DE102018217195A1

DE102018217195A1 - Feder

Info

Publication number: DE102018217195A1
Application number: DE102018217195.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolb; Florian Rentz; Daniel Beckmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-09

Abstract

Feder, insbesondere Schraubenfeder (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zumindest ein konstruktives Merkmal aufweist, das mittels eines generativen Fertigungsverfahrens realisierbar ist.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind bereits Federn aus Draht bekannt, beispielsweise von Schraubenfedern und Schenkelfedern. Es ist auch bekannt, dass die Herstellung von solchen Federn durch die Verfahren Winden oder Wickeln erfolgt. Für sogenannte Freiformfedern kommen Drahtbiegeautomaten zum Einsatz.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Anwendung neuer Fertigungsverfahren, vorzugsweise generativer Fertigungsverfahren, sodass Limitierungen des Designs durch vorbekannter Fertigungsverfahren, beispielsweise ausschließlich runde Drahtgeometrie, unebene und unterbrochene Auflageflächen, gleichmäßige Querschnitte und Materialhomogenität, überwunden werden können, robustere Federn realisiert werden können und Federn mit erhöhter Funktionalität realisiert werden können.
So können die Enden der Feder geschlossen ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die von der Auflagefläche übertragene Federkraft auf eine größere Fläche verteilt wird und somit eine Oberflächenbeschädigung der anliegenden Bauteile, beispielsweise durch Gradbildung am Ende der Feder, vermieden wird.
Die stirnseitigen Auflageflächen der Federn können parallel oder in beliebigen Winkeln zueinander ausgeführt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubenfedern, die bauartbedingt keine parallelen Auflageflächen aufweisen, entsteht hierdurch eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die Anlagefläche der Feder. Stehen die Anlageflächen nicht parallel zu einander, kann die Schraubenfeder entsprechend ausgeführt werden.
Es können Anschlaggeometrien, die eine Verformung der Feder, insbesondere eine Stauchung und/oder einer Streckung der Feder, begrenzen, vorgesehen sein und insbesondere in die Feder integriert sein. Die Feder kann beispielsweise mit einer Anschlaggeometrie oder mit mehreren Anschlaggeometrien einstückig ausgebildet sein. Auf diese Weise resultiert eine Bauteilreduzierung.
Jegliche Form von Befestigungsgeometrien, beispielsweise Laschen, Haken und Ösen können vorgesehen und/oder in die Feder integriert sein. Die Feder kann beispielsweise mit einer Befestigungsgeometrie oder mit mehreren Befestigungsgeometrien einstückig ausgebildet sein. Derartige Hilfsgeometrien bewirken, dass die Feder in der für sie vorgesehenen Position gehalten wird, selbst wenn sie nicht anderweitig fixiert ist. Durch die vielfältigen Freiheitsgrade der neuen Fertigungsverfahren sind nahezu alle Geometrien zur Befestigung herstellbar.
Die Federkennlinie kann durch Variieren der Materialstärke oder der Materialgeometrie nichtlinear ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Materialstärke in einem Teil der Feder im Vergleich zum Rest der Feder reduziert werden. In diesem Fall staucht sich die Feder in dem Teil mit der geringeren Materialstärke zunächst stärker zusammen als in der restlichen Feder, und nachfolgend geraten die Windungen in diesem Teil in Anlage zueinander. Nachfolgend staucht sich die Feder nur noch in dem anderen Teil der Feder, allerdings mit einer höheren Steifigkeit der Feder als eingangs. Auf diese Weise resultiert in diesem Beispiel eine progressive Federkennlinie.
Eine Querschnittsform der Feder ist beliebig wählbar, beispielsweise rund, oval, rechteckig, dreieckig und so weiter, und kann auch innerhalb der Feder variieren, also beispielsweise in einem ersten Teil rund, in einem zweiten Teil viereckig und in einem dritten Teil dreieckig sein. So kann die Schraubenfeder einem gegebenen Bauraum ideal angepasst werden. Beispielsweise kann bei ovalen Bauräumen die Materialstärke oder die Form der Querschnitte variiert werden.
Es ist auch möglich, den Werkstoff innerhalb der Feder zu wechseln. So ist es beispielsweise besonders bevorzugt, Anlageflächen aus einem weicheren Material zu fertigen als den Rest der Feder und somit Beschädigungen an an der Feder anliegenden Bauteilen zu verhindern. Beispielsweise können der Kern und der Randbereich der Feder aus unterschiedlichem Material gefertigt werden. Das Material im Kern wird beispielsweise entsprechend der Funktion der Feder gewählt, das Material im Randbereich wird entsprechend den zu erwartenden Umwelteinflüssen und den daraus resultierenden Korrosionsanforderungen gewählt.
Generative Verfahren, auch additive Verfahren oder 3-D Druck genannt, werden dabei insbesondere im Sinne der VDI-Richtlinie VDI 3404 von 12/2009 von den konventionellen Verfahren abgegrenzt. Insbesondere erfolgt bei generativen Verfahren die Fertigung ohne Verwendung von Formen, Masken oder Halbzeugen, insbesondere durch eine Fertigungseinrichtung, die ein lediglich als elektronischer Datensatz vorhandenes Modell des herzustellenden Produkts (beispielsweise CAD-Modell) direkt umsetzt.
Vorliegend ist insbesondere der Einsatz thermisch generativer Fertigungsverfahren, insbesondere Electron Beam Melting (EBM) oder Selective Laser Sintering / Melting (SLS/SLM) bevorzugt.
Die Erfindung ist beispielsweise bei Ventilen in System zur Zuführung von Kraftstoff zu Brennkraftmaschinen einsetzbar, beispielsweise in Einlassventilen und Auslassventilen von Kraftstoffhochdruckpumpen oder in deren Druckbegrenzungsventilen. Andererseits kann die Erfindung auch bei anderen Federn, beispielsweise im Zusammenhang mit Stoßdämpfern etc., verwendet werden.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Feder. Es handelt sich dabei um eine Schraubenfeder 1, die mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
Die Enden 2, 2' der Feder 1 sind geschlossen ausgeführt, so dass in diesem Bereichen zwei zueinander parallele Auflageflächen 3, 3' resultieren. Alternativ könnten die Auflageflächen aber auch zueinander verkippt sein.
In der Figur ist es zwar nicht gezeigt, es ist aber gleichwohl möglich, einstückig mit der Schraubenfeder 1 Befestigungsgeometrien und Anschlaggeometrien vorzusehen.
Die Schraubenfeder 1 kann beispielsweise in der Figur in der unteren Hälfte einen ersten Bereich 1.1 aufweisen und beispielsweise in der Figur in der oberen Hälfte einen zweite Bereich 1.2 aufweisen und folgendes kann zwischen diesen Bereichen variiert werden: Materialstärke, Materialgeometrie, Querschnittsform und Werkstoff.

Claims

Feder, insbesondere Schraubenfeder (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zumindest ein konstruktives Merkmal aufweist, das mittels eines generativen Fertigungsverfahrens realisierbar ist.
Feder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein oder zwei geschlossen ausgeführte Enden (2. 2').
Feder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch parallel zueinander ausgeführte Auflageflächen (3, 3').
Feder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Auflageflächen (3, 3'), die in sich schneidenden Ebenen liegen.
Feder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Anschlaggeometrien zur Begrenzung einer Verformung der Feder.
Feder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Befestigungsgeometrien zur Befestigung der Feder.
Feder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine nicht-lineare, insbesondere progressive, Federkennlinie, insbesondere durch Variation der Materialstärke oder der Materialgeometrie.
Feder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Variation der Querschnittsform der Feder.
Feder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Wechsel des Werkstoffs innerhalb der Feder.