschnitte 2, 3' und 3" Windungen mit ähnlichen Steigungen haben. Die unterschiedliche Federcharakteristik der Abschnitte 3' und 3" einerseits und des Abschnittes 2 andererseits beruhen dann im wesentlichen darauf, daß der Mittelwert des Windungsdurchmessers beim Abschnitt 2 kleiner ist als bei den Abschnitten 3' und 3".
• Des weiteren läßt insbesondere die Fig. 2 erkennen, daß die Windungen mit kleinerem Durchmesser gegenüber den Windungen mit größeren Durchmesser des Abschnittes 2 exzentrisch angeordnet sind, derart, daß die bezüglich des Krümmungszentrums der gebogenen Federachse radial außen liegenden Bereiche aller Windungen auf einer gemeinsamen Kreisbogenbahn liegen.
• Der die Windungen des Abschnittes 2 bildende Teil des Federdrahtes kann überall kreisförmigen Querschnitt haben, wie bei A dargestellt ist.
• Dagegen hat der Federdraht der Abschnitte 3' und 3" vorzugsweise zumindest im Bereich der bezüglich des Krümmungzentrums der Schraubenfederachse radial inneren Windungsbereiche einen seitlich abgeplatteten Querschnitt B, so daß diese Windungsteile im wesentlichen flächig aufeinanderliegen, sobald die Schraubenfederabschnitte 3' und 3" auf Block komprimiert werden.
• Des weiteren wird in Fig. 2 deutlich, daß die Federwindungen an den Federenden auch bei nicht komprimierter Feder 1 aneinander anliegen und die jeweils letzte Windung derart angeschliffen ist, daß eine im wesentlichen ringförmige Planfläche zur Anlage an Federwiderlagern 4 und 5 gebildet wird.
• Wären die Federabschnitte 2, 3' und 3" als voneinander separate Schraubenfedern ausgebildet, wären die einander zugewandten Endbereiche dieser Einzelfedern in gleicher Weise ausgebildet, mit der Folge, daß vergleichsweise lange Federstücke aneinander anliegende Windungen hätten und federunwirksam wären.
• Die erfindungsgemäße Feder bietet also den Vorzug eines vergleichsweise großen maximalen Hubweges.
• Wenn sich die Federwiderlager 4 und 5 bei Relativbewegungen zueinander aneinander annähern, wird die Feder 1 zwischen mit den Federwiderlagern 4 und 5 fest verbundenen Teilen käfigartig in einem Federaufnahmeraum 6 geführt, so daß die Feder 1 ständig ihre Kreisbogenform behält.
• Abweichend von der Darstellung der Fig. 2 könnte der Abschnitt 2 mit den Windungen größeren und kleineren Durchmessers auch auf zwei Endabschnitte der Feder 1 aufgeteilt sein oder sich bis zu einem Ende der Feder 1 erstrecken.
• Die dargestellte Ausführungsform ist jedoch in der Regel vorteilhaft, insbesondere dann, wenn vorgesehen sein sollte, innerhalb der Feder 1 eine Feder mit kleinerem Windungsdurchmesser anzuordnen, und zwar derart, daß die Enden dieser Feder von den Enden der Feder 1 gleiche Abstände haben. Eine solche Feder könnte bei der dargestellten Ausführungsform der Feder 1 ohne weiteres von einem Ende her in den Federinnenraum eingeschoben und dann an der Längsmitte des Abschnittes 2 mit einem Clip oder dergleichen befestigt werden, wie es beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten älteren Patentanmeldung 101 23 021.4 beschrieben wird.
• Im übrigen kann ggf. auch vorgesehen sein, die Steigung der Windungen der Feder 1 bereichsweise unterschiedlich zu bemessen. Beispielsweise könnte die Steigung der Windungen an den Federenden über einen längeren Bereich hinweg kontinuierlich zu den Enden hin vermindert werden. Dadurch läßt sich eine erhöhte Progressivität der Federcharakteristik erreichen.

Claims (9)

1. Schraubendruckfeder zur Anordnung in Federaufnahmen von Stoß- bzw. Schwingungsdämpfern, insbesondere Schraubendruckfeder (1) mit bogenförmiger Federachse zur Aufnahme in kreisbogenförmigen Aufnahmekammern (6) von Drehschwingungsdämpfern bzw. Zwei-Massen-Schwungrädern in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, wobei zumindest ein Schraubenfederabschnitt (2) aufeinanderfolgende Windungen mit abwechselnd größerem und kleinerem Durchmesser und zumindest ein weiterer Schraubenfederabschnitt (3', 3") aufeinanderfolgende Windungen gleichen Durchmessers aufweist.

2. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (2, 3', 3") unterschiedliche Steigungen der Windungen aufweisen.

3. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb zumindest eines Abschnittes (2, 3', 3") Bereiche mit unterschiedlichen Steigungen der Windungen vorgesehen sind.

4. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen zumindest bereichsweise aus einem Federdraht mit unrundem Querschnitt (B) bestehen.

5. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig eines Abschnittes (2), welcher aufeinanderfolgende Windungen mit abwechselnd größerem und kleinerem Durchmesser aufweist, Abschnitte (3', 3") vorgesehen sind, deren Windungen im wesentlichen gleiche Durchmesser haben.

6. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der aufeinanderfolgenden Windungen gleichen Durchmessers dem größeren Durchmessen der abwechselnd mit größerem und kleinerem Durchmesser aufeinanderfolgenden Windungen entspricht.

7. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der Schraubenfederteile, deren aufeinanderfolgende Windungen abwechselnd größeren und kleineren Durchmesser haben, etwa der Gesamtlänge der Federteile entspricht, deren Windungen gleichbleibenden Durchmesser aufweisen.

8. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Feder (1) eine weitere Schraubendruckfeder angeordnet ist.

9. Schraubendruckfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schraubendruckfeder entgegengesetzt zur Feder (1) gewunden ist.