DE102009007020A1

DE102009007020A1 - Schraubenfeder sowie Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102009007020A1
Application number: DE200910007020
Authority: DE
Inventors: Andrea Reichert; Johann Singer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-01-31
Filing date: 2009-01-31
Publication date: 2010-08-26

Abstract

, die als solche einen durch Wickeln eines Federdrahtmaterials gebildeten, im Wesentlichen zylindrischen Wicklungskörper umfasst. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, durch welche es möglich wird, in einer unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten relativ kostengünstig zu bewerkstelligenden Weise, hochwertige Schraubenfedern mit einer zur Radialkraftübertragung vorteilhaften Außengeometrie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schraubenfeder mit einem durch Wickeln eines Drahtmaterials gefertigten zylindrischen Wicklungskörpers, wobei das Drahtmaterial im Rahmen eines der Wicklungsbildung nachfolgenden Arbeitsschrittes überarbeitet ist, so dass das Drahtmaterial in einer die Federmittelachse enthaltenden Axialebene einen Querschnitt bildet, der eine Abflachung aufweist. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Schraubenfeder zu schaffen, die eine zur Radialkraftübertragung vorteilhafte weniger gewellte und im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweist, wobei diese Schraubenfeder aus einem relativ kostengünstig beziehbaren Standardmaterial gefertigt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenfeder die als solche einen durch Wickeln eines Federdrahtmateriales gebildeten, im wesentlichen zylindrischen Wicklungskörper umfasst. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schraubenfeder. Insbesondere richtet sich die Erfindung hierbei auf schenkellose Schraubenfedern die in verbautem Zustand durch Axial- oder Torsionsbelastung eine Änderung des Wicklungsdurchmessers erfahren wobei im Wege dieser Änderung des Wicklungsdurchmesser über die Innen- und/oder Außenfläche der Federwicklung Kräfte auf angrenzende Mechanikbauteile übertragen werden. Derartige Schraubenfedern werden beispielsweise im Bereich des Automobilbaus als Komponenten von Zugmittelspannvorrichtungen, sowie Brems- und Freilaufsystemen eingesetzt.
Hintergrund der Erfindung
Zur Fertigung dieser Schraubenfedern ist es bekannt, ein Federdrahtmaterial auf einen entsprechenden Wickelkern zu wickeln. Hierbei ist es möglich, ein Federdrahtmaterial mit unrundem, insbesondere annähernd quadratischem Querschnitt zu verarbeiten. Derartige aus Federdraht mit zumindest annähernd rechteckigem, oder quadratischem Querschnitt gefertigte Federn bilden eine relativ glatte Wicklungsaußenfläche und eignen sich aufgrund einer hierbei erreichten Vergrößerung der tragenden Fläche in besonderem Maße zur Übertragung radialer Kräfte beispielsweise auf Reibbeläge oder Bewegtkomponenten.
Federdrähte mit unrundem Querschnitt werden ähnlich wie Drähte mit kreisrundem Querschnitt im Ziehverfahren gefertigt. Aufgrund des relativ großen Verformungsgrades muss bei der Fertigung von Drähten mit unrundem Querschnitt der Ziehvorgang langsamer und typischerweise mit mehreren Ziehstufen abgewickelt werden als dies bei der Herstellung von Federdraht mit kreisrundem Querschnitt der Fall ist. Federdrähte mit unrundem Querschnitt, sowie hieraus gefertigte Schraubenfedern sind daher in der Beschaffung teuerer als Drähte, bzw. Schraubenfedern mit kreisrundem Drahtquerschnitt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, durch welche es möglich wird, in einer unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten relativ kostengünstig zu bewerkstelligenden Weise, hochwertige Schraubenfedern mit einer zur Radialkraftübertragung vorteilhaften Außengeometrie bereitzustellen.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schraubenfeder mit einem durch Wickeln eines Drahtmateriales gefertigten zylindrischen Wicklungskörpers, wobei das Drahtmaterial im Rahmen eines der Wicklungsbildung nachfolgenden Arbeitsschrittes überarbeitet ist, so dass das Drahtmaterial in einer die Federmittelachse enthaltenden Axialebene einen Querschnitt bildet der eine Abflachung aufweist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Schraubenfeder zu schaffen, die eine zur Radialkraftübertragung vorteilhafte weniger gewellte und im wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweist, wobei diese Schraubenfeder aus einem relativ kostengünstig beziehbaren Standardmaterial gefertigt werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Überarbeitung durch Materialabtrag, insbesondere spanabhebendem Material bewerkstelligt. Dieser spanabhebende Materialabtrag kann insbesondere durch eine Schleifbearbeitung bewerkstelligt werden. Für Anwendungsfälle, in welchen der Außenbereich der Schraubenfeder zur Übertragung von nach außen gerichteten Radialkräften herangezogen wird, wird die erfindungsgemäße Federwicklung vorzugsweise im Außenbereich überschliffen. Es ist auch möglich, die Federwicklung im Innenbereich zu überschleifen und damit im Innenbereich der Federwicklung eine etwas glattere und damit zur Übertragung von nach radial zur Federachse innen gerichteten Federreaktionskräften besonders vorteilhafte Federgeometrie zu schaffen.
Vorzugsweise wird die Überarbeitung des Drahtmaterials so getroffen, dass die Abtragtiefe maximal ein Drittel des Federdrahtdurchmessers beträgt. Der nach Herstellung der Federwicklung gefertigte Federkörper kann insbesondere in einem dem Materialabtrag nachfolgenden Bearbeitungsschritt einer Gefügebehandlung, insbesondere einem Härteprozess unterzogen werden.
Die eingangs angegebene Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
Die Schleifbearbeitung der erfindungsgemäßen Schraubenfeder erfolgt vorzugsweise im Rahmen eines Centerless-Schleifverfahrens. Im Rahmen dieses Centerless-Schleifverfahrens kann der Federwicklung mit relativ geringer Formtoleranz eine zylindrische Mantelfläche verliehen werden. Es ist möglich, den Wicklungskörper elastisch zu weiten und in radial geweitetem Zustand zu überschleifen. Hierdurch wird es möglich, eine Schraubenfeder zu schaffen die gerade in geweitetem, typischerweise den Lastübertragungszustand darstellenden Zustand eine hierfür optimale, zylindrische Mantelfläche bildet. Diese Weitung kann durch Aufschub des Wicklungskörpers auf einen Kern erreicht werden dessen Durchmesser größer ist als der zu Bildung der Wicklung herangezogene Wickelkern. Die Weitung kann auch durch axiale Stauchung der Wicklung, oder durch Tordierung der Federendbereiche gegeneinander herbeigeführt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß gestalteten Schraubenfeder,
2 eine Axial-Schnittdarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder.
3 eine Skizze zur Erläuterung weiterer Merkmale der erfindungsgemäßen Schraubenfeder.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die in 1 dargestellte Schraubenfeder 1 ist durch Wickeln eines Drahtmaterials 2 zu einem zylindrischen Wicklungskörper gefertigt. Die Schraubenfeder 1 ist als schenkellose Schraubenfeder ausgeführt.
Das Drahtmaterial 2 ist im Rahmen eines, der Wicklungsbildung nachfolgenden Arbeitsschrittes überarbeitet, sodass das Drahtmaterial 2 in einer die Federmittelachse X der Wicklung enthaltenden Axialebene einen, eine Abflachung 3 aufweisenden Querschnitt bildet.
In 2 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Federwicklung weiter veranschaulicht. Die Überarbeitung des Drahtmaterials wird vorzugsweise derart abgewickelt, dass als radiale Restdicke noch wenigstens 2/3 des ursprünglichen Federdrahtdurchmessers verbleiben.
Wie aus 3 ersichtlich ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Überarbeitung durch Materialabtrag, insbesondere durch Abschleifen des Außenbereichs der Federwicklung bewerkstelligt. Die Abtragtiefe beträgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel 20% des ursprünglichen Federdrahtdurchmessers D. Die Abflachung 3 des Querschnitts des Federdrahts 2 verleiht der Schraubenfeder eine relativ tragfähige, weitgehend zylindrische Außenfläche.
Bei der hier gezeigten Gestaltung wird bereits bei geringem Materialabtrag erreicht, dass die Breite b der Abflachung 3 größer ist als die Weite k des nicht-tragenden Spaltbereiches der Wicklung.
Es ist möglich, im Rahmen eines, der abtragenden Überarbeitung des Drahtmaterials vorangehenden Arbeitsschrittes den Querschnitt des Drahtmaterials durch anderweitige Maßnahmen zu verändern. Insbesondere ist es möglich, eine erste Abflachung und Umformung des Drahtquerschnitts durch eine Walzbehandlung vorzunehmen.
Erfindungsgemäß wird eine schenkellose Schraubenfeder aus einem Runddraht gefertigt. Der so gefertigte Wicklungskörper wird vorzugsweise im Centerless-Schleifverfahren überschliffen so dass dieser in dem nach außen weisenden Bereich des Drahtes eine vorzugsweise wenige Millimeter breite, zylindrische Außenfläche als Funktionsfläche erhält. Die hierdurch geschaffene Außenfläche dient der Schaffung einer Anlagefläche, über welche in radialer Richtung nach außen wirkende Kräfte übertragen werden können.
Es ist auch möglich, das Drahtmaterial so zu bearbeiten, dass die Abflachung nach innen weist und damit im Innenbereich der Schraubenfeder eine zylindrische Anlagefläche geschaffen wird. Die Änderung des Durchmessers der Schraubenfeder kann entweder durch Torsion derselben oder auch durch axiale Stauchung derselben erreicht werden. Die Überschliffene Funktionsfläche fungiert als Reib-, Kupplungs- oder als Druckkraftübertragungsfläche.
Die erfindungsgemäße Feder kann insbesondere bei Freiläufen, Decouplern, Kupplungen, mechanischen Riemenspannern, Bremsvorrichtungen, Getrieben und Sitzverstellern Anwendung finden.

Claims

Schraubenfeder mit einem durch Wickeln eines Drahtmateriales (2) gefertigten zylindrischen Wicklungskörpers, wobei das Drahtmaterial im Rahmen eines der Wicklungsbildung nachfolgenden Arbeitsschrittes überarbeitet ist, so dass das Drahtmaterial (2) in einer die Federmittelachse (X) enthaltenden Axialebene einen eine Abflachung (3) aufweisenden Querschnitt bildet.
Schraubenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überarbeitung durch Materialabtrag bewerkstelligt wird.
Schraubenfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwicklung im Außenbereich überschliffen ist.
Schraubenfeder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwicklung im Innenbereich überschliffen ist.
Schraubenfeder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragstiefe bis zu 1/3 des Federdrahtdurchmessers beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Schraubenfeder bei welchem ein Drahtmaterial zu einem zylindrischen Wicklungskörper gewickelt wird und das Drahtmaterial im Rahmen eines der Wicklungsbildung nachfolgenden Verfahrensschrittes derart überarbeitet wird, dass dieses einen eine Abflachung aufweisenden Querschnitt erhält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungskörper überschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbearbeitung als Centerless-Schleifverfahren abgewickelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Federwicklung eine zylindrische Mantelfläche verliehen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abwicklung der Schleifbearbeitung der Wicklungskörper im Rahmen seiner Eigenelastizität radial elastisch geweitet wird und in geweitetem Zustand überschliffen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungskörper im Rahmen eines der Schleifbearbeitung nachfolgenden Verfahrensschrittes einer Gefügebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügebehandlung einen Härtungsprozess und/oder eine Oberflächenverdichtung-, insbesondere eine Kugelstrahlbehandlung einschließt.