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Die
Erfindung betrifft eine Schraubenfeder, insbesondere Schraubendruckfeder
für den Maschinen- oder Fahrzeugbau, mit mehreren Windungen aus
einem Draht. Solche Schraubenfedern, die üblicherweise
aus einem Federstahl hergestellt werden, können beispielsweise
als Fahrzeugchassis-Feder oder als Feder in einem Druckluft-Bremsspeicher
insbesondere bei Lastkraftwagen eingesetzt werden.
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Eine
zylindrische Schraubendruckfeder mit kreisförmigem Querschnitt
als Teil einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge
wird beispielsweise in der
EP 0135
808 A2 beschrieben. Eine kegelförmige Schraubendruck feder
aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt wird beispielsweise
in der
DE 25 06 420 A1 beschrieben.
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Eine
tonnenförmige Feder mit kreisförmigem Querschnitt
wird beispielsweise in der
DE
2 000 472 A beschrieben. Diese Feder weist zudem die Besonderheit
auf, dass neben einem sich verändernden Windungsumfang
und einer sich verändernder Steigung auch eine sich verändernde
Drahtquerschnittsfläche vorliegt. Diese auch als Miniblock-Feder
bezeichnete Feder weist ausgehend von einer Endwindung einen zur
Mitte hin ansteigenden Drahtquerschnitt auf, der im mittleren Bereich
konstant ist und anschließend zur anderen Endwindung wieder
abnimmt.
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Bei
Belastung von Schraubenfedern entsteht neben einer axialen Federrückstellkraft
auch eine Querkraft, die sich beispielsweise dadurch ergibt, dass
der Kraftansatzpunkt nicht direkt auf der Federmittelachse liegt.
Solche Querkräfte müssen von den Federaufnahmen
aufgefangen werden. Die aus der Federrückstellkraft und
der Querkraft resultierende Federkraftwirkung, deren Richtung der
Federkraftwirkungslinie entspricht, spielt insbesondere im Bereich von
Radaufhängungen bei Fahrzeugen eine besondere Rolle. Eine
Radaufhängung weist zumeist ein Federbein auf, welches
aus einer Schraubendruckfeder und einem in der Feder verlaufenden
Dämpfungselement besteht. Der Dämpfer liegt hierbei
insbesondere unter einem spitzen Winkel zur Mittelachse der Feder,
um die Querkräfte besser handhaben zu können.
Ein Beispiel für ein solches Federbein mit schräg
liegender Dämpfer wird in der
DE 10 2004 058 698 B3 beschrieben.
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Zusammengefasst
werden somit zum einen Federn benötigt, welche keine, in
diesem Fall unerwünschten Querkräfte bei einer
Belastung zeigen. Auf der anderen Seite sind aber auch Anwendungen bekannt,
beispielsweise bei bestimmten Radaufhängungen, bei denen
eine in Betrag und Richtung definierte Querkraft erwünscht
ist, um die Kraftwirkungslinie zu beeinflussen. Zur bewussten Erlangung
einer besonderen Querkraftwirkung können Federn hierzu derart
ausgestaltet werden, dass die Federmittellinie der Schraubendruckfeder
im unbelasteten Zustand einen gebogenen Verlauf hat. Eine weitere
Möglichkeit zur Beeinflussung der Federkraftwirkungslinie besteht
darin, den Kraftangriffspunkt durch Schrägstellung der
Federteller oder der Endwindungen zu verschieben. Bei den Federn
mit gebogener Mittelachse hat sich die Form in bestimmten Fällen
als nachteilig hinsichtlich der Handhabung erwiesen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schraubenfeder der eingangs
genannten Art bereitzustellen, bei der die bei einer vorgegebenen
Belastung auftretende Querkraft definiert vorgebbar ist.
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Die
Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden
Teil der Patentansprüche 1 und 20. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der
Draht innerhalb einer Windung einen Verdickungsabschnitt mit einer
Verdickung auf. Durch die Verdickung wird im Belastungsfall der
Feder eine Querkraftkomponente zu der natürlichen Querkraftkomponente,
welche bei einer entsprechenden Feder ohne Verdickung auftritt,
hinzugefügt. Somit kann die Federkraftwirkungslinie in
gewünschter Weise beeinflusst werden.
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In
analoger Weise weist bei einer zweiten erfindungsgemäßen
Ausges taltung der Draht innerhalb einer Windung einen Verdünnungsabschnitt
mit einer Verdünnung auf. Hierbei wird in analog umgekehrter Weise
der gleiche Effekt erzielt.
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Die
Erfindung hat somit zum Inhalt, dass zur Beeinflussung der Querkraft
und somit der Federkraftwirkungslinie innerhalb einer Windung abschnittsweise
eine Änderung der Querschnittsfläche des Drahts
vorgesehen ist, wobei diese Änderung in einer Verdünnung
oder Verdickung bestehen kann.
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Als
Windung im Sinne der Erfindung wird jeder Längenabschnitt
des Drahtes verstanden, in dem ein Winkelbereich von 360° um
die Federmittelachse durchlaufen wird.
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Im
Folgenden wird zunächst hauptsächlich auf die
Ausgestaltung mit mindestens einem Verdickungsabschnitt eingegangen.
Es versteht sich, dass die Ausführungen in analog umgekehrter
Weise auch für eine Feder mit mindestens einem Verdünnungsabschnitt
gelten, wobei die beiden Maßnahmen auch kombiniert einsetzbar
sind.
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Erfindungsgemäß liegt
die Verdickung nur abschnittsweise innerhalb einer Windung vor.
Bevorzugt liegt innerhalb einer Windung dem Verdickungsabschnitt
ein unverdickter Abschnitt gegenüber. Bei einer vorteilhaften
Ausgestaltung ist die Länge des Verdickungsabschnittes
gleich oder kleiner als 3/4, insbesondere 1/2, des Windungsumfangs.
Hierbei wird somit jeweils auf einem Abschnitt der Windung der Drahtquerschnitt
unverändert belassen, während auf der anderen
Seite eine Verdickung bzw. eine Verdünnung vorliegt. Bei
einer kombinierten Ausgestaltung kann dem Verdickungsabschnitt innerhalb
einer Windung ein Verdünnungsabschnitt gegenüberliegen.
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Die
Verdickung kann derart ausgestaltet sein, dass sie durch eine Zunahme
und anschließende Abnahme der Querschnittsfläche
des Drahtes gebildet wird. Die Zunahme und Abnahme kann stetig verlaufen.
Falls der Draht eine kreisförmige Querschnittsfläche
aufweist, kann die Verdickung durch eine, insbesondere lineare,
Zunahme und Abnahme des Drahtdurchmessers gebildet werden. Hierbei
ist von Vorteil, wenn die Verdickung symmetrisch zur Drahtachse
erfolgt, da durch diese gleichmäßige Querschnittserweiterung
und -verjüngung ein einfaches Herstellungsverfahren angewendet
werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Draht innerhalb einer
Windung mehrere Verdickungsabschnitte auf. Bevorzugt liegen diese
Verdickungsabschnitte hierbei allerdings innerhalb einer Windung
ungleichmäßig verteilt, so dass eine Querkraftbeeinflussung
erfolgt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Schraubenfeder
mehrere Windungen mit jeweils einem Verdickungsabschnitt auf, wobei die
Verdickungsabschnitte im Wesentlichen übereinander liegen.
Bevorzugt handelt es sich hierbei um benachbarte Windungen. In vorteilhafter
Weise entsteht somit hierdurch eine Ausgestaltung, bei der die Schraubendruckfeder
an der einen Seite mehrere Windungen mit übereinander liegenden
Verdickungsabschnitten aufweist, wohingegen auf der gegenüberliegenden
Seite keine Verdickungsabschnitte vorgesehen sind. Bevorzugt überlappen
sich die übereinander liegenden Verdickungsabschnitte über
einen vorgegebenen Winkelbereich.
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Die
Schraubenfeder kann zylinder-, kegel- oder tonnenförmig
ausgestaltet sein.
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Da
die Querkraftbeeinflussung verstärkt durch die im mittleren
Bereich der Feder liegenden Windungen erreicht wird, weisen bei
einer bevorzugten Ausgestaltung die Endwindungen keinen Verdickungsabschnitt
auf. Bevorzugt liegt somit die mindestens eine einen Verdickungsabschnitt
aufweisende Windung zwischen den Endwindungen. Die Endwindungen
können zudem zueinander parallel angeordnet sein, da eine
Schräglage zur Querkraftbeeinflussung nicht mehr erforderlich
ist.
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Im
Stand der Technik sind Federn bekannt, die eine über die
Länge gesehen konstante Basisquerschnittsfläche
aufweisen. Erfindungsgemäß werden nunmehr die
Verdickungen diesem Basisquerschnitt überlagert, so dass
im Bereich der Verdickung die Querschnittsfläche vergrößert
ist.
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Wie
eingangs ausgeführt, sind im Stand der Technik auch Federn
bekannt, bei denen der Draht eine sich über seine Länge ändernde
Basisquerschnittsfläche aufweist, beispielsweise bei einer
Miniblock-Feder. Falls bei einer solchen Schraubenfeder eine Beeinflussung
der Kraftwirkungslinie erfolgen soll, muss die Verdickung der Basisquerschnittsfläche überlagert
werden. Hierdurch kann bei einem Extremfall eine Ausgestaltung auftreten,
bei der auch im Bereich der Verdickung nach einer erfolgten Zunahme
des Drahtquerschnittes keine Abnahme des Drahtquerschnittes erfolgt,
da der Drahtverdickung, die aus einer Zu- und Abnahme des Querschnittes besteht,
eine größere Querschnittszunahme des Basisquerschnittes überlagert
ist, so dass der resultierende Querschnitt keine unmittelbare Abnahme zeigt.
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Es
hat sich gezeigt, dass im Fall eines sich ändernden Basisquerschnitts
die Beeinflussung der Federkraftwirkungslinie am wirksamsten ist,
wenn der mindestens eine Verdickungsabschnitt innerhalb einer Windung
liegt, die eine geringere Basisquerschnittsfläche als eine
andere Windung aufweist. Mit anderen Worten, eine Verdickung ist
in einem dünneren Bereich des Drahtes wirksamer als in
einem dickeren Bereich.
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Besonders
bevorzugt ist die mindestens eine Verdickung derart ausgestaltet
und angeordnet, dass bei Belastung der Schraubenfeder eine von der
Verdickung in Richtung der Federachse weisende Querkraftkomponente
zusätzlich zu der natürlichen Querkraftkomponente,
welche die Querkraft bei einer entsprechenden Schraubenfeder ohne
Verdickung darstellt, wirkt.
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Je
nach Anwendungsfall sind zwei Ausgestaltungen denkbar: Zum einen
kann mittels der durch die mindestens eine Verdickung wirkende Querkraftkomponente
die natürliche Querkraftkomponente der Schraubenfeder im
Wesentlichen kompensiert werden, so dass die Schraubenfeder bei
einer vorgegebenen Belastung keine Querkraft zeigt. Somit kann die
Federkraftwirkungslinie im Wesentlichen parallel zur Federmittelachse
liegen. Zum anderen kann durch Überlagerung der durch die
mindestens eine Verdickung wirkenden Querkraftkomponente und der
natürlichen Querkraftkomponente die resultierende Querkraft
und somit die Federkraftwirkung der Schraubenfeder bezüglich
Betrag und Richtung ausrichtbar sein. Die Federkraftwirkungslinie lässt
sich somit gezielt durch entsprechendes Anordnen und Ausgestalten
von Querschnittsflächenveränderungen beeinflussend
ausrichten.
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Wie
bereits ausgeführt, kann bei der zweiten erfindungsgemäßen
Ausgestaltung der Draht innerhalb einer Windung einen Verdünnungsabschnitt
mit einer Verdünnung aufweisen. Hierbei tritt im Wesentlichen
die gleiche Wirkung wie bei einer entsprechenden Verdickung auf,
so dass im Folgenden nicht in aller Ausführlichkeit auf
die Ausgestaltung mit einem Verdünnungsabschnitt eingegangen
werden soll. Die bereits beschriebenen Merkmale der weitergebildeten
ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung können
mit den entsprechenden Vorteilen auch in analoger Weise bei der
zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung eingesetzt
werden.
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Bevorzugt
liegt innerhalb einer Windung dem Verdünnungsabschnitt
ein unverdünnter Abschnitt gegenüber Bei einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist die Länge des Verdünnungsabschnittes
gleich oder kleiner als 3/4, insbesondere 1/2, des Windungsumfangs.
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Eine
Verdünnung kann durch eine Abnahme und anschließende
Zunahme der Querschnittsfläche des Drahts gebildet werden.
Wenn der Draht eine kreisförmige Querschnittsfläche
aufweist, kann die Verdickung durch eine Abnahme und Zunahme des Drahtdurchmessers
gebildet werden. Bevorzugt ist die Verdünnung symmetrisch
zur Drahtachse.
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Der
Draht kann innerhalb einer Windung mehrere Verdünnungsabschnitte
aufweisen, die allerdings ungleichmäßig über
die Windung verteilt sein sollten.
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Ferner
kann die Schraubenfeder mehrere insbesondere benachbarte Windungen
mit jeweils einem Verdünnungsabschnitt aufweisen, wobei
die Verdünnungsabschnitte im Wesentlichen übereinander
liegen.
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Die
Schraubenfeder kann zylinder-, kegel- oder tonnenförmig
ausgestaltet sein.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Endwindungen der Schraubenfeder
keinen Verdünnungsabschnitt auf. Die mindestens eine einen Verdünnungsabschnitt
umfassende Windung kann zwischen den Endwindungen angeordnet sein,
bevorzugt im mittleren Teil der Feder. Ferner können die Endwindungen
parallel zueinander angeordnet sein.
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Der
Draht kann eine konstante Basisquerschnittsfläche aufweisen,
wobei die Querschnittsfläche in dem mindestens einen Verdünnungsabschnitt verringert
ist. Falls der Draht eine sich über seine Länge ändernde
Basisquerschnittsfläche aufweist, wird die Verdünnung
der Basisquerschnittsfläche überlagert. Bevorzugt
liegt hierbei der mindestens eine Verdünnungsabschnitt
innerhalb einer Windung, die eine geringere Basisquerschnittsfläche
als eine andere Windung aufweist.
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In
zur Ausgestaltung mit einer Verdickung analog entgegen gesetzter
Wirkung kann die mindestens eine Verdünnung derart ausgestaltet
und angeordnet sein, dass bei Belastung der Schraubenfeder eine
von der Federachse in Richtung der Verdünnung weisende
Querkraftkomponente zusätzlich zu der natürlichen
Querkraftkomponente, welche die Querkraft bei einer entsprechenden
Schraubenfeder ohne Verdünnung darstellt, wirkt. Hierbei
kann zudem die durch die mindestens eine Verdünnung wirkende
Querkraftkomponente die natürliche Querkraftkomponente
der Schraubenfeder im Wesentlichen kompensieren. Des Weiteren kann
durch Überlagerung der durch die mindestens eine Verdünnung wirkende
Querkraftkomponente und der natürlichen Querkraftkomponente
die resultierende Querkraft dadurch die Federkraftwirkung der Schraubenfeder
bezüglich Betrag und Richtung, und somit auch die Federkraftwirkungslinie,
ausrichtbar sein.
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Im
Bereich der Verdickung bzw. Verdünnung kann sich die Querschnittsfläche
insbesondere bis auf das vierfache, bzw. ein Viertel, vorzugsweise
das zweifache bzw. die Hälfte, bezogen auf die an dieser Stelle
vorliegende Basisquerschnittsfläche, verändern.
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Die
Erfindung betrifft bevorzugt solche Schraubenedern eingesetzt, die
an einer Stelle mindestens einen Drahtdurchmesser von 5 mm, insbesondere
8 mm, vorzugsweise 10 mm, aufweisen.
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Die
erfindungsgemäße Schraubendruckfeder 1 kann
zusammen mit einem Stoßdämpfer als Federbein einer
Radaufhängung verwendet werden. Hierbei kann insbesondere
die Federkraftwirkungslinie der Schraubenfeder im Wesentlichen parallel zum
Stoßdämpfer liegen.
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Die
erfindungsgemäße Schraubenfeder könnte
in einem Bremsspeichersystem eines Kraftfahrzeuges, insbesondere
eines Lkw, eingesetzt werden. Da Bremsspeichersysteme zumeist mit
Druckluft arbeiten, wirken sich hier Querkräfte negativ
auf die Haltbarkeit der Druckluftdichtungen aus, so dass in besonderem
Maße eine im Wesentlichen querkraftkompensierte, d. h.
querkraftfreie Feder gewünscht ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der 2, 4 und 5 bis 11 beschrieben.
Die 1 und 3 beinhalten Ausgestaltungen
nach dem Stand der Technik. Es zeigen:
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1 eine
zylindrische Schraubendruckfeder mit konstantem Drahtdurchmesser
gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittansicht;
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2 die
Schraubendruckfeder gemäß 1 mit erfindungsgemäßen
Verdickungsabschnitten;
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3 eine
Miniblockfeder mit sich änderndem Basisdrahtquerschnitt
nach dem Stand der Technik in einer Schnittansicht;
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4 die
Feder nach 3 mit erfindungsgemäßen
Verdickungsabschnitten;
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5 ein
Durchmesser-/Windungsdiagramm für die Feder gemäß 2;
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6 ein
Durchmesser-/Windungsdiagramm für die Feder gemäß 4;
und
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7 bis 11 Durchmesser-/Windungsdiagramme
von erfindungsgemäßen, ansonsten nicht dargestellten
Federn.
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1 zeigt
im Querschnitt eine zylindrische Schraubendruckfeder 1' aus
dem Stand der Technik. Die Schraubendruckfeder besteht aus einem
Draht 3', der zu sechs Windungen N1 bis N6 gebogen ist. Der
Draht 3' weist einen konstanten kreisrunden Querschnitt
mit einer konstanten Basisquerschnittsfläche QB auf.
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Bei
vorgegebener Druck-Belastung der Feder ergibt sich eine in Richtung
der Feder-Mittelachse M wirkende axiale Federrückstellkraft
FA. Zudem ergibt sich eine bei Federn grundsätzlich
nicht vollständig vermeidbare natürliche Querkraftkomponente
FQn in einer radial zur Federmittelachse
M weisenden Richtung. Insgesamt ergibt sich somit bei Beaufschlagung
der Feder eine resultierende Kraftwirkung FKW aus
der vektoriellen Addition der axialen Federkraft FA und
der Querkraft FQn.
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Die
Richtung der Kraftwirkung FKW stellt die Federkraftwirkungslinie
KWL dar, die einen spitzen Winkel mit der Federmittelachse M bildet.
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Die 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Schraubendruckfeder 1,
welche auf der in 1 gezeigten Schraubendruckfeder 1' basiert.
Im Unterschied zur Schraubendruckfeder 1' weist die Schraubendruckfeder 1 innerhalb
der Windungen N2, N3, N4 und N5 jeweils einen Verdickungsabschnitt 5 mit einer
Verdickung 4 auf. Der Verdickungsabschnitt 5, der
sich über die Hälfte einer Umfangslänge
einer Windung N erstreckt, beinhaltet eine Verdickung 4 des
Drahtes 3, so dass sich im Bereich der maximalen Verdickung 4 eine
gegenüber der Basisquerschnittsfläche QB vergrößerte Verdickungsquerschnittsfläche
QD ergibt.
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Innerhalb
einer Windung liegt jedem Verdickungsabschnitt 5 ein unverdickter
Abschnitt 7 mit der Basisquerschnittsfläche QB gegenüber.
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Die
Verdickung 4 erfolgt durch eine Zu- und Abnahme des Durchmessers
des Drahtes 3. Die Verdickung erfolgt ferner symmetrisch
zur Drahtachse des Drahtes 3. Mit anderen Worten, die Drahtachse verläuft
unverändert gegenüber der Feder 1' ohne Verdickungen.
Die Verdickungen 4 der Windungen N2 bis N5 sind zudem in
Form und Anordnung gleichartig.
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Die
Schraubenfeder 1 weist somit mehrere benachbarte Windungen
N2 bis N5 mit jeweils einem Verdickungsabschnitt 5 auf,
wobei die Verdickungsabschnitte 5 im Wesentlichen übereinander
liegen.
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Die
beiden Endwindungen N1 und N6, die parallel zueinander liegen, weisen
keinen Verdickungsabschnitt auf. Die Windungen N2 bis N5, die einen
Verdickungsabschnitt aufweisen, liegen zwischen den Endwindungen
N1 und N6.
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Der
Verlauf des Durchmessers des Drahtes 3 über den
Windungen N ist in 5 schematisch dargestellt. Ausgehend
von der Basisquerschnittsfläche QB weist
der Draht 3 fünf Verdickungen 4 mit einer
Verdickungsquerschnittsfläche QD auf.
Die erste Verdickung 4 beginnt hierbei innerhalb der zweiten Windung.
Nach einem Winkelbereich von 90° der zweiten Windung beginnt
der Drahtdurchmesser des Drahtes 3 linear zu steigen, bis
im Winkelbereich von 180° die maximale Verdickungsquerschnittsfläche
QD erreicht ist. Anschließend fällt
der Drahtdurchmesser des Drahtes 3 bis zum Winkelbereich
von 270° linear wieder ab und bleibt im letzten Winkelbereich
von 270° bis 360° konstant, so dass sich hier
wiederum die Basisquerschnittsfläche QB ergibt.
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In 2 ist
zudem das sich nunmehr ergebende Kräfteverhältnis
dargestellt. Neben der axialen Federrückstellkraft FA weist die Schraubendruckfeder 1 nunmehr
zusätzlich zu der natürlichen Querkraftkomponente
FQn eine aus der Verdickung resultierende
Querkraftkomponente FQd auf, die ausgehend
von der Stelle der maximalen Verdickung 4 radial in Richtung
der Mittenachse M der Schraubenfeder 1 zeigt. Die Verdickungen 4 sind
bei der Herstellung der Schraubenfeder 1 derart dimensioniert
und angeordnet worden, dass die natürliche Querkraftkomponente
FQn bei einer vorgegebenen Belastung im
Wesentlichen kompensiert wird, so dass die resultierende Kraft FKW im Wesentlichen der Rückstellkraft
FA entspricht, so dass die Federkraftwirkungslinie
KWL mit der Federmittelachse M zusammenfällt.
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Die
in den 1 und 2 eingezeichneten Kräfteverhältnisse
sind lediglich schematisch dargstellt und dienen zu Erläuterung
der Wirkungsweise. Wenn die Schraubenfeder 1 derart dimensioniert werden
soll, dass sie bei einer vorgegebenen Kraftbeaufschlagung eine hinsichtlich
Betrag und Richtung definierte Querkraft erzeugen soll, so können die
Verdickungen dementsprechend ausgestaltet und angeordnet werden.
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Durch
die innerhalb einer Windung bereichsweise Veränderung des
Drahtdurchmessers ist es somit möglich, die Querkräfte
zu beeinflussen und die resultierende Kraftwirkungslinie auszurichten.
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In
nicht dargestellter Weise kann die Schraubendruckfeder 1 zusammen
mit einem Stoßdämpfer als Federbein einer Radaufhängung
verwendet werden. Hierbei kann insbesondere die Federkraftwirkungslinie
der Schraubenfeder parallel zum Stoßdämpfer liegen.
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Die
querkraftkompensierte Schraubenfeder 1 könnte
ferner in einem Bremsspeichersystem eines Kraftfahrzeuges, insbesondere
eines Lkw, eingesetzt werden.
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3 zeigt
im Querschnitt eine Miniblockfeder 2' gemäß dem
Stand der Technik. Die Schraubendruckfeder 2' ist tonnenförmig
und besteht aus einem Draht 3', der zu fünf Windungen
N1 bis N5 spiralförmig gebogen ist. Der Draht 3' weist
einen sich ändernden Basisquerschnitt auf, so dass sich
ein Basisquerschnittsflächenverlauf ergibt. Im Bereich
der beiden Endwindungen N1 und N5 weist der Draht 3' eine
Basisquerschnittsfläche QB1 auf,
die sich zur Mitte hin zur Basisquerschnittsfläche QB2 vergrößert. Im mittleren
Bereich der Feder 2' weist der Draht 3 einen konstanten
Drahtdurchmesser auf.
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Zur
Beeinflussung der Querkraft der Feder 2' ist gemäß 4 bei
der erfindungsgemäßen Schraubendruckfeder 2 vorgesehen,
dass der Draht 3 im Bereich der Windungen N2, N3 und N4
Verdickungsabschnitte 5 mit Verdickungen 4 aufweist.
Durch die Verdickungen 4 im Verdickungsabschnitt 5 entsteht eine
maximale Verdickungsquerschnittsfläche QD, die
größer als die Basisquerschnittsfläche
QB2 ist.
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In 6 ist
das zu 4 zugehörige Diagramm des Durchmessers
des Drahtes 3 über seiner Länge schematisch
dargestellt. Zu erkennen ist wiederum, dass der Durchmesser des
Drahtes 3 ausgehend von einem Basisdurchmesser (entsprechend der
Querschnittsfläche QB1) im Bereich
der zweiten Windung durch eine Verdickung 4 zunächst
ansteigt und dann auf den gegenüber dem ersten Basisdurchmesser
vergrößerten zweiten Basisdurchmesser (entsprechend
der Querschnittsfläche QB2) abnimmt.
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In 7 ist
ein Diagramm des Drahtdurchmessers über den Windungen N
von einer ansonsten nicht dargestellten Miniblockschraubendruckfeder dargestellt.
Bei dieser Ausgestaltung liegt die Besonderheit vor, dass eine sehr
große Querschnittsflächenveränderung
der Basisquerschnittsfläche QB vorliegt.
Der Verlauf des Drahtdurchmessers der entsprechenden Feder ohne
Verdickung ist durch die gestrichelte Linie dargestellt. In den
durch die Ellipsen markierten Bereichen ist nunmehr zusätzlich
zu dem sich ohnehin vergrößernden Drahtdurchmesser eine
Verdickung überlagert, die dazu führt, dass der Drahtdurchmesser
zunächst noch verstärkt zunimmt, um anschließend
nur noch abgeschwächt, d. h. mit geringerer Steigung zuzunehmen.
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Gemäß 8 ist
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer
zylindrischen Schraubendruckfeder diagrammatisch dargestellt, wobei die Schraubendruckfeder
drei Windungen N aufweist, die jeweils einen Verdünnungsabschnitt 6 mit
einer Verdünnung 8 aufweisen, an denen der Draht
gegenüber dem ansonsten konstanten Basisquerschnitt QB verdünnt ist. Den Verdünnungsabschnitten 6 liegen innerhalb
der Windung N jeweils unverdünnte Abschnitte 9 gegenüber.
Die Verdünnungsabschnitte 6 liegen im Wesentlich übereinander,
obwohl sie nicht exakt übereinander liegen, so dass sich
insgesamt aber eine Querkraftbeeinflussung ergibt. Die Verdünnungsabschnitte 6 liegen überlappend übereinander. Eine
entsprechende Anordnung ist auch für Verdickungsabschnitte
möglich.
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9 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer
zylindrischen Schraubendruckfeder in diagrammatischer Darstellung.
Die Schraubendruckfeder weist innerhalb von zwei Schraubenwindungen
jeweils einen Verdünnungs- und anschließend einen
Verdickungsabschnitt auf. Hierbei liegen jeweils die Verdünnungsabschnitte
und die Verdickungsabschnitte übereinander.
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Gemäß 10 ist
diagrammatisch eine zylindrische Schraubendruckfeder dargestellt,
die zwei Windungen aufweist, innerhalb derer jeweils zwei Verdickungen 4 vorliegen.
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Für
die Bestimmung der Querkraftbeeinflussung wirken die beiden einzelnen
Verdickungsabschnitte einer Windung wie ein gemeinsamer resultierender
Verdickungsabschnitt 5R .
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11 zeigt
diagrammatisch eine zylindrische Schraubendruckfeder mit einem einzigen
Verdickungsabschnitt 5, bei dem der Drahtdurchmesser zum
einen nicht linear zunimmt und zum anderen ein konstantes Niveau
umfasst. Der Verdickungsabschnitt 5 erstreckt sich über einen
Abschnitt einer Windung, wobei als Windung erfindungsgemäß nicht auf
die diskreten Windungen abgestellt wird, sondern als Windung jeder
Drahtabschnitt verstanden wird, der einen Winkelbereich von 360° bezogen
auf die Feder-Mittelachse durchläuft.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungen
beschränkt. Vielmehr können die dargestellten
Federn hinsichtlich der Verdickungen und Verdünnungen miteinander
kombiniert werden.
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- 1
- Schraubendruckfeder
- 2
- Schraubendruckfeder
- 3
- Draht
- 4
- Verdickung
- 5
- Verdickungsabschnitt
- 6
- Verdünnungsabschnitt
- 7
- unverdickter
Abschnitt
- 8
- Verdünnung
- 9
- unverdünnter
Abschnitt
- FA
- axiale
Kraft
- FKW
- Kraftwirkung
- FQd
- Verdickungsquerkraftkomponente
- FQn
- natürliche
Querkraftkomponente
- KWL
- Federkraftwirkungslinie
- M
- Federmittelachse
- QB
- Basisquerschnittsfläche
- QS
- Verdickungsquerschnittsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0135808
A2 [0002]
- - DE 2506420 A1 [0002]
- - DE 2000472 A [0003]
- - DE 102004058698 B3 [0004]