DE29622242U1 - Drahtfeder mit hohem Volumennutzwert - Google Patents
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Description
Datec Scherdel Datentechnik Nürnberg, den 27. März 1997
95604 Marktredwitz Reg.Nr. 30257
Drahtfeder mit hohem Volumennutzwert
Die Neuerung bezieht sich auf eine kaltgeformte Drahtfeder
aus einem Stahldraht mit mindestens 1 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent
Kohlenstoff, 1,0 bis 2,5 Gewichtsprozent Silizium, 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent Mangan , 0,5 bis 1.5
Gewichtsprozent Chrom sowie im übrigen ggfs. weiterer Anteile und schließlich Eisen und unvermeidliche Beimengungen
.
Ein Stahldraht der oben erwähnten Zusammensetzung ist
grundsätzlich bereits aus der DE-A 44 40 729 bekannt.
Bekannt sind auch kaltgeformte Schrauben- und Drehstabfedern
für ruhende und selten wechselnde Belastung aus gemäß DIN 17014 patentiert gezogenen Drähten, öl-schlußvergüteten
unlegierten sowie Si-Cr-legierten Drähten.
Für schwingend belastete Druckfedern werden auch Si-Cr-V
legierte Stähle verwendet.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drahtfeder zu schaffen, die zu einen hohen Volumennutzwert aufweist
.
Dies wird neuerungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen
.
Durch eine Kombination der verschiedenen Maßnahmen wie
Kaltverformung, Patentieren gemäß DIN 17014 und anschließende
erneute Kaltverformung ergibt sich ein optimales
Ausgangsgefüge für die sich anschließende martensitische
Vergütung .
Notwendig ist dabei, daß bei der letzten Kaltverformung
vor dem Vergüten eine Qerschnittsabnahme von mehr als 60
und bis zu 85 % erfolgt. Der so geschaffene Ausgangszustand führt zu einer nahezu vollständigen Martensitumwandlung
nach kurzen Austenitisierungszeiten und bewirkt
gleichzeitig ein extrem feinkörniges Vergütungsgefüge
mit hoher Duktilität. Es werden so eine Zugfestigkeit
von mehr als 2300 N/Quadratmillimeter und eine Brucheinschnürung von mehr als 40 % erreicht.
Ein nachfolgend eingeschaltetes Tiefkühlen des Drahtes führt zu einem weiteren Festigkeitsanstieg von mindestens
60 N/Quadratmillimeter.
Auch ein Spannungsarmglühen von aus einem Fertigdraht hergestellten Federn kann vorgesehen werden. Dies führt
zu einer Sekundärhartung mit einem Festigkeitsanstieg
von ebenfalls mindestens 60 N/Quadratmillimeter.
Solche Federn weisen eine Erhöhung des Volumennutzwertes von etwa 50 % auf. Die Masseneinsparung beträgt bis zu
45 % gegenüber bisher bekannten Federn.
Bei der Herstellung der Federn ist insbesondere auch darauf
zu achten, daß die Federinnenseiten bei Schraubenfedern frei von Zugeigenspannngen sind. Bei Drehstab federn
ist ganz allgemein für die Freiheit von Zugeigenspannungen zu sorgen.
Von Vorteil sind das Aufbringen von Setzeigenspannungen in einer Größe von mehr als 400 N/Quadratmillimeter und
eine Oberflächenverfestigung durch Kugelstrahlen
Die Vorteilhaftigkeit des neuerungsgemäßen Verfahrens
wird nachfolgend anhand zweier Vergleichsbeispiele dargelegt
werden :
Beispiel 1 (Druckfeder):
Für eine Federkraft von Fl = 1300 N, Federkraft F2 = 1800 N, einen Arbeitshub sh = 72 mm und einen Innendurchmesser
von 22,5 mm ist eine Schraubendruck feder zu entwickeln.
Bei herkömmlichen Federn aus öl-schluß-vergütetem Si-Cr-Federstahldraht
mit einer Zugfestigkeit von mindestens
1830 N/Quadratmillimeter benötigt man zur Lösung der
Aufgabe eine Druckfeder mit einem Drahtdurchmesser von 5 mm, einer Gesamtwindungszahl von 45 und einer Vorspannlänge
von 332 mm. Das zum Einbau benötigte Federvolumen beträgt damit 275,3 Kubikzentimeter und die Einsatzmasse
dieser Feder 599,4 g.
Bei einer neuerungsgemäßen Feder kommt man mit einem Drahtdurchmesser von 4,5 mm, 32 Gesamtwiindungen und
einer Vorspannlänge von 220 mm aus. Das benötigte Einbauvolumen beträgt 171,4 Kubikzentimeter und die
Einsatzmasse 339 g.
Der Vergleich ergibt, daß sich der Volumennutzwert als
Verhältnis von Federarbeit zu Einbauvolumen auf 160 % verbessert und die benötigte Einsatzmasse auf 56,5 % verringert
haben .
Beispiel 2 (Zugfeder):
Für die gegebenen Bedingung einer Federkraft Fl = 550 N, bei Ll = 353 mm und F2 = 950 N bei L2 = 437 mm ist eine
Zugfeder mit geringstem Außendurchmesser zu entwerfen.
Unter Verwendung von marktüblichem öl-schluß-vergütetem
Si-Cr-Federstahldraht mit einer Zugfestigkeit vn 1860 N/
Quadratmillimeter kann die Aufgabe durch eine Zugfeder
mit einem Drahtdurchmesser von d = 4,2 mm, einem Außendurchmesser
von De = 28,5 mm und einer Gesamtwindungszahl von nt = 45 gelöst werden. Die Einsatzmasse beträgt
dabei 396 g.
Bei einer neuerungsgemäßen Zugfeder kommt demgegenüber ein Draht mit d = 3,2 mm Durchmesser und einer Zugfestigkeit
von 2350 N/ Quadratmillimeter zum Einsatz. Der Federdurchmesser beträgt dabei De = 21 mm, die Windungszahl
nt = 39 und die Einsatzmasse = 152 g.
Der Volumennutzwert der neuerungssgemaßen Lösung erhöht
sich somit gegenüber der marktüblichen Variante auf ca. 184 % während sich die benötigte Einsatzmasse auf 38 %
verringert.
Es ist ohne weiteres erkennbar, daß sich mit dem neuerungsgemäßen Verfahren ganz erhebliche Vorteile gegenüber
den bisher üblichen Lösungen ergeben.
Claims (9)
1. Kaltgeformte Drahtfeder aus einem Stahldraht mit
mindestens 1 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung
von
0,5 bis 0,9 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 1,0 bis 2,5 Gewichtsprozent Silizium,
0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Chrom
sowie im übrigen mit ggfs. Anteilen weiterer Elemente und schließlich Eisen und unvermeidlichen Beimengungen,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich um
a. einen gezogenen, gemäß DIN 17014 patentierten und um 60 bis 85 % umgeformten Stahldraht handelt,
b. der martensitisch vergütet ist und eine Zugfestigkeit
von mehr als 2300 N/Quadratmillimeter sowie eine eine Brucheinschnürung von mehr als 40 % aufweist,
c. zur gewünschten Feder kaltverformt,
d. sekundär gehärtet sowie
e. bei 200 bis 400 Grad Celsius spannungsarmgeglüht ist.
2. Drahtfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erhöhung ihrer Dauerhaltbarkeit kugelgestrahlt
ist.
3. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zugeigenspannungen an der Federinnenseite weniger als 100 N/Quadratmillimeter betragen.
4. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Setzeigenspannungen durch plastische Vorverformung mehr als 400 N/ Quadratmillimeter betragen
.
5. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, als sie aus in einer Zwischenphase tiefgekühltem
Federdraht hergestellt ist.
6. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie spannungsarmgeglüht ist.
7. Drahtdeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie sekundär gehärtet ist.
8. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federdraht 0.05 bis 0,3 Gewichtsprozent
Vanadium-Anteil aufweist.
9. Drahtfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federdraht Vanadium, Niob und/-
oder Tantal von insgesamt 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent au fweist.
Vt/sh-14
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