DE10206317B4

DE10206317B4 - Schraubenfederanordnung

Info

Publication number: DE10206317B4
Application number: DE10206317.6A
Authority: DE
Inventors: Günther Pinzhoffer
Original assignee: Oskar Schwenk & Co GmbH
Current assignee: Oskar Schwenk & Co GmbH
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: DE10206317A1

Abstract

Schraubenfederanordnung (1) mit in einer Richtung gewundener Außenfeder (3) und entgegengesetzt gewundener, konzentrisch in der Außenfeder angeordneter oder unterbringbarer Innenfeder (4), zur Aufnahme in Federaufnahmen von Stoß- oder Schwingungsdämpfern, wobei an einem axialen Ende der Federanordnung eine Windung der Innenfeder (4) mit radialer Überlappung an eine Windung der Außenfeder (3) in Axialrichtung (2) anlegbar ist und die Innenfeder gegen ein weiteres Einschieben in die Außenfeder sichert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Außenfeder (3) am genannten axialen Ende mindestens eine Endwindung (3') mit gegenüber den übrigen Windungen vergrößertem Innendurchmesser aufweist, – dass die Innenfeder (4) an diesem axialen Ende mindestens eine Endwindung (4') aufweist, deren Außendurchmesser dem vorgenannten vergrößerten Innendurchmesser angepasst ist, – dass die mindestens eine Endwindung (4') der Innenfeder axial in die mindestens eine Endwindung (3') der Außenfeder einschiebbar ist und mit einer benachbarten Windung der übrigen Windungen der Außenfeder anschlagartig zusammenwirkt, und – dass der Außendurchmesser der mindestens einen Endwindung (3') der Außenfeder (3) durch Materialabtrag am Außenumfang der Windung dem Außendurchmesser der übrigen Windungen der Außenfeder (3) angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenfederanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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 , die eine Schraubenfederanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 zeigt, 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.
Bei der dort anhand der 7 der DE 199 09 044 A1 beschriebenen Schraubenfederanordnung ist vorgesehen, an einer Endwindung der Außenfeder durch Materialabtrag einen sich in Richtung des benachbarten axialen Endes der Federanordnung öffnenden Innenkonus auszubilden, der eine bezüglich ihres Durchmessers angepasste Endwindung der Innenfeder aufnimmt, d. h. diese Endwindung der Innenfeder besitzt im Vergleich zu den übrigen Windungen der in die Außenfeder eingeschobenen Innenfeder einen etwas vergrößerten Durchmesser. Bei dieser Anordnung ist zwar vorteilhaft, dass die Endwindung der Innenfeder an der Konusfläche der Endwindung der Außenfeder zentriert wird, jedoch wird die Innenfeder bei der Montage in einem Zwei-Massen-Schwungrad oder dergleichen nicht in ihrer Solllage gehalten, vielmehr kann sie beliebig aus der Außenfeder austreten.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schraubenfederanordnung der eingangs angegebenen Art zu gewährleisten, daß die Innenfeder bei der Montage der Schraubenfederanordnung sicher in ihre Sollage innerhalb der Außenfeder gebracht und nachfolgend in der Sollage gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Alternativ kann die Schraubenfederanordnung gemäß dem Anspruch 6 ausgebildet sein.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem Ende der Federanordnung miteinander korrespondierende Durchmesseränderungen des Innendurchmessers der Außenfeder und des Außendurchmessers der Innenfeder vorzusehen, so daß die beiden Federn an dem vorgenannten Ende der Federanordnung anschlagartig zusammenwirken, wenn die Innenfeder innerhalb der Außenfeder ihre Sollage einnimmt. Dabei wird der Anschlag mit einer zur Endwindung benachbarten Windung der Außenfeder bewirkt.
Durch die Erfindung kann sicher verhindert werden, daß die Innenfeder zu weit in die Außenfeder eingeschoben wird. Andererseits bleibt die Lage der Innenfeder innerhalb der Außenfeder nach Unterbringung der Federanordnung im Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer sicher erhalten, weil die Federanordnung mit ihren beiden Enden an relativ zueinander beweglichen Anschlägen des Stoß- bzw. Schwingungsdämpfers anliegt.
Da die Endwindungen der Federanordnung vorzugsweise in an sich bekannter Weise aneinander anliegen und dementsprechend nahezu federunwirksam sind, hat der verminderte Drahtquerschnitt der Außenfeder im Bereich der Endwindungen keinerlei unerwünschte Rückwirkung auf die Federcharakteristik der Federanordnung.
Der verminderte Drahtquerschnitt wird vorzugsweise durch materialabtragende Bearbeitung der Außenfeder erzeugt, wobei vorteilhaft ist, daß diese Bearbeitung an der Außenseite der Außenfeder vorgenommen werden kann.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
Dabei zeigt
1 einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Federanordnung, wobei die Außenfeder im Längsschnitt dargestellt ist,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Endbereiches einer Federanordnung gemäß 1, wobei die Außen- und die Innenfeder im Längsschnitt dargestellt sind, und
3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform mit Distanzelementen am Außenumfang der Außenfeder.
Die in 1 dargestellte Schraubenfederanordnung 1 besitzt in grundsätzlich bekannter Weise eine kreisbogenförmige Federachse 2 und besteht in ebenfalls grundsätzlich bekannter Weise aus einer Außenfeder 3 sowie zumindest einer darin konzentrisch angeordneten Innenfeder 4 mit zur Außenfeder 3 entgegengesetztem Wicklungssinn. Die Innenfeder 4 kann wie dargestellt eine kürzere Länge als die Außenfeder 3 besitzen, so daß die Innenfeder 4 erst dann federwirksam wird und die Federcharakteristik der Federanordnung 1 verhärtet, wenn die Außenfeder 3 zwischen nicht dargestellten Anschlägen hinreichend weit auf Druck zusammengepreßt wird.
Bei Anordnung der Federanordnung 1 in einem Zwei-Massen-Schwungrad (nicht dargestellt) ist die Federanordnung 1 in einem käfigartigen Aufnahmeraum untergebracht, dessen Wandungsteile zumindest auf den vom Krümmungszentrum der Federachse 2 abgewandten Außenbereich der Federanordnung 1 eng am Außenumfang der Außenfeder 3 anliegen.
Erfindungsgemäß besitzt die Außenfeder 3 an ihrem die Innenfeder 4 aufnehmenden Ende Endwicklungen 3', die einen gegenüber den übrigen Windungen der Außenfeder 3 vergrößerten Innendurchmesser aufweisen. Dagegen ist der Außendurchmesser der Endwindungen 3' gleich groß wie der Außendurchmesser der übrigen Windungen der Außenfeder 3. Dies wird dadurch erreicht, daß der die Außenfeder bildende Federdraht im Bereich der Endwindungen 3' einen verminderten, beispielsweise etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Dieser Querschnitt wird durch entsprechend materialabtragende Bearbeitung auf der Außenseite der Außenfeder 3 hergestellt.
Die Innenfeder 4 besitzt einen dem Innendurchmesser der Außenfeder 3 angepaßten Außendurchmesser, derart, daß sie sich zwangsfrei axial in die Außenfeder 3 einsetzen läßt. Erfindungsgemäß besitzt die Innenfeder 4 im Bereich der Endwindungen 3' der Außenfeder 3 bezüglich ihres Außendurchmessers vergrößerte Endwindungen 4', deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Endwindungen 3' angepaßt ist.
Die axialen Längen der von den Endwindungen 3' der Außenfeder 3 und den Endwindungen 4' der Innenfeder 4 gebildeten Federabschnitte sind gleich groß, so daß die Stirnenden der beiden Federn 3 und 4 im ineinander eingesteckten Zustand in einer Ebene liegen, wenn die Innenfeder 4 mit ihrem Übergangsbereich zwischen den Endwindungen 4' und den übrigen Windungen anschlagartig am Übergangsbereich zwischen den Endwindungen 3' und den übrigen Windungen der Außenfeder 3 anliegt.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines Endbereiches einer Federanordnung nach 1. Insbesondere wird aus der 2 ersichtlich, daß die Zahl der Endwindungen 3' und 4' sehr gering sein kann. Im dargestellten Beispiel sind jeweils 1 1/2 Endwindungen 3' bzw. 4' vorgesehen. Des weiteren läßt die 2 gut erkennen, daß die Innen- und Außenfedern 3 und 4 am Stirnende quer zur Schraubenachse 2 zur Bildung einer stirnseitigen Planfläche abgeschliffen sind, wobei die Fasen gebrochen oder abgerundet ausgebildet sein können.
Die 3 zeigt nun eine erfindungsgemäße Alternative, bei der der Außendurchmesser der Endwindung bzw. Endwindungen 3' der Außenfeder 3 größer ist als der Außendurchmesser der übrigen Federwindungen der Außenfeder 3. Bei dieser Variante der Erfindung haben alle Windungen der Außenfeder 3 einen gleichbleibenden Drahtquerschnitt (abgesehen von der Querschnittsverminderung aufgrund des Planschliffes der Stirnendseite der Federanordnung 1). Um die unterschiedlichen Außendurchmesser der Außenfeder 3 zu kompensieren und eine gute Führung bzw. Abstützung der Federanordnung 1 innerhalb des obengenannten käfigartigen Aufnahmeraumes eines Zwei-Massen-Schwungrades od. dgl. zu gewährleisten, sind Distanzelemente 5 vorgesehen, welche vorzugsweise als Kunststoffteile ausgebildet sind. Soweit die Federachse der Federanordnung 1 kreisbogenförmig ist, genügt es, wenn die Distanzelemente 5 lediglich auf vom Krümmungszentrum der Federachse 2 abgewandten Bereichen der Außenfeder 3 angeordnet sind, da die Federanordnung 1 praktisch nur auf diesen Außenbereichen geführt und abgestützt wird. Wenn dagegen Federanordnungen mit gerader Federachse 2 vorgesehen sind, sollten die Distanzelemente 5 so ausgebildet sein, daß sie die Federanordnung 1 allseitig umfassen und abstützen oder entsprechend über den Umfang der Außenfeder 3 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Zweckmäßig haben die Distanzelemente 3 eine hinreichende Länge, derart, daß sie in Richtung der Federachse mehrere Windungen der Außenfeder 3 überdecken. Im übrigen sind die Distanzelemente 5 zweckmäßigerweise jeweils nur an einer Windung und vorzugsweise dort nur innerhalb eines relativ kleinen Bereiches fixiert (nicht dargestellt), so daß sich die Federwindungen relativ zu den Distanzelementen zwangsfrei bewegen können.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung besitzt die Innenfeder 4 lediglich an einem Ende eine Endwindung bzw. Endwindungen 4' mit gegenüber der übrigen Innenfeder 4 vergrößertem Durchmesser, d. h. die Innenfeder 4 ist im Ergebnis nur an ihrem einen Ende im wesentlichen axial fest an der Außenfeder 3 abgestützt.
Anstelle einer einzigen Innenfeder 4 können gegebenenfalls zwei Innenfedern 4 axial hintereinander angeordnet sein, wobei die eine Innenfeder 4 am einen Ende der Außenfeder 3 und die andere Innenfeder 4 am anderen Ende der Außenfeder 3 durch Zusammenwirken der Endwindungen 3' und 4' axial gehaltert wird.
In einem axialen Mittelbereich der Außenfeder 3 können die beiden Innenfedern 4 voneinander einen axialen Abstand aufweisen, derart, daß die Innenfedern 4 erst dann gemeinsam auf Druck beansprucht werden, wenn die Außenfeder 3 hinreichend weit unter Druckbeanspruchung zusammengedrückt wird.
Abschließend wird nochmals hervorgehoben, daß die erfindungsgemäßen Schraubenfederanordnungen 1 sowohl geradlinige Schraubenachsen 2 als auch kreisbogenförmige Schraubenachsen 2 aufweisen können. Die kreisbogenförmige Schraubenachse 2 wird im wesentlichen nur dann vorgesehen, wenn bei einem Drehschwingungsdämpfer bzw. Zwei-Massen-Schwungrad sehr große Drehhübe möglich sein sollen.
Bei der Ausführungsform der 3 wird der Vorteil geboten, daß die Außenfeder 3 an ihren durch die Endwindungen 3' gebildeten Enden vergleichsweise große Abstützflächen für Federwiderlager aufweist.

Claims

Schraubenfederanordnung (1) mit in einer Richtung gewundener Außenfeder (3) und entgegengesetzt gewundener, konzentrisch in der Außenfeder angeordneter oder unterbringbarer Innenfeder (4), zur Aufnahme in Federaufnahmen von Stoß- oder Schwingungsdämpfern, wobei an einem axialen Ende der Federanordnung eine Windung der Innenfeder (4) mit radialer Überlappung an eine Windung der Außenfeder (3) in Axialrichtung (2) anlegbar ist und die Innenfeder gegen ein weiteres Einschieben in die Außenfeder sichert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Außenfeder (3) am genannten axialen Ende mindestens eine Endwindung (3') mit gegenüber den übrigen Windungen vergrößertem Innendurchmesser aufweist, – dass die Innenfeder (4) an diesem axialen Ende mindestens eine Endwindung (4') aufweist, deren Außendurchmesser dem vorgenannten vergrößerten Innendurchmesser angepasst ist, – dass die mindestens eine Endwindung (4') der Innenfeder axial in die mindestens eine Endwindung (3') der Außenfeder einschiebbar ist und mit einer benachbarten Windung der übrigen Windungen der Außenfeder anschlagartig zusammenwirkt, und – dass der Außendurchmesser der mindestens einen Endwindung (3') der Außenfeder (3) durch Materialabtrag am Außenumfang der Windung dem Außendurchmesser der übrigen Windungen der Außenfeder (3) angepasst ist.
Schraubenfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den vergrößerten Innendurchmesser aufweisende Federabschnitt der Außenfeder (3) gleiche axiale Länge wie der den vergrößerten Außendurchmesser aufweisende Federabschnitt der Innenfeder (4) aufweist.
Schraubenfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den vergrößerten Innendurchmesser aufweisenden Windungen (3') der Außenfeder (3) zumindest bereichsweise axial aneinander anliegen.
Schraubenfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den vergrößerten Außendurchmesser aufweisenden Windungen (4') der Innenfeder (4) zumindest bereichsweise axial aneinander anliegen.
Schraubenfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den vergrößerten Innendurchmesser aufweisenden Endwindungen (3') der Außenfeder (3) einen Drahtquerschnitt in Form eines Kreisabschnittes, insbesondere etwa in Form eines Halbkreises, aufweisen.
Schraubenfederanordnung (1) mit in einer Richtung gewundener Außenfeder (3) und entgegengesetzt gewundener, konzentrisch in der Außenfeder angeordneter oder unterbringbarer Innenfeder (4), zur Aufnahme in Federaufnahmen von Stoß- oder Schwingungsdämpfern, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfeder (3) zumindest an ihrem einen Ende mindestens eine Endwindung (4') mit gegenüber den übrigen Windungen vergrößertem Außen- und Innendurchmesser aufweist und die Innenfeder (4) an diesem Ende der Federanordnung (1) zumindest eine Endwindung (4') besitzt, deren Außendurchmesser dem vorgenannten vergrößerten Innendurchmesser der Außenfeder angepaßt ist, und dass außenseitig der Außenfeder (3) außerhalb des Bereiches der Endwindung oder Endwindungen (3') Distanzelemente (5) vorgesehen sind, deren Dicke so bemessen ist, dass die Summe aus Außenradius der vom jeweiligen Distanzelement überdeckten Federwindung der Außenfeder und in Radialrichtung der Außenfeder gemessener Dicke des Distanzelementes dem vergrößerten Außenradius der Endwindung oder Endwindungen (3') der Außenfeder entspricht.
Schraubenfederanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (1) eine kreisbogenförmige Federachse (2) aufweist und die Distanzelemente (5) auf vom Krümmungszentrum der Federachse (2) abgewandten Bereichen der Außenseite der Außenfeder (3) angeordnet oder anbringbar sind.
Schraubenfederanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Distanzelement (5) axial nahe benachbart zu der Endwindung oder den Endwindungen (3') angeordnet ist.
Schraubenfederanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfeder ein Ende mit zumindest einer Endwindung (3'), die gegenüber der übrigen Außenfeder einen vergrößerten Außendurchmesser aufweist, besitzt und am anderen Ende mit zur übrigen Außenfeder gleichbleibendem Außendurchmesser ausgebildet ist.
Schraubenfederanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am anderen Ende der Außenfeder (3) ein deren Außendurchmesser an das Maß des vergrößerten Außendurchmessers des einen Endes anpassendes Distanz- oder Adapterelement, vorzugsweise aus Kunststoff, angeordnet ist.