DE3445900A1 - Spring mechanism for tensile and compressive forces - Google Patents

Abstract

The spring mechanism consists in its basic structure of two parallel disc surfaces which can be rotated relative to one another and on which the points of action of the forces lie. These disc surfaces can be twisted by way of a spring that can be coupled and decoupled. Since the spring stress and the angular position of the disc surfaces is variable, virtually linear, progressive, degressive and virtually constant portions are obtained as force/displacement characteristics, depending on the setting. There is therefore the advantageous possibility of fulfilling various requirement profiles. Production of a spring tailored specifically to the application is not necessary. In particular, the tuning of a theoretical system in practice is optimised in a flexible manner by an adjustment. In a further configuration of the invention, the bearing friction between the disc surfaces can be specified by the operator, allowing the damping which occurs in oscillatory systems to be adapted to requirements.

Description

Beschreibungdescription

Federmechanismus für Zug- und Druckkräfte Die Erfindung betrifft einen Federmechanismus für Zug- und Druckkräfte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Spring mechanism for tensile and compressive forces The invention relates to a Spring mechanism for tensile and compressive forces according to the preamble of claim 1.

Federn erfüllen in der Technik die Erfordernisse vielseitiger Einsatzaufgaben: zur Stoß- und Schwingungsdämpfung; als Rückholfeder bei Ventilen; zur Kraftverteilung und zum Kraftausgleich; ferner als Rastfeder, Kontaktfeder, Spannfeder u.a..In technology, springs meet the requirements of a wide range of applications: for shock and vibration damping; as a return spring for valves; for power distribution and for force compensation; also as a detent spring, contact spring, tension spring, etc.

Federkennlinien Jede Feder wird durch eine Kraft F verformt, wobei sich der Kraftangriffspunkt um den Federweg s verschiebt. Trägt man den Federweg s in Abhängigkeit von der Kraft F in einem rechtwinkligen X-, Y- Koordinatensystem auf, so entsteht ein Federdiagramm. Die Kraft- Weg- Linie hierin wird mit Federkennlinie bezeichnet. Die mathematische Ableitung erhält den Namen Federrate R. Anschaulich läßt sich mit αr= Winkel zwischen der Tangente an den Arbeitspunkt und der X- Achse als Maß für die Steigung der Federkennlinie deuten.Spring characteristics Every spring is deformed by a force F, whereby the force application point shifts by the spring travel s. If the spring deflection s is plotted as a function of the force F in a right-angled X, Y coordinate system, a spring diagram is created. The force-displacement line here is referred to as the spring characteristic. The mathematical derivation is given the name Federrate R. It is clear to see with αr = angle between the tangent to the working point and the X axis as a measure of the slope of the spring characteristic.

Lineare Kennlinien (R = const.) Arbeitet eine Feder aus Werkstoffen, für die das Hookesche Gesetz gilt, reibungsfrei, so ist die Kennlinie linear.Linear characteristics (R = const.) If a spring works from materials for which Hooke's law applies, friction-free, the characteristic curve is linear.

Nichtlineare Kennlinien (R = const.) Ist die Federrate R über dem Arbeitsbereich der Feder veränderlich, so erhält man gekrümmte Kennlinien. Eine progressive Kennlinie verhindert ein Durchschlagen der Federn bei Überlastung und läßt Schwingungen schneller abklingen. Eine degressive Kennlinie ist dort erwünscht, wo nach einer bestimmten Belastung ein weiterer, größerer Federweg s bei kleinerem Kraftanstieg benötigt wird.Non-linear characteristics (R = const.) Is the spring rate R above the The working range of the spring can be changed, so you get curved characteristics. One progressive characteristic prevents the springs from bottoming out in the event of overload and allows vibrations to subside faster. A degressive curve is desirable there, where after a certain Load another, larger suspension travel s is required for a smaller increase in force.

Federungsarbeit Eine Verschiebung des Kraftangriffspunktes durch die Kraft F benötigt eine Federarbeit: Bei reibungsfrei arbeitenden Federn ist diese Arbeit W in in der Feder gespeichert und kann dieser bei einer Entlastung wieder entnommen werden.Suspension work Shifting the point of application of force by the force F requires spring work: In the case of springs that work without friction, this work W in is stored in the spring and can be removed from it again when the load is released.

Federn mit Reibungsverlusten geben bei einer Entlastung die verminderte Arbeit W ab. Dieses führt bei Federaufgaben zur Stoß- und Schwingungsdämpfung zu einem Abklingen der Schwingungsamplitude.Springs with friction losses give the decreased work W ab. With spring tasks for shock and vibration damping, this leads to a decay of the vibration amplitude.

Lineare Kennlinien Lineare Kennlinien werden nach dem Stand der Technik in einem weitgehenden Einsatzbereich von der zylindrischen Schraubenfeder mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt bereitgestellt.Linear characteristics Linear characteristics are based on the state of the art in a wide range of applications from the cylindrical helical spring with circular or rectangular cross-section provided.

Daneben werden z.B. Drehfedern, Ringfedern, Blattfedern und Spiralfedern verwendet.In addition, there are e.g. torsion springs, ring springs, leaf springs and spiral springs used.

Nichtlineare Kennlinien Diese Erfordernisse werden nach dem Stand der Technik z.B.Non-linear characteristics These requirements are based on the state technology e.g.

von Tellerfedern, u.U. der kegeligen Schraubendruckfeder und Gummi federn erfüllt.of disc springs, possibly the conical helical compression spring and rubber feathers met.

Für den Einsatz dieser Federn wird die Federrate R durch Federquerschnitt und Federabmaß dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt und der Arbeitspunkt auf der Kennlinie durch eine Vorspannung eingestellt.For the use of these springs, the spring rate R is determined by the spring cross-section and spring dimension adapted to the respective application and the operating point on the Characteristic set by a preload.

( Buch W.Matek, D. Muhs, H. Wittel: Maschinenelemente, 8. Auflage, Braunschweig, Wiesbaden 1983, S. 266 folgende) Dabei ist es allerdings sehr aufwendig, eine dem jeweiligen Belastungsfall angepaßte Feder zu fertigen. Bei der Verwendung von Federn mit linearer Kennlinie ist eine Veränderung bzw. Anpaßung der Federrate R nur über eine Geometrieänderung der Feder möglich. Bei Federn mit nichtlinearer Kennlinie kann die Federrate R lediglich als Funktion der Kraft F eingestellt werden.(Book W.Matek, D. Muhs, H. Wittel: Machine elements, 8th edition, Braunschweig, Wiesbaden 1983, p. 266 following) It is there, however very expensive to manufacture a spring adapted to the respective load case. When using springs with a linear characteristic, there is a change or adaptation the spring rate R is only possible by changing the geometry of the spring. For springs with non-linear characteristic curve, the spring rate R can only be a function of the force F. can be set.

Allen diesen Ausführungsarten gemeinsam ist, daß die Vorspannung zur Einstellung des Arbeitspunktes auf der Kennlinie ein Verschieben der Kraftangriffspunkte bedingt, welches oftmals eine zusätzliche Justiervorrichtung erfordert.All of these types of construction have in common that the preload to Adjustment of the operating point on the characteristic curve a shifting of the force application points conditional, which often requires an additional adjustment device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus bereitzustellen, der zur Abdeckung variabler Einsatzfälle eine veränderbare Federrate R aufweist und zur Einstellung des Arbeitspunktes keine Verschiebung des Kraftangriffspunktes benötigt.The invention is based on the object of providing a mechanism which has a variable spring rate R to cover variable applications and no shifting of the force application point to set the operating point needed.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is achieved in a generic device by the characterizing features of claim 1 solved.

Günstigerweise ist der Abstand zwischen dem Kraftangriffspunkt und der Rotationsachse veränderbar, so daß sich der Hebelarm um diese Achse verringert oder vergrößert.The distance between the force application point and is favorable the axis of rotation can be changed so that the lever arm is reduced around this axis or enlarged.

Zweckmäßig gleitet zur Koppelung und Trennung von Feder und Scheibenfläche ein mit der Feder verdrehsicher verbundener Bolzen axial verschieblich in einer an der Scheibenfläche befestigten Hülse und greift mit einer Stirnverzahnung in die gegenförmige Ausbildung der an der Scheibe angebrachten Kupplungsfläche.Appropriately slides for coupling and separating the spring and disk surface a bolt connected to the spring in a non-rotatable manner, axially displaceable in a on the disk surface attached sleeve and engages with a spur toothing the counter-shaped design of the coupling surface attached to the disc.

Je nach Einsatzfall übertragen die Zahnflanken der Stirnverzahnung positive und negative Drehmomente oder nehmen nur Drehmomente in einer Richtung auf uud gleiten in der anderen Drehrichtung übereinander, so daß ein Sperrgetriebe entsteht.Depending on the application, the tooth flanks of the spur gearing transfer positive and negative torques or only take torques in one direction on uud slide on top of each other in the other direction of rotation, so that a locking gear arises.

Desweiteren stellt die Ausbildung der Feder ein Drehmoment zur Torsion der Scheibenflächen und eine axiale Druckkraft zur Führung des Kupplungsbolzens bereit.Furthermore, the design of the spring provides a torque for torsion of the disk surfaces and an axial pressure force to guide the coupling bolt ready.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich zur Energiedissipation die Axialdruckkraft im Festlager, das die Scheibenflächen führt, variieren.In a further embodiment of the invention, energy dissipation can be used the axial compressive force in the fixed bearing that guides the disk surfaces vary.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Federrate R des Federmechanismus im Arbeitspunkt variiert und damit dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann.The advantage achieved by the invention is that the spring rate R of the spring mechanism varies in the operating point and thus the respective application can be customized.

Daher erübrigt sich eine Fertigung speziell auf diesen Einsatzzweck zugeschnittener Federn. Eine Änderung des Anforderungsprofil z.B. die Abstimmung des theoretischen Systems in der Praxis wird flexibel durch eine Neujustierung erfüllt.Therefore, there is no need to manufacture it specifically for this purpose tailored feathers. A change in the requirement profile, e.g. coordination the theoretical system in practice is flexibly fulfilled by a readjustment.

Insbesondere verschieben sich beim Einstellen des Arbeitspunktes nicht die Kraftangriffsstellen.In particular, they do not shift when setting the operating point the force application points.

Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Two embodiments are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1 Aufsicht auf den Federmechanismus Fig. 2 Schnitt A - B Fig. 3 Seitenansicht einer Ausführung mit einem geringen Reibmoment Fig. 4 Seitenansicht einer Ausführung zur Energiedissipation Fig. 5 Idealisiertes Freikörperbild Fig. 6 Federkennlinie für 0°<α<360° In der Fig. 1 ist die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Federmechanismus wiedergegeben. Zwei parallel angeordnete, sich einseitig verjüngende Scheibenflächen (4,15) sind gegeneinander verdrehbar gelagert. In dem sich verjüngenden Scheibenbereich ist auf der der anderen Scheibenfläche zugewandtc!ri eine nutförmige Ausfräsung eingebracht. In dieser Nut gleitet ein radial verschiebliches, gegenförmig ausgebildetes Profil (9).1 shows a plan view of the spring mechanism, FIG. 2, section A - B Fig. 3 Side view of an embodiment with a low frictional torque Fig. 4 Side view of an embodiment for energy dissipation Fig. 5 Idealized free body image Fig. 6 Spring characteristic for 0 ° <α <360 ° In Fig. 1 is reproduced the plan view of a spring mechanism according to the invention. Two in parallel arranged, unilaterally tapering disc surfaces (4, 15) are against each other rotatably mounted. In the tapered disc area is that of the other A groove-shaped cutout is introduced facing the disk surface. In this groove a radially displaceable, counter-shaped profile (9) slides.

Dieses Profil (9) ist außenseitig für die Aufnahme von Zug-und Druckkräften gestaltet. In der dargestellten Ausführung besteht diese Aufnahme lediglich aus einer Planfläche mit einer Bohrung (10,18) für den Anschluß eines Gabelkopfes.This profile (9) is on the outside for the absorption of tensile and compressive forces designed. In the illustrated embodiment, this recording consists only of a flat surface with a bore (10, 18) for the connection of a fork head.

Den Erfordernissen entsprechend ist z.B. auch eine Ausbildung als Gelenkkopf oder als Kurvenscheibe denkbar.Training as a Articulated head or as a cam conceivable.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie das radial verschiebliche Profil (9) in der Nut der Scheibenfläche (4,15) festgelegt werden kann. In das Profil (9) ist auf der der Scheibenfläche (4,15) abgewandten Seite eine T- förmige Langnut eingefräst, in der eine Mutter (11) mit Innengewinde gleitet.In Fig. 2 it is shown how the radially displaceable profile (9) can be set in the groove of the disc surface (4.15). In the profile (9) is on the side facing away from the disk surface (4, 15) a T-shaped elongated groove milled into which a nut (11) slides with an internal thread.

In dieses Gewinde faßt eine durch eine Bohrung in der Scheibenfläche (4,15) eingefügte Schraube (7). Zur Sicherung ist zwischen dem Schraubenkopf (7) und der Scheibenfläche (4,15) ein Federring (8) gelegt. Ist eine radiale Verstellung des Profils (9) erwünscht, wird die Schraube (7) gelockert und das Profil (9) zwischen der Scheibenfläche (4,15) und der Mutter (11) verschoben.A hole in the disk surface engages in this thread (4.15) inserted screw (7). To secure it is between the screw head (7) and a spring ring (8) is placed on the disk surface (4, 15). Is a radial adjustment of the profile (9) desired, the screw (7) is loosened and the profile (9) between the disk surface (4.15) and the nut (11) moved.

In der Fig. 3 ist die Seitenansicht für eine Ausführung mit geringer Lagerreibung zwischen den Scheibenflächen (4,15) gezeichnet. Dieses ist für Einsatzfälle erforderlich, bei denen eine reibungsbedingte Hysteresis in der Kraft- Weg-Kennlinie unerwünscht ist. Die beiden parallelen Scheibenflächen (4,15) sind in dem sich verjüngenden Bereich zweifach abgewinkelt, so daß die Profile (9) für die Kraftaufnahme in einer Ebene stehen. Andersseitig ist zwischen den Scheibenflächen (4,15) ein dickwandiges Rohr (6) angeordnet und mit der linken Scheibenfläche (4) verklebt. Zur Zentrierung und Vergrößerung der Klebefläche ist an den Übergang ein Innenring (1) in das Rohr (6) geklebt. Neben diesen Innenring (1) sind zwei Kugellager (17) eingefügt, wobei das linke Kugellager (17) axial zwischen dem Innenring (1) und einem Sicherungsring (12) gefesselt ist. Zur drehbaren Verbindung der Scheibenflächen (4,15) nehmen die Kugellager (17) innen eine Hülse (14) auf, die rechtsseitig in eine Axialeinstechnut der Scheibenfläche (15) geklebt ist. Auf die Hülse (14) ist neben dem linken Kugellager (17) ein Sicherungsring (2) montiert und zwischen den beiden Kugellagern (17) eine Distanzhülse (13) eingelegt. Innseitig der Hülse (14) ist rechts eine Kupplungsscheibe (16) mit einer zentrischen Bohrung an die Scheibenfläche (15) geklebt. Diese Bohrung und die Innenfläche der Hülse (14) führen einen Bolzen (5), der auf der der Kupplungsscheibe (16) zugewandten Seite eine Stirnverzahnung zum Eingreifen in die Kupplungsscheibe (16) trägt und in der Hülse (14) verschieblich ist. Je nach Anforderungsprofil an den Federmechanismus übertragen die Zahnflanken positive und negative Drehmomente oder können einseitig übereinander gleiten, so daß ein Sperrgetriebe entsteht. Eine kegelige Schraubendruckfeder (3) lagert linksseitig in einer Querbohrung des Innenringes (1) und rechtsseitig in einer Axialbohrung auf dem Umfang des Kupplungsbolzens (5). Dabei ist die Schraubendruckfeder (3) so bemessen, daß ihre Axialdruckkraft die Zahnflanken der Scheibe (16) und des Bolzens (5) kuppelt und damit ein Torsionsmoment auf die beiden Scheibenflächen (4,15) übertragen kann. Um die Kupplungsflächen (5,16) zu trennen und die Federeinstellung zu verändern, sind die Scheibenflächen (4,15) zentrisch ausgestanzt und der Bolzen (5) linksseitig mit einem Innensechskant versehen. Der Anwender kann also durch die Ausstanzungen mit einem Sechskantschlüssel den Bolzen (5) von außen drehen und damit die Feder (3) spannen'als auch durch axiales Verschieben gegen die Druckkraft der Feder (3) die Kupplung (5,16) lösen.In Fig. 3, the side view is for an embodiment with less Bearing friction drawn between the disk surfaces (4.15). This is for use cases required where there is a friction-related hysteresis in the force-displacement curve is undesirable. The two parallel disc surfaces (4, 15) are tapered in the Area angled twice, so that the profiles (9) for the absorption of force in stand on one level. On the other hand, there is a thick-walled one between the disk surfaces (4, 15) Tube (6) arranged and glued to the left pane surface (4). For centering and enlargement of the adhesive surface is an inner ring (1) in the pipe at the transition 6. Glued. In addition to this inner ring (1), two ball bearings (17) are inserted, wherein the left ball bearing (17) axially between the inner ring (1) and a locking ring (12) is tied up. For the rotatable connection of the disc surfaces (4, 15) take the Ball bearing (17) has a sleeve (14) on the inside, which is inserted into an axial injection groove on the right-hand side the disc surface (15) is glued. On the sleeve (14) is next to the left ball bearing (17) a circlip (2) is mounted and one between the two ball bearings (17) Spacer sleeve (13) inserted. On the inside of the sleeve (14) is a clutch disc on the right (16) glued to the disk surface (15) with a central bore. This hole and the inner surface of the sleeve (14) guide a bolt (5) on that of the clutch disc (16) side facing a spur toothing for engaging in the clutch disc (16) and is displaceable in the sleeve (14). Depending on the requirement profile the spring mechanism, the tooth flanks transmit positive and negative torques or can slide over one another on one side, so that a locking mechanism is created. One tapered helical compression spring (3) is located on the left in a transverse hole in the inner ring (1) and on the right-hand side in an axial bore on the circumference of the coupling pin (5). The helical compression spring (3) is dimensioned so that its axial pressure force the The tooth flanks of the disk (16) and the bolt (5) are coupled and thus a torsional moment can be transferred to the two disc surfaces (4,15). Around the coupling surfaces (5,16) to separate and to change the spring setting, the disc surfaces (4.15) punched out centrally and the bolt (5) on the left with a Hexagon socket Mistake. The user can thus through the punched holes with a hexagon wrench Turn the bolt (5) from the outside and thus tension the spring (3) as well as by axial Move against the pressure of the spring (3) and loosen the coupling (5, 16).

In der Fig. 4 ist eine Gestaltlmgsvariante der Erfindung dargelegt, die neben einer Federung eine in vielen Einsatzfällen zwingende Dämpfung aufweist. Außer einer denkbaren hydrodynamischen Dämpfung, der dann zu kapselnde Hohlraum zwischen den Scheibenflächen (4.15) ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die über Wirbellamellen an den rotierenden Teilen Energie dissipiert, kann dies durch eine Ausnutzung der Lagerreibung erreicht werden. In Abwandlung der Ausführung nach der Fig. 3 ist daher anstelle der Kugellager (17) eine Gleitpaarung vorgesehen. In das dickwandige Rohr (6) ist rechtsbündig eine Lagerschale (19) eingelötet. Die Hülse (14) gleitet links von der Lagerschale (19) auf der Innenwand des Rohres (6) und rechts in der Lagerschale (1). In axialer Richtung wird die Hülse (14) durch die axiale Federspannung an die Lagerschale (19) gedrückt. Innenseitig weist die Hülse (14) eine Längsnut auf und wird rechts von einem kräftigen Deckel (24) geschlossen. Um die Reibung und damit die Dämpfung an den Axialflächen von der Hülse (14) und der Lagerschale (19) variieren zu können, gleitet die Kupplungsscheibe (16) längsverschieblich, aber durch eine in die Längsnut eingreifende Nase nicht tordierbar, zwischen dem Bolzen (5) und dem Deckel (24). Damit eine Längsverstellung vom Anwender möglich ist, nimmt der Deckel (24) in einem Gewinde einen Handgriff (23) auf. Wird dieser Handgriff (23) gedreht, verschicht sich die Kupplungsfläche (16) gegen die Federdruckkraft und erhöht bzw. senkt dadurch die Flächenpressung an der Axiallagerführung. Zur Trennung der Kupplungsflächen (5,16) ist der Handgriff (23) hohl, so daß der Kupplungsbolzen (5) von außen verschoben werden kann. Eine zwischen dem Kupplungsbolzen (5) und der Kupplungsscheibe (16) befindliche dünnwandige Federlamelle (21) rückt dann die Kupplungsscheibe (16) bis zum Anschlag an einen Sicherungsring (22) auf dem Bolzen (5) nach rechts. Unter Umständen ist es erforderlich, die bei der Energiedissipation freiwerdende Wärme abzuführen. Aus diesem Grund sind auf dem Umfang des Rohres (6) mehrere Kühirippen (20) angeordnet.In Fig. 4 a design variant of the invention is shown, which, in addition to a suspension, has damping that is mandatory in many applications. Except for a conceivable hydrodynamic damping, the cavity to be encapsulated between the disc surfaces (4.15) is filled with a liquid that flows over Vortex lamellae dissipates energy on the rotating parts, this can be done by a Use of the bearing friction can be achieved. In a modification of the execution according to the Fig. 3 is therefore provided instead of the ball bearings (17) a sliding pair. In the thick-walled tube (6), a bearing shell (19) is soldered flush with the right. The sleeve (14) slides to the left of the bearing shell (19) on the inner wall of the tube (6) and right in the bearing shell (1). In the axial direction, the sleeve (14) is through the axial spring tension pressed against the bearing shell (19). The sleeve faces on the inside (14) has a longitudinal groove and is closed on the right by a sturdy cover (24). To reduce the friction and thus the damping on the axial surfaces of the sleeve (14) and to be able to vary the bearing shell (19), the clutch disc (16) slides longitudinally, but not twistable by a nose engaging in the longitudinal groove, between the Bolt (5) and the cover (24). This means that the user can adjust the lengthways is, the cover (24) takes a handle (23) in a thread. Will this one When the handle (23) is rotated, the coupling surface (16) is layered against the spring pressure and thereby increases or decreases the surface pressure on the axial bearing guide. To the Separation of the coupling surfaces (5,16) if the handle (23) is hollow, so that the coupling bolt (5) can be moved from the outside. One between the Coupling bolt (5) and the coupling disc (16) located thin-walled spring lamella (21) then moves the clutch disc (16) up to the stop on a locking ring (22) on the bolt (5) to the right. It may be necessary to use the dissipate the heat released by the energy dissipation. Because of this, are on a plurality of cooling ribs (20) are arranged around the circumference of the tube (6).

Federkennlinie ohne Reibung In der Fig. 5 ist das idealisierte Freikörperbild des Federmechanismus dargestellt. Dabei sind die Kräfte und Momente, die aus der Lagerreibung und dem Eigengewicht des Körpers resultieren , vernachlässigt. Dies entspricht näherungsweise der Ausführung in der Fig. 3 . Die Gesetze der Statik fordern für das Gleichgewicht: Diese Gesetzmäßigkeiten auf die Struktur in der Fig. 5 angewendet, ergeben: mit F1, F2 =Kräfte an den Angriffspunkten t 1 = Abstand Rotationsmittelpunkt - Kraftangriffspunkt α = Verdrehwinkel zwischen den Scheiben (4,15) MF = Federmoment Für das Federmoment wird das Hookesche Gesetz angewendet: mit M = Vorspannmoment o Rq = Federrate Als Gleichung für die Federkennlinie ergibt sich: für +3600 für 0°c < α < 3600 0q < α < -360° Dem Fachmann ist ersichtlich, daß bestimmte α - Werte nicht zulässig sind.Spring characteristic without friction FIG. 5 shows the idealized free-body diagram of the spring mechanism. The forces and moments resulting from the bearing friction and the dead weight of the body are neglected. This corresponds approximately to the embodiment in FIG. 3. The laws of statics require for equilibrium: These laws applied to the structure in Fig. 5 result in: with F1, F2 = forces at the points of application t 1 = distance from the center of rotation - point of force application α = angle of rotation between the discs (4,15) MF = spring moment Hooke's law is used for the spring moment: with M = preload torque o Rq = spring rate The equation for the spring characteristic is: for +3600 for 0 ° c <α <3600 0q <α <-360 ° A person skilled in the art can see that certain α values are not permissible.

In der Fig. 6 ist beispielhaft die berechnete Kennlinie für den Winkelbereich 0° < α < + 360° aufgetragen. Der Winkelbereich 0° < α < - 360° ergibt lediglich ein umgekehrtes Vorzeichen der Kraft F und ist daher nicht dargestellt. Aus Übersichtsgründen ist das Vorspannmoment M zu Null angenommen o worden. Eine Änderung des Vorspannmomentes M verschiebt die o beiden Kurvenäste, wie in der Fig. 5 angedeutet, vertikal.The calculated characteristic curve for the angular range is shown by way of example in FIG. 6 0 ° <α <+ 360 ° applied. The angular range 0 ° <α < - 360 ° only gives the opposite sign of the force F and is therefore not shown. For reasons of clarity, the preload torque M is assumed to be zero o been. A change in the preload torque M shifts the two branches of the curve, as indicated in FIG. 5, vertically.

Für die Praxis ergeben sich folgende interessante Einsatzbereiche: 5° < cu< 600 nahezu linear 60° < α < 160° cU zu1600progressiv 160° < α < 2800 degressiv 280° < α < 3400 nahezu konstant Federkennlinie mit Reibung In der Ausführungsform nach der Fig. 4 treten zwei voneinander unabhängige Reibungsanteile auf: a) Lagerreibung auf dem Umfang Die Lagerreibung ist proportional zu den angreifenden Kräften F1, F2 und mit einem Anlaufmoment ML01 verbunden.The following interesting areas of application arise in practice: 5 ° <cu <600 almost linear 60 ° <α <160 ° cU to 1600 progressive 160 ° <α <2800 degressive 280 ° <α <3400 almost constant Spring characteristic with friction In the embodiment according to FIG. 4, two occur from one another independent frictional components on: a) Bearing friction on the circumference The bearing friction is proportional to the acting forces F1, F2 and with a starting torque ML01 tied together.

Es ergibt sich also als Lagerreibmoment mit K = Proportionalitätsfaktor Das Lagerreibmoment ist durch die Konstruktion festgelegt und läßt sich im praktischen Betrieb nicht variieren.So it results as a bearing friction moment with K = proportionality factor The bearing friction torque is determined by the construction and cannot be varied in practical operation.

b) Lagerreibung an der Axialfläche Die Lagerreibung an der Axialfläche hängt ab von der Axialvorspannung FA der Feder (3) und ist unabhängig von den angreifenden Kräften F1, F2. Da die Axialvorspannung während der Belastung nicht ändert, ist sie konstant: mit C = Proportionalitätsfaktor Die Kennlinie mit Berücksichtigung der Reibung läßt sich aus dem Diagramm in der Fig. 6 durch Superposition mit MRL1 und MRL2 gewinnen. Eine explizite Darstellung dieser Funktion erübrigt sich aus diesem Grund.b) Bearing friction on the axial surface The bearing friction on the axial surface depends on the axial preload FA of the spring (3) and is independent of the acting forces F1, F2. Since the axial preload does not change during loading, it is constant: with C = proportionality factor The characteristic curve, taking into account the friction, can be obtained from the diagram in FIG. 6 by superposition with MRL1 and MRL2. For this reason, there is no need to explicitly describe this function.

Verwendung Einsatzbereiche für den Federmechanismus bestehen überall dort, wo Zug- und Druckkräfte zwischen zwei Maschinenelementen übertragen werden. Konstruktiv sind dabei die Federrate und die Vorspannung gegeben. Mit diesen Werten wird der zugehörige Winkel α aus dem Kraft- Weg- Diagramm bestimmt.Use Areas of application for the spring mechanism exist everywhere where tensile and compressive forces are transmitted between two machine elements. The spring rate and the preload are given structurally. With these values the associated angle α is determined from the force-displacement diagram.

Damit ist der Abstand zwischen den Kraftangriffspunkten (10,18) bekannt und kann in der Konstruktion berücksichtigt werden.This means that the distance between the force application points (10, 18) is known and can be taken into account in the design.

Bei der Montage des Federmechanismus werden eventuell bestehende Fertigungsdifferenzen durch radiales Verschieben der Profile (9) ausgeglichen. Dabei ist der Winkel α erneut dem Federdiagramm zu entnehmen, da eine Hebeländerung die Kennlinie verändert. Zur Einstellung der Vorspannung wird der Bolzen (5) nach links verschoben und die Feder (3) über einen Sechskantschlüssel gespannt. Der Bolzen (5) rastet anschließend selbsttätig in der Kupplungsscheibe (16) ein.When assembling the spring mechanism, there may be manufacturing differences compensated by radial displacement of the profiles (9). The angle is α Refer to the spring diagram again, as changing the lever changes the characteristic. To adjust the preload, the bolt (5) is moved to the left and the The spring (3) is tensioned using an Allen key. The bolt (5) then engages automatically engages in the clutch disc (16).

Je nach Drehrichtung des Sechskantschlüssels werden auf diese Weise Zug- oder Druckkräfte erzeugt.Depending on the direction of rotation of the hex wrench, this way Tensile or compressive forces generated.

Ist bekannt, ob der Federmechanismus Aufgabenstellungen zu erfüllen hat, bei denen entweder nur positive oder nur negative Momente anfallen, kann dies bei der Gestaltung der Kupplungszahnflanken (5,16) berücksichtigt werden. Die Zahnflanken sind dann derart ausgebildet, daß sie nur einseitig ein Drehmoment übertragen und andersseitig bei einer Drehung des Bolzens (5) übereinandergleiten. Auf diese Weise braucht zur Spannung der Feder (3) die Kupplung (5,16) nicht per Hand getrennt zu werden und eine Spannungsänderung wird durch das akustische Einrasten der Zahnflanken erleichtert.It is known whether the spring mechanism can perform tasks has, in which either only positive or only negative moments arise, this can in the design of the Coupling tooth flanks (5.16) taken into account will. The tooth flanks are then designed in such a way that they only have one side Transmit torque and slide over one another on the other side when the bolt (5) rotates. In this way, the coupling (5, 16) does not need to tension the spring (3) Hand to be disconnected and a voltage change is caused by the audible click the tooth flanks facilitated.

Erweist sich im praktischen Betrieb die bei der Konstruktion berechnete Federrate R# als ungeeignet, werden die Profile (9) radial verlagert, so daß sich ohne Verschiebung der Kraftangriffspunkte (10,18) die Federrate R# erneut einstellen läßt.The calculated during construction proves itself in practical operation Spring rate R # is unsuitable, the profiles (9) are shifted radially, so that set the spring rate R # again without shifting the force application points (10, 18) leaves.

In der Ausführung nach der Fig. 4 wird neben der Einstellung der Federrate R P# und der Vorspannung noch die Energiedissipation den Erfordernissen angepaßt. Hierzu wird der Handgriff (23) solange gedreht, bis die Arbeitsaufnahme im Federmechanismus der gewünschten Energiedissipation entspricht.In the embodiment according to FIG. 4, in addition to the setting of the spring rate R P # and the bias voltage nor the energy dissipation adapted to the requirements. To do this, the handle (23) is rotated until work begins in the spring mechanism corresponds to the desired energy dissipation.

In vielen Einsatzfällen ist es notwendig, ein Maschinenelement über den Federmechanismus an ein Maschinengehäuse zu koppeln.In many applications it is necessary to have a machine element over to couple the spring mechanism to a machine housing.

Zweckmäßig wird hierfür der Federmechanismus über in einer der Scheibenflächen (4,15) anzubringende Bohrungen mit dem Maschinengehäuse verschraubt. Die Verbindung zwischen dem beweglichen Maschinenelement und der zweiten Scheibe (4,15) ist dann mit Gabelköpfen, Gelenkköpfen oder bei Maschinenelementen in einer Längsführung (z.B. S-tößel) über eine Kurvenscheibe am äußeren Ende des Profils (9) möglich. Die Ausführung als Kurvenscheibe gestattet eine weitere Beeinflussung der Kraft- Weg- Kennlinie.The spring mechanism in one of the disk surfaces is expedient for this purpose (4,15) to be attached holes are screwed to the machine housing. The connection between the movable machine element and the second disc (4,15) is then with fork heads, rod ends or, in the case of machine elements, in a longitudinal guide (e.g. S-tappet) possible via a cam disc at the outer end of the profile (9). The design as a cam disc allows further influencing of the force Path characteristic.

Claims (10)

Patentansprüche 1. Federmechanismus mit veränderbarer Kraft- Weg- Kennlinie für die Übertragung von Zug- und Druckkräften, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel allgeoldllete tcEleit)ellflächen (4,15) mit wenigstens einen Kraftangriffspunkt (10,18) auf dem Umfang eine Rotationsrelativbewegung ausführen und über eine Kupplung (5,16) mit dem einstellbaren Drehmoment einer Feder (3) gegeneinander tordieren. Claims 1. Spring mechanism with variable force travel Characteristic curve for the transmission of tensile and compressive forces, characterized in that two parallel allgeoldllete tcEleit) ell surfaces (4,15) with at least one force application point (10,18) perform a relative rotational movement on the circumference and via a coupling (5,16) twist against each other with the adjustable torque of a spring (3). 2. Federmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Kraftangriffspunkt (10,18) und der Rotationsachse veränderbar ist, so daß der Hebelarm um diese Achse verringert oder vergrößert wird.2. Spring mechanism according to claim 1, characterized in that the The distance between the force application point (10, 18) and the axis of rotation can be changed is, so that the lever arm is decreased or increased about this axis. 3. Federmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer nutförmigen Vertiefung der Scheibenfläche (4,15) ein Profil (9) mit gegenförmiger Ausbildung radial verschieblich geführt ist und mittels einer Klemmschraube (7) und einer Gegenmutter (11) festgelegt werden kann.3. Spring mechanism according to claim 2, characterized in that in a groove-shaped recess of the disc surface (4, 15) a profile (9) with a counter-shaped Training is guided radially displaceably and by means of a clamping screw (7) and a lock nut (11) can be set. 4. Federmechanismus nach Ansprüchen 1,2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung und Trennung von Feder (3) und Scheibe (15) ein mit der Feder (3) verdrehsicher verbundener Bolzen (5) axial verschieblich in einer an der Scheibenfläche (15) befestigten Hülse (14) gleitet und mit einer Stirnverzahnung in die gegenförmige Ausbildung der an der Scheibenfläche (15) angebrachten Kupplungsfläche (16) eingreift.4. Spring mechanism according to claims 1,2, characterized in that for coupling and separating spring (3) and washer (15) one with the spring (3) secured against rotation connected bolt (5) axially displaceable in one attached to the disk surface (15) Sleeve (14) slides and with a spur toothing in the counter-shaped formation engages the coupling surface (16) attached to the disk surface (15). 5. Federmechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken der Stirnverzahnung positive und negative Drehmomente übertragen.5. Spring mechanism according to claim 4, characterized in that the Tooth flanks of the spur gearing transmit positive and negative torques. 6. Federmechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken der Stirnverzahnung Drehmomente in einer Richtung aufnehmen und in der anderen Drehrichtung übereinander gleiten, so daß ein Sperrgetriebe entsteht.6. Spring mechanism according to claim 4, characterized in that the Tooth flanks of the spur gearing absorb torques in one direction and in the slide on top of each other in the other direction of rotation, so that a locking gear is formed. 7. Federmechanismus nach Ansprüchen 1,2,4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Feder (3) ein Drehmoment zur Torsion der Scheibenflächen (4,15) und eine axiale Druckkraft zur Führung des Kupplungsbolzens (5) bereitstellt.7. Spring mechanism according to claims 1, 2, 4, characterized in that that the formation of the spring (3) creates a torque for the torsion of the disc surfaces (4,15) and provides an axial compressive force for guiding the coupling bolt (5). 8. Federmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (3) als kegelige Schraubendruckfeder ausgebildet ist, die einseitig in einer Radialbohrung eines an die Scheibenfläche (4) geklebten Ringes (1) und andersseitig in einer Axialbohrung auf dem Umfang des Kupplungsbolzens (5) lagert.8. Spring mechanism according to claim 7, characterized in that the Spring (3) is designed as a conical helical compression spring, which is unilaterally in a Radial bore of a ring (1) glued to the disk surface (4) and on the other side stored in an axial bore on the circumference of the coupling pin (5). 9. Federmechanismus nach Ansprüchen 1,2,4,7, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialdruckkraft im Festlager (19), das die Scheibenflächen (4,15) gegeneinander verdrehbar führt, variiert werden kann.9. Spring mechanism according to claims 1, 2, 4, 7, characterized in that that the axial pressure force in the fixed bearing (19), which the disc surfaces (4,15) against each other rotatable leads, can be varied. 10. Federmechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Scheibenhülse (14) eingebrachter Rundkörper (24) mit einer Gewindebohrung einen Bolzen (23) mit Handgriff aufnimmt, der die verdrehsicher in der Hülse (14) gelagerte Kupplungsfläche (16) und damit den Kupplungsbolzen (5) bei einer Torsion des Handgriffs gegen die Druckkraft der Feder (3) verschiebt, so daß sich als Reaktionskraft die Axiallagerreibung ändert.10. Spring mechanism according to claim 9, characterized in that a round body (24) with a threaded hole inserted into the disk sleeve (14) a bolt (23) with a handle takes up the twist-proof in the sleeve (14) mounted coupling surface (16) and thus the coupling bolt (5) in the event of torsion of the handle moves against the compressive force of the spring (3), so that it acts as a reaction force the axial bearing friction changes.