DE60310592T2

DE60310592T2 - Geneigte schraubenfedern verschiedener ausführung

Info

Publication number: DE60310592T2
Application number: DE60310592T
Authority: DE
Inventors: Peter Newport Beach BALSELLS
Original assignee: Bal Seal Engineering LLC
Current assignee: Bal Seal Engineering LLC
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: US20040070128A1; WO2004031595A3; WO2004031595A2; EP1552182A2; EP1552182A4; DE60310592D1; AU2003279006A1; AU2003279006A8; EP1552182B1; US7055812B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft geneigte Schraubenfedern im Allgemeinen und betrifft insbesondere geneigte Schraubenfedern verschiedener Ausführungen.
Eine allgemeine Erörterung dieser Arten geneigter Federn des ringförmig geschlossenen Typs und die konstruktive Weiterentwicklung von Federn ist in den U.S.-Patenten Nr. 4,655,462; 4,826,144; 4,830,344; 4,893,795; 4,876,781; 4,907,788; 4,915,366; 4,961,253; 4,974,821; 4,964,204; 5,160,122; 5,108,078; 5,139,276; 5,203,849; 5,239,737; 5,503,375; 5,615,870; 5,709,371; 5,791,638 nach Balsells dargelegt.
Die Kraft-Federwegs-Eigenschaften bislang verfügbarer Axialfedern des ringförmig geschlossenen Typs wurden durch die Änderung zahlreicher Federparameter variiert, einschließlich der Größe des Drahtes, der Höhe der Wicklung, des Abstands der Wicklung und der vorderen und hinteren Anschlagswinkel. Während man mit diesen Parametern die Last-Federwegs-Eigenschaften der Feder gezielt „zuschneidern" kann, sind sie weder der beherrschende Faktor noch kann so das gesamte Konstruktionspotential der Feder ausgeschöpft werden.
Ein bislang verkannter Parameter, der sich nachhaltig auf den Wirkungsgrad axial belasteter Federn des ringförmig geschlossenen Typs auswirkt, ist in den U.S.-Patenten Nr. 4,826,144 und 4,915,366 dargestellt. Diese Druckschriften offenbaren Wicklungen, die in einer Weise miteinander verbunden sind, dass sie eine flexible Schraubenfeder des ringförmig geschlossenen Typs bilden, wobei sich der hintere Anteil entlang eines Außendurchmessers der axial flexiblen Schraubenfeder des ringförmig geschlossenen Typs und der vordere Anteil entlang eines Innendurchmessers der axial flexiblen Schraubenfeder des ringförmig geschlossenen Typs und umgekehrt befindet.
Die gewählte Anordnung des hinteren Anschlagswinkels und des dadurch definierten hinteren Anteils eröffnet die Möglichkeit, eine axial flexible Schraubenfeder des ringförmig geschlossenen Typs „zuzuschneidern", die über das Spektrum der herkömmlichen, bereits bekannten flexiblen Schraubenfedern des ringförmig geschlossenen Typs hinausgeht.
Folglich können Federn mit höheren Last-Federwegs-Eigenschaften ausgestaltet werden. D.h., die Feder ist in der Lage, eine größere Kraft als Reaktion auf einen gegebenen Federweg auszuüben als eine Feder mit den gleichen Abmessungen und Drahtgrößen, deren hinterer Anteil entlang des Innendurchmessers der Feder verläuft.
Demzufolge können diese Federn aus kleineren Drähten hergestellt werden und einen engeren Wicklungsabstand aufweisen, während sie nach wie vor die gleiche Kraft als Reaktion auf einen Federweg wie Federn aus dem Stand der Technik ausüben können.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Ermittlung weiterer Parameter, die zur Konstruktion von Federn des ringförmig geschlossenen Typs mit ausgesuchten Last-Federwegs-Eigenschaften verwendet werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Feder Betriebslast-Federwegs-Eigenschaften auf, die vorteilhafterweise zur Konstruktion von Federn mit bisher noch nicht möglichen Anwendungsbereichen eingesetzt werden können.
WO 99/49233 offenbart Torsionsschwingungsdämpfer, die Kraftspeicher umfassen, die als Druckminderungs-Schraubenfedern ausgelegt sein können. Die Kraftspeicher umfassen sich abwechselnde Federn mit geringeren Durchmessern und Federn mit größeren Durchmessern.
Zusammenfassung der Erfindung
In Anspruch 1 wird eine erfindungsgemäße Schraubenfeder beschrieben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Schraubenfeder schließt generell eine Vielzahl erster Drahtwicklungen und eine Vielzahl zweiter Drahtwicklungen ein. Die ersten und zweiten Drahtwicklungen sind einander benachbart und unterscheiden sich voneinander durch eine Maßgröße, um eine variable Kraft und einen variablen Federweg bereitzustellen.
Außerdem können die ersten und zweiten Wicklungen exzentrisch um die Federhauptachse angeordnet sein, um die durch die Wicklungen bereitgestellte variable Kraft und den variablen Federweg gezielt aufzubauen. Wie nachstehend erörtert können verschiedene Typen von Wicklungen in unterschiedlichen Kombinationen verwendet werden.
Bei zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die zweiten Wicklungen einen geringeren Durchmesser als die ersten Wicklungen haben und die ersten und zweiten Wicklungen können sowohl konzentrisch als auch exzentrisch sein.
Weiterhin können die Wicklungen geneigt sein und unterschiedliche Querschnitte aufweisen, beispielsweise elliptisch, rund, rechteckig, quadratisch, dreieckig oder D-förmig.
Außerdem können die ersten und zweiten Wicklungen abweichende Formen haben. Weiterhin können spiralförmige Wicklungen verwendet werden und die zweiten Wicklungen können aus einem dickeren Draht als der Drahtdicke der ersten Wicklungen ausgebildet sein.
Die Wicklungen können eine konstante Neigung oder eine variable Neigung haben und die ersten und zweiten Wicklungen können wechselweise entlang der Hauptachse angeordnet sein.
Eine ringförmig geschlossene Feder kann durch Verbinden der Enden der ersten und zweiten Wicklungen ausgebildet sein, und die ersten und zweiten Wicklungen können unter einem konkaven Drehwinkel oder einem konvexen Drehwinkel innerhalb der ringförmig geschlossenen Feder angeordnet sein. Sowohl radiale als auch axiale Federn können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der nachstehenden Beschreibung sind die Vorteile und Lehren der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1A–1B elliptische Wicklungen einer geneigten Feder mit einer Kombination aus radialen und axialen Wicklungen, die eine Längs- oder Ring- oder ringförmig geschlossene Feder ausbilden;
2A–2C eine geneigte Feder mit elliptischen exzentrisch zur Hauptachse versetzten Wicklungen mit einer Kombination aus radialen und axialen Wicklungen, die der Länge nach gezeigt sind;
3A–3E Kombinationen mit unter radial, axial, konkaven und konvexen Drehwinkeln zur Nebenachse geneigten elliptischen Wicklungen, wobei die Feder der Länge nach gezeigt ist;
4A–4E eine Kombination einer unter einem radial, axial, konkaven, konvexen Drehwinkel versetzten Feder mit elliptischen, nach einer Seite versetzten Wicklungen mit Neigung zur Nebenachse, wobei die Feder der Länge nach gezeigt ist;
5A–5E eine Kombination einer Feder mit unter radial, axial, konkaven/konvexen Drehwinkeln versetzten Feder mit runden, nach einer Seite versetzten Wicklungen mit Neigung zur Nebenachse, wobei die Feder der Länge nach gezeigt ist;
6A–6E zeigt verschiedene Wicklungsquerschnitte, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
7 ist eine Ansicht einer radialen „V"-artigen Feder mit geneigten Wicklungen, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Genaue Beschreibung
1A zeigt eine Feder 554 des ringförmig geschlossenen Typs, die radiale erste Wicklungen 556 mit darin angeordneten axialen zweiten Wicklungen 558 aufweist.
1B schließt eine Seitenansicht der Feder 554 ein, die die Art und Weise zeigt, in der die Wicklungen langgestreckt angeordnet sind.
2A–2C stellt Federn 578, 586 dar, bei denen die ersten und zweiten Wicklungen unterschiedlich positioniert sind.
3A zeigt eine Kombination von unter konkavem/konvexem Drehwinkel angeordneten Federn 590, die erste und zweite Wicklungen 592, 594 aufweisen und 3B–3E zeigen verschiedene Endansichten entlang der in 3A angegebenen Linien.
4A zeigt eine Kombination einer unter einem radial, axial konkaven Drehwinkel und konvexen Drehwinkel versetzten Feder 600, die erste und zweite Wicklungen 602, 604 wie in 4A angegeben aufweist.
4B–4E sind Querschnittsansichten entlang der in 4A angegebenen Linien.
5A–5E zeigen die Feder 610, die runde erste und zweite Wicklungen 612 und 614 aufweist. Hier sollte ein Vergleich mit 4A–4E erfolgen, bei denen die Feder 600 elliptische erste und zweite Wicklungen 602, 604 sowie eine Kombination eines radial und axial konkaven Drehwinkels und eines konvexen Drehwinkels einschließt.
5A–5E zeigen Querschnitte der Feder 610 entlang der in 5A angegebenen Linien.
6A–6E und 7 zeigen verschiedene Querschnittsansichten erster und zweiter Wicklungen, die bei den vorstehend beschriebenen Federauslegungen verwendet werden können.
Obwohl vorstehend ausdrücklich erfindungsgemäße Schraubenfeder beschrieben wurde, um die Weise darzustellen, in der die Erfindung vorteilhafterweise eingesetzt werden kann, versteht es sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. D.h. die vorliegende Erfindung kann zweckmäßigerweise die erwähnten Elemente umfassen, daraus bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Weiterhin kann die hier bildhaft wiedergegebene Erfindung zweckmäßigerweise auch praktisch umgesetzt werden, wenn ein Element fehlt, das nicht eigens hierin offen gelegt ist. Entsprechend kann jedwede Änderung, Variation oder äquivalente Anordnung für den Fachmann als innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung liegend gelten, wie sie in den nachstehend angefügten Patentansprüchen festgelegt ist.

Claims

Schraubenfeder (554; 578; 590; 600; 610), umfassend: eine Vielzahl erster Drahtwicklungen (556; 592; 602; 612); und eine Vielzahl zweiter Drahtwicklungen (558; 594; 604; 614), wobei die ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) einander benachbart sind und sich voneinander durch eine Maßgröße unterscheiden, um eine variable Kraft und einen variablen Federweg bereitzustellen, wobei die Schraubenfeder (554; 578; 590; 600; 610) dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten und zweiten Wicklungen (556, 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) verbunden sind, um eine ringförmig geschlossene Feder [garter spring] zu bilden, wobei die erste Wicklung (556; 592; 602; 612) radial ist und die zweite Wicklung (558; 594; 604; 614) axial ist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Drahtwicklungen (558; 594; 604; 614) zwischen angrenzenden und einander benachbarten ersten Drahtwicklungen (556; 592; 602; 612) angeordnet sind.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (558; 594; 604; 614) unter einem konkaven Drehwinkel innerhalb der ringförmig geschlossenen Schraubenfeder angeordnet ist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (558; 594; 604; 614) unter einem konvexen Drehwinkel innerhalb der ringförmig geschlossenen Schraubenfeder angeordnet ist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 558; 594; 604; 614) einen D-förmigen Querschnitt aufweist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) einen Querschnitt mit planen Seiten aufweist.
Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Wicklungen (556; 592; 602; 612; 558; 594; 604; 614) V-förmig ist.