DE3402991A1 - Rotary spring - Google Patents

Abstract

A rotary spring (spring clip) in accordance with DIN 2088 in which the two ends of the limbs (2, 3) are supported at the point of application of the force F, parallel to the axis, such that they can rotate with respect to the spring body (1), characterised in that the spring body (1) consists of at least two cohesive layers having opposing winding directions, the layers of the spring mutually supporting one another when stressed such that the supporting force F' together with the spring force F produces the force couple F-F' which produces the moment for the spring and hence enables uniform material stressing over the course of the winding. <IMAGE>

Description

DrehfederTorsion spring

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehfeder nach DIN 2088, bei der die Kräfte an lein beiden Schenkeln entgegengesetzt und etwa auf einer Wirkungslinie liegen, der Federkörper weder auf einem Führungsdorn noch in einer Hülse geführt ist und die Schnekel nicht £st eingespannt sind, sondern die beiden Enden der Schenkel im Angriffspunkt der Kraft achsparallel zum Federkörper drehbar gelagert sind.The invention relates to a torsion spring according to DIN 2088, in which the forces on both legs are opposite and roughly on a line of action lie, the spring body is neither guided on a guide pin nor in a sleeve and the snails are not clamped, but the two ends of the legs are rotatably mounted axially parallel to the spring body at the point of application of the force.

Drehfeder (Schenkelfedern) nach DIN 2088 werden normalerweise dort eingesetzt, wo zwei um eine gemeinsame Achse drehende Teile durch ein Speicherelement federnd verbunden werden sollen, wcbei di Schenkel der zylindrisch gewickelten Feder zwecks gleichmäßiger Werkstoffbeanspruchung fest eingespannt sein sollen. Als feste Einspannung gilt jede Einspannung, die ein Kräftepaar einleitet. Werden die Schenkel nicht fest eingespannt, so muß die Feder auf einem Dorn oder in einer Hülse geführt sein; di Anlagekraft zwischen der Felder und dem Dorn bzw. Hülse ergibt dann zusammen mit der Federkraft das Kräftpaar, welches das wirksame Biegemoment der Feder erzeugt.Torsion springs (torsion springs) according to DIN 2088 are normally used there used, where two parts rotating about a common axis through a storage element are to be resiliently connected, with the legs of the cylindrically wound spring should be firmly clamped for the purpose of uniform material stress. As a fixed Restraint applies to any restraint that initiates a couple of forces. Will the thighs not firmly clamped, the spring must be guided on a mandrel or in a sleeve be; The contact force between the fields and the mandrel or sleeve then results together with the spring force, the force couple that generates the effective bending moment of the spring.

Ein Sonderfall in der Anwendung der Drehfeder ergibt sich, wenn die Kräfte an den beiden Schenkeln entgegengesetzt und etwa auf einer wirkungslinie liegen (z.B. eine Haarnadelfeder, ein Drehfeder nit wenigen Windungen). In diesem Fall kann auf eine feste Einspannung der Schenkel und auf den Führungsdorn verzichtet werden; jedoch müssen dann die Enden der Federschenkel so gestaltet sein, daß sie achsparallel zur Federwicklung drehbar gelagert werden können; z.B. können sie zu einem Federauge gebogen und drehbar mit einem Stift verbunden oder so gebogen sein, daß sie in einem Lcchlager gefiihrt werden.A special case in the application of the torsion spring arises when the Opposite forces on the two legs and roughly on a line of action (e.g. a hairpin spring, a torsion spring with a few turns). In this Case can dispense with a fixed clamping of the legs and the guide pin will; however, then the ends of the spring legs must be designed so that they can be rotatably mounted axially parallel to the spring winding; E.g. you can to a spring eye bent and rotatably connected to a pin or bent in such a way, that they will be taken to a camp.

Diese Art Drehfeder findet aus konstruktiven oder wirtschaftlichen Gründen anstelle einer Druckfeder Verwendung, wenn z.B. der Federliörper wegen Platzmangel außerhalb der Wirkungslinie der Kraft liegen muß oder wenn auf die sonst wegen Ausknickgefahr notwendige Führung für die Druckfeder verzichtet werden s>1l, weil sie verschleißanfllig, schwer montierbar oder zu teuer ist.This type of torsion spring takes place from constructive or economical Reasons to use a compression spring, e.g. if the spring body is due to a lack of space must lie outside the line of action of the force or if it is otherwise due to the risk of buckling The necessary guide for the compression spring can be dispensed with s> 1l because it is subject to wear, difficult to assemble or too expensive.

Da bei dieser Konstruktion weder die Schenkel fest eingespannt, noch der Federkörper auf einem Führungedorn bzw. in einer Hülse geführt wird, ist wegen des fehlenden Kräftepaars zur Erzeugung eines Biegemomentes eine optimale Werkstoffbeanspruchung nicht möglich, d.h., in dem Federkurper ist das wirksame Biegemoment über den Windungsverlauf (maßgegend hierbei ist der Abstand von der Kraftwirkungslinie) unterschiedlich und es treten zuetzliche Normal- und Querkräfte und ein weiteres Torsions- und Biegemoment auf, die zu einer Verschiebung der Windungen untereinander führt und eine zusätzliche die Wirkun ier Feder herabsetzende Werkstoffbeanspruchung hervorruft. Außerdem bedingt diese durch die Belastung hervorgerufene Verschiebung der Windungen untereinander mit zunehmender Windungszahl eine entsprechend gröbere Abweichung des gewickelten Federkörpers von seiner ursprünglichen Zylinderfcrm, so daß eine Riegrenzung der Windungszahl auf wenige Windungen notwendig ist. Da die angreifenden Kräfte nicht auf der gleichen Wirkungslinie liegen, sondern den abstand der Federbreite voneinander haben, entsteht ein weiteres Moment, welches die Feder noch zusätzlich belastet und von der Lagerung der Feder aufgenommen werden muß.Since in this construction neither the legs are firmly clamped nor the spring body is guided on a guide mandrel or in a sleeve is due to the missing couple of forces to generate a bending moment an optimal material stress not possible, i.e. in the spring body the effective bending moment is over the course of the coils (the distance from the line of action of force is relevant here) and additional normal and transverse forces and a further torsional and bending moment occur on, which leads to a shift of the turns among each other and an additional one the effect of the spring-reducing material stress causes. In addition, conditionally this displacement of the turns among one another caused by the load with an increasing number of turns there is a correspondingly greater deviation of the wound Spring body from its original cylinder shape, so that a ring limit of the Number of turns to a few turns is necessary. Since the attacking forces do not lie on the same line of action, but the distance of the spring width from each other there is another moment that puts additional stress on the spring and must be absorbed by the storage of the spring.

Die Begrenzung auf wenige Windungen und die schlechte Ausnutzung des Federmaterials ergibt insgesamt eine harte Feder mit einer relativ großen Federrate (Federsteifigkeit), die sich wohl bei rein statischen oder selten schwingenden Kräften mit einem geringen Lastspiel gut, bei schwingender Beanspruchung mit einem größeren Lastspiel aber nur bedingt und mit kurzer Lebensdauer einsetzen läßt, während sie für Beanspruchungen mit einem großen Lastspiel und praktisch unbegrenzter Lebensdauer, d.h., mit mehr als 107 Lastspielen (bei ihrer Konstruktion sind die Dauerschwingfestigkeitswerte nach BlN 2088 zu berucksichti;5en) meistens ungeeignet ist.The limitation to a few turns and the poor utilization of the Spring material results overall in a hard spring with a relatively high spring rate (Spring stiffness), which is likely to occur with purely static or rarely oscillating forces good with a low load cycle, and a larger one with oscillating loads However, load cycle can only be used to a limited extent and with a short service life, while it for loads with a large load cycle and practically unlimited service life, i.e., with more than 107 load cycles (in their construction the fatigue strength values are after BlN 2088 to be considered; 5en) is mostly unsuitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich der Drehieder für den beschriebenen Sonderfall dahingehend zu erweitern, daß die Feder für größere Lastspiele bei unbegrenzter Lebensdauer, d.h., unter Berücksichtigung der Dauerschwingfestigkeitswerte, eingesetzt werden kann, ohne die Größe der Feder wesentlich zu ver5ndern.The invention is based on the task of using the Drehieder to expand for the special case described so that the spring for larger Load cycles with unlimited service life, i.e., taking into account the fatigue strength values, can be used without significantly changing the size of the spring.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Federkörper aus mindestens zwei zusammenhängenden aufeinanderliegenden Lagen nit entgegengesetzten Windungerichtungen besteht, wobei die Laien der Feder bei Belastung sich gegenseitig so abstützen, da die Abstützkraft zusammen mit der Federkraft das Kräfterpaar ergibt, welches das Moment für die Feder erzeugt und somit über den Windungsverlauf eine oleichmäßige Werkstoffbeansruchung ermöglicht, d.h., die beschriebenen zusätzlichen die Wirkung der Feder herabsetzenden Werkstoffbeanspruchungen können vermieden werden.This object is achieved according to the invention in that the spring body made of at least two contiguous layers lying one on top of the other and not opposing each other Winding directions consists, with the layman of the spring mutually under load support so that the support force together with the spring force results in the force couple, which generates the moment for the spring and thus a oleic material loading enables, i.e. the additional described Material stresses that reduce the effect of the spring can be avoided.

sinne häufige Anwendung findet die Drehfeder in einem Kippsprungwerk, bei dem sie innen schenkbar gelagerten Spanner und ein schwenkbar gelagertes Sprungstück federnd miteinander koppelt, wobei dia Schenkelenden der Drehfeder in den Koppelpunkten drehbar gelagert sind.(Die Drehfeder ist hier zugleich Koppel und Energiespeicher). Diese Konstruktion, sie ist einfach und betriebssicher, dient zur Bereitstellung einer schlagartig ansteigenden Kraft bzw. Momentes in Abhängigkeit eines Weges bzw. Drehwinkels. Entscheidend für die qualität dieses Kippsrungwerkes ist dabei die Sprungkraft, der Sprungweg und der Anstieg der Sljrungkraft in der Totlage (wenn die Schwenkachsen und die Koppelpunkte von Spanner und Sprungstück in einer Linie liegen), wobei ein möglichst geringer Abstand der Koppelpunkte einen steilen Anstieg der Sprungkraft bedeutet.The torsion spring is often used in a tilting spring mechanism, in which they are pivotably mounted on the inside and a pivoting jump piece resiliently coupled to one another, the leg ends of the torsion spring in the coupling points are rotatably mounted (the torsion spring is here at the same time coupling and energy storage). This construction, it is simple and operationally reliable, is used for provision a suddenly increasing force or moment depending on a path or Rotation angle. The decisive factor for the quality of this tilting mechanism is Jumping force, the jump path and the increase in the jumping force in the dead position (if the swivel axes and the coupling points of the clamp and jump piece in one line are), with the smallest possible distance between the crosspoints leading to a steep rise which means bounce.

Während die einfach gewickelte Drehfeder durch ihre oben genannten Nachteile den Einsatzbereich dieses Kippsprungwerkes in Abhängigkeit von der Baugröße begrenzt, kann durch die mehrlagig gewickelte Feder die Sprungkraft, der Sprunghub und die Sprungeigenschaft des Kippsprungwirkungs bei gleicher Baugröße wesentlich verbessert werden.While the simply coiled torsion spring by their above Disadvantages the area of application of this tilting jump mechanism depending on the size limited, the spring, wound in several layers, can increase the jumping force, the jumping stroke and the jump properties of the tilting jump effect are significantly improved for the same size will.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit ihr eine optimale Ausnutzung des Federmaterials erreicht wird, mehr Federmaterial auf gleichem Raum und eine wesentlich größere Windungszahl und somit ein größeres Lastspiel und eine kleiner Federrate möglich ist, d.h., die mehrlagige Feder kann für den geschilderten Sonderfall dort einesetzt werden, wo die einlagige Feder nur bedingt oder gar nicht brauchbar ist. The advantages achieved with the invention are in particular: that with it an optimal utilization of the spring material is achieved, more spring material in the same space and a significantly larger number of turns and thus a larger one Load cycle and a smaller spring rate is possible, i.e. the multi-layer spring can for the special case described are used where the single-layer spring is only is conditionally or not usable at all.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 an einem Ausführungs- und einem Anwendungsbeispiel erläutert.The invention is in connection with Figures 1 and 2 on a Execution and an application example explained.

Figur 1 zeigt die Drehfeder gemäß der Erfindung mit den wirksamen Kräften in perspektivischer Darstellung.Figure 1 shows the torsion spring according to the invention with the effective Forces in perspective.

Sie bestent aus dem doppelt gewickelten Federkörper (1), dessen innere Lage (2) an dem Schenkel (3) beginnend mit linker Steigung und aneinanderliegenden Windungen bis zum gegenüberliegenden Ende gewickelt und dann mit der letzten Windung der inneren Lage übergehend mit rechtssteigenden und aneinanderliegenden Windungen auf die innere Lage bis zum Anfang zurtickgeXickelt worden ist, um mit dem Schenkel (4) auszulaufen. Die Schenkelenden (5,6) sind so gebogen, daß sie achsparallel zum gewckelten Federkörper in Lochlagern (17, 18) geführt werden können. Um zu vermeiden, dal3 die Schenkelenden nicht aus den Lochlagern herausrutschen, ist das Schenkelende (6) der äußeren Lage zurfl Federkörper nin, das Schenkelende (5) der inneren Lage in die entg gengesetzte Richtung gebogen.It consists of the double-wound spring body (1), the inner one Position (2) on the leg (3) starting with the left slope and abutting one another Turns wound to the opposite end and then with the last turn the inner layer transitioning with right-handed and contiguous turns has been wrapped back onto the inner layer to the beginning, around with the thigh (4) to expire. The leg ends (5,6) are bent so that they are axially parallel to the angled spring body can be guided in perforated bearings (17, 18). In order to avoid, That the leg ends do not slip out of the perforated bearings is the leg end (6) of the outer layer towards the spring body nin, the leg end (5) of the inner layer curved in the opposite direction.

Die Wirkkräfte F der Feder, an den Schenkelenden eingeleitet, liegen auf einer gemeinsamen Wirkungslinie (7) und ergeben zusammen mit den inneren Kräften F', mit denen sich die innere und die äußere Lage der Feder voneinander abstutzen, das Kräftepaar F-F', welches das über den gesamten Windungsverlauf wirksame Biegemoment M = F . a einleitet.The active forces F of the spring, introduced at the leg ends, lie on a common line of action (7) and result together with the internal forces F ', with which the inner and outer layers of the spring are braced against each other, the force couple F-F ', which is the bending moment effective over the entire course of the winding M = F. a introduces.

Figur 2 zeigt die Drehfeder als federnde Koppel eines Kippsprungswerkes. Das Kippsprungwerk besteht aus einem drehbar gelagerten Spanner (8) und den Spanneranschlägen (9, 10), dem drehbar gelagerten Sprungstück (11), den Sprungstückanschlägen (12, 13) und der gefederten Koppel (der Biegefeder) (14), die Spanner (8) und Sprungstück (11) in den Koppelpunkten (15,16) miteinander federnd verbindet. Beim Spanner erreicht der Spanner eine Kipplage, den Totpunkt, in der kein Moment mehr auf den Spanner ausgeübt wird. Überschreitet der Spanner diese Kipplage, wirkt die Biegefeder treibend auf den Spanner und cas Sprungstück. Sie streben in entgegengesetzte Richtungen mit der Kraft F bzw. mit dem Sprungmoment M = F b gagen ihre Anschläge auseinander.Figure 2 shows the torsion spring as a resilient coupling of a tilting spring mechanism. The tilting mechanism consists of a rotatably mounted tensioner (8) and the tensioner stops (9, 10), the rotatably mounted jump piece (11), the jump piece stops (12, 13) and the spring-loaded coupling (the spiral spring) (14), the tensioner (8) and jump piece (11) connects resiliently to one another in the coupling points (15, 16). Reached at the tensioner the tensioner a tilted position, the dead center, in which there is no more moment on the tensioner is exercised. If the tensioner exceeds this tilted position, the spiral spring has a driving effect on the tensioner and cas jump piece. They strive in opposite directions with the force F or with the jump moment M = F b their stops diverge.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h 1) Drehfeder nach DIN 2088, bei der die Kräfte an den beiden Schenkeln entgegengesetzt und etwa auf einer Wirkungslinie liegen, der Federkörper weder auf einem Führungsdorn, noch in einer Hülse geführt ist, und die Schenkel nicht fest eingespannt sind, sondern die beiden Schenkel im Angriffspunkt der Kraft drehbar gelagert sind, dadurch gekennzoichnet, daß der Federkörper (1) aus mindestens zwei zusammenhängenden Lagen mit entgegengesetzten Windungsrichtungen besteht, wobei die Lagen der Feder bei Belastung sich gegenseitig so abstützen, daß die Abstützkraft F' zusammen mit der Federkraft F das Kräftpaar ergibt, welches das Moment für die Feder erzeugt und somit eine über den Windungsverlauf gleichmäßige Werkstoffbeanspruchung ermöglicht.P a t e n t a n s p r ü c h 1) Torsion spring according to DIN 2088, in which the Opposite forces on the two legs and roughly on a line of action lie, the spring body is neither guided on a guide pin nor in a sleeve is, and the legs are not firmly clamped, but the two legs in the Point of application of the force are rotatably mounted, thereby gekennzoichnet that the spring body (1) of at least two coherent layers with opposite winding directions consists, whereby the layers of the spring support each other under load so that that the supporting force F 'together with the spring force F results in the pair of forces which generated the moment for the spring and thus a uniform over the course of the winding Material stress allows. 2) Drehfeder nach Anspruch 1, dadurch g.ekennzeichnet, daß sie den Spanner (8) und das Sprungstück (11) eines Kippsprungwerkes federnd miteinander koppelt, wobei die Schenkelender (5,6) der Drehfeder in den Koppeltunkten (15,16) drehbar gelagert sind.2) torsion spring according to claim 1, characterized in that it has the Tensioner (8) and the jump piece (11) of a tilting jump mechanism resiliently with one another couples, the leg ends (5,6) of the torsion spring in the coupling points (15,16) are rotatably mounted. 3) Drehfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungwerk das Umschaltmoment bei mechanischen Wendegetrieben (Getriebe für Xewegun-srichtungsänderung) überträgt.3) torsion spring according to claim 2, characterized in that the spring mechanism the switching torque for mechanical reversing gears (gears for Xewegun change of direction) transmits.