AT502511B1 - Drehschwingungsdämpfer sowie schraubendruckfeder für einen drehschwingungsdämpfer - Google Patents

Description

2 AT 502 511 B1

Die Erfindung betrifft Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von zumindest einem Energiespeicher verdrehbaren Bauelementen, welche Beaufschlagungsbereiche zur Komprimierung des Energiespeichers besitzen. Weiterhin betrifft die Erfindung besondere Ausgestaltungen von Schraubendruckfedern für die Verwendung in Verbindung mit 5 Drehschwingungsdämpfern.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Drehschwingungsdämpfer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die ein großes Dämpfungspotential und eine hohe Lebensdauer aufweisen. Weiterhin lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Schraubendruckfe-io dern zu schaffen mit einem besonders hohen Beanspruchungspotential bei gleichzeitigem hohem Arbeitsvermögen bzw. großer Energiespeicherkapazität. Insbesondere sollen die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern bei Anwendungen ersetzbar sein, bei denen die Fe-derwindungen auf Block beansprucht werden und dabei zumindest zeitweise einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Weiterhin sollen die erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer 15 sowie die Schraubendruckfedern in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß eine als -Energiespeicher dienende Schraubendruckfeder zwischen ihren beiden Endwindungen wenigstens 20 zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist, nämlich einem ersten, größeren Außendurchmesser und einem zweiten, kleineren Außendurchmesser, wobei diese Windungsarten - in Längsrichtung der Feder betrachtet - sowohl nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeordnet sind als auch derart gewickelt sind, daß die Feder diametral gegenüberliegende Windungsbereiche aufweist, die sich bezogen auf die Längsrichtung der 25 Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet auf einer Seite zumindest annähernd auf gleicher Höhe befinden, wohingegen die diametral gegenüberliegenden Windungsbereiche der beiden Windungsarten zumindest annähernd um ihren Außendurchmesserunterschied versetzt sind. Der Versatz kann dabei derart vorgesehen werden, daß während der Komprimierung der Feder auf Block vor Erreichen der Blocklänge sich die Windungen mit kleinerem und größerem 30 Außendurchmesser kontaktieren und gegeneinander durch die gezielte, relative Anordnung der beiden Windungsarten gleitend verschoben werden, wodurch eine zusätzliche Hysterese und somit Energievernichtung erfolgt.

Vorteilhaft kann es sein, wenn sich die beiden Außendurchmesser voneinander höchstens um 35 die auf die Längsachse der Feder bezogene radiale Erstreckung des Federdrahtes unterscheiden. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch sinnvoll sein, wenn dieser Durchmes-serunterschied größer ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die zwei Arten von Windungen zumindest annähernd zentrisch zur Federmittelachse angeordnet sind, wobei die Außendurchmesser dabei derart aufeinander abgestimmt sein können, daß vor dem Erreichen der Block-40 länge der Feder die beiden Windungsarten sich kontaktieren und wie bereits weiter oben beschrieben bei Fortsetzung der Komprimierung der Feder eine Reibung bzw. eine Reibungshysterese erzeugen. Bei einer derartigen Ausgestaltung einer Schraubendruckfeder können gegebenenfalls dann lediglich die Windungen mit größerem Außendurchmesser die Blocklänge der Schraubendruckfeder bestimmen. Die Windungen mit kleinerem Außendurchmesser sind 45 dann zwischen den radial inneren Bereichen zweier Windungen mit größerem Außendurchmesser eingespannt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Schraubendruckfeder wird weiterhin eine Veränderung der Federsteifigkeit während der Komprimierung ermöglicht. Diese Veränderung kann unter anderem dadurch erzielt werden, daß während des Abgleitens der beiden Windungsarten zumindest eine dieser Windungsarten im Durchmesser elastisch verso formt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Windungsarten derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Windungen mit größerem Durchmesser zumindest stellenweise aufgeweitet werden, wohingegen die Windungen mit kleinerem Durchmesser zumindest stellenweise in Richtung der Federlängsachse gedrängt werden. Als Federlängsachse wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Längsachse betrachtet, welche durch den Mittelpunkt der Win-55 düngen mit größerem Außendurchmesser sich erstreckt. Bei Schraubendruckfedern, bei denen 3 AT 502 511 B1 beide Windungsarten zueinander versetzt sind, ist die durch den theoretischen Mittelpunkt der Windungen mit kleinerem Durchmesser verlaufende Achse gegenüber der durch den theoretische Mittelpunkt der Windungen mit größerem Durchmesser verlaufenden Achse entsprechend versetzt. 5

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindungen kann als Energiespeicher in besonders vorteilhafter Weise eine auf Block beanspruchbare Schraubendruckfeder Verwendung finden, welche zwischen ihren beiden Endwindungen eine Mehrzahl von Windungen mit unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei die größte Windungssteigung am weitesten von den io Endwindungen entfernt ist. Es sollen also gemäß der Erfindung zwischen den Endbereichen einer Schraubendruckfeder wenigstens drei, vorzugsweise mehr sich unterscheidende Windungssteigungen vorhanden sein. Derartige Federn sind vorzugsweise aus Stahlfederdraht hergestellt, der in einem sogenannten Warmbiegeverfahren gewickelt werden kann. Das Wickeln kann jedoch auch im kalten Zustand des Stahlfederdrahtes bzw. bei Umgebungstempera-15 tur erfolgen.

Die erfindungsgemäßen Schraubenfedern können in besonders vorteilhafter Weise zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen vorgesehen werden, deren Drehbewegung durch Anschlag der Federwindungen, also durch auf Block gehen der Federn «begrenzt wird. In 20 besonders vorteilhafter Weise können die erfindungsgemäßen Schraubenfedem im Drehschwingungsdämpfer eines Zweimassenschwungrades oder einer Kupplungsscheibe oder im Dämpfer einer Wandlerüberbrückungskupplung eingebaut werden.

Zweimassenschwungräder sind beispielsweise durch die DE-OS 41 17 584 und 37 21 712 25 bekannt geworden. Wandlerdämpfer sind beispielsweise durch die DE-OS 42 13 341 bekannt geworden. Auch können die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern bei Fb'emendämpfem Verwendung finden, wie sie beispielsweise durch die DE-OS 42 25 304 oder 42-25 314 bekannt geworden sind. 30 Die Drehschwingungsdämpfer, in denen die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern eingesetzt werden, sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß diese jeweils in einer «egmentförmi-gen bzw. ringförmigen Aufnahme enthalten sind, welche von den Bauteilen eines der relativ zueinander verdrehbaren Dämpferelemente gebildet sind, wobei die jeweilige Aufnahme derart ausgebildet ist, daß die entsprechende Schraubendruckfeder sowohl in radialer als auch in 35 axialer Richtung darin geführt ist, und zwar derart, daß sich die Feder zumindest bei rotierendem Drehschwingungsdämpfer unter Fliehkrafteinwirkung an einer diese radial außen übergreifende Abstützfläche abstützt. Diese Abstützfläche erstreckt sich dabei in vorteilhafter Weise über praktisch die gesamte Länge eine Schraubendruckfeder. In vorteilhafter Weise stützt sich die Schraubendruckfeder unmittelbar über ihre Windungen an der-entsprechenden Abstützflä-40 che ab. Durch die radiale Abstützung der Schraubendruckfedern durch eine Fläche kann eine drehzahl- bzw. fliehkraftabhängige Reibungsdämpfung erzeugt werden. Diese Reibungsdämpfung kann unmittelbar durch die entlang der entsprechenden Abstützfläche gleitenden Feder-windungen erzeugt werden. 45 Die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Schraubendruckfedern kann insbesondere bei Federn Anwendung finden, bei denen die Länge ein vielfaches des mittleren Windungsdurchmessers aufweist. Dieses Verhältnis kann in der Größenordung zwischen 2,5 und 30 liegen, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 5 und 18. so Bei Schraubendruckfedern, die zwischen ihren Endwindungen eine Mehrzahl von Windungen mit unterschiedlicher Steigung aufweisen, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn diese Federn derart ausgestaltet sind, daß diese ausgehend von den Endwindungen jeweils einen Federbereich besitzen, dessen Windungen mit zunehmendem Abstand von der entsprechenden Endwindung eine größer werdende Steigung aufweisen. Besonders zweckmäßig kann es dabei 55 für manche Anwendungsfälle sein, wenn die Feder in ihrem mittleren Bereich die größte 4 AT 502 511 B1

Windungssteigung besitzt und in Richtung zu den Endwindungen hin die Steigung der Windungen zumindest über einen Teilbereich der bis zur entsprechenden Endwindung vorhandenen Federlänge abnimmt. 5 Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die zwischen den Federendwindungen vorhandenen Windungen mit unterschiedlicher Windungssteigung derart ausgelegt sind, daß zumindest bei auf Block beanspruchter Feder die in den Windungen mit größerer Steigung vorhandenen Torsionsspannungen größer sind als die Torsionsspannungen in den Windungen mit kleinerer Steigung. Es kann also die Materialbeanspruchung in den Federwindungen mit zunehmender io Windungssteigung größer werden. Diese Materialbeanspruchung kann zusätzlich durch entsprechende Bemessung des mittleren Durchmessers bzw. des Außendurchmessers der Windungen beeinflußt werden. Es können also hierfür zwei Parameter herangezogen werden, einerseits die Windungssteigung und andererseits der Windungsdurchmesser. 15 In vorteilhafter Weise können die erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern im entspannten Zustand eine vorgekrümmte Form besitzen. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere bei langen Federn vorteilhaft, da dadurch deren Montage, also das Einlegen der Federn in die entsprechenden Aufnahmen erleichtert wird. so Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Schraubendruckfeder innerhalb einer anderen Schraubendruckfeder aufgenommen ist, oder aber eine andere Schraubendruckfeder umgibt. Durch eine derartige Anordnung wird ein Energiespeicher gebildet, der durch zwei axial ineinander geschachtelte Schraubendruckfedem gebildet ist. Bei einem derartigen Energiespeicher ist zweckmäßigerweise wenigstens eine der 2s Schraubendruckfedern mit Windungen unterschiedlichen Außendurchmessers und/oder mit Windungen unterschiedlicher Steigung versehen.

Weiterhin können Schraubenfedern vorteilhaft sein, die - beginnend und endend mit einer Windung großen Durchmessers - abwechselnd große und kleine Windungsdurchmesser aufweisen, 30 wobei die Mittelpunktsachse der Windungen mit großem und kleinem Durchmesser nicht dieselbe ist - also eine konzentrische Anordnung von Windungen entlang ihrer axialen Ausdehnung - sondern daß die Mittelpunktsachsen der Windungen mit kleinem und großem Durchmesser radial gegeneinander verlagert sind, so daß an einer Seite des Windungsumfangs die Windungen kleinen Durchmessers in die Innenumfänge der Windungen großen Durchmessers 35 axial zumindest teilweise einfügbar sind und an der anderen Seite auf gleicher radialer Höhe angeordnet sein können. Vorteilhaft kann dabei die Anordnung der Windungsumfänge mit den einfügbaren Windungen kleinen Durchmessers in Richtung des Außenumfangs einer Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtung sein, so daß der radial außen größere Kompressionsweg der Federn ausgeglichen und die Federkapazität optimiert werden kann, wobei die Federn in 40 den entsprechenden Aufnahmen so eingehängt sein können, daß eine Verdrehung ausgeschlossen ist. Derartige Federn können vorteilhafterweise in vielen anderen Anwendungen ebenfalls angewendet werden, beispielsweise in Ausrückvorrichtungen als Übertotpunktfedem, Kompensationsfedern und/oder Rückholfedern und dergleichen. 45 Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Es zeigen: 50 55

Figur 1 Figur 2 Figuren 3 und 4 Figur 5 Figur 6 Figur 7 einen Schnitt durch eine Dämpfungseinrichtung, einen teilweise dargestellten Schnitt gemäß der Linie ll/ll der Figur 1, eine erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeit eines Energiespeichers zur Verwendung bei einer Einrichtung gemäß den Figuren 1 und 2, ein Kraft-Weg- Diagramm einer erfindungsgemäßen Feder, eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Energiespeichers, eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Energiespeichers in einem 5 AT 502 511 B1 T orsionsschwingungsdämpfer.

Der in den Figuren 1 und 2 teilweise dargestellte Drehschwingungsdämpfer bildet ein geteiltes Schwungrad 1, das eine an einer nicht gezeigten Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine be-5 festigbare erste oder Primärschwungmasse 2 sowie eine zweite oder Sekundärschwungmasse 3 aufweist. Auf der zweiten Schwungmasse 3 ist eine Reibungskupplung unter Zwischenlegung einer Kupplungsscheibe befestigbar, über die eine ebenfalls nicht dargestellte Eingangswelle eines Getriebes zu- und abkuppelbar ist. Die Schwungmassen 2 und 3 sind über eine Lagerung 4 zueinander verdrehbar gelagert, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel radial außer-io halb von Bohrungen 5 zur Durchführung von Befestigungsschrauben für die Montage der ersten

Schwungmasse 2 an der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Zwischen den beiden Schwungmassen 2 und 3 ist eine Dämpfungseinrichtung 6 wirksam, die Energiespeicher 7 umfaßt, von denen zumindest einer durch Schraubendruckfedern 8, 9 gebildet ist. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, ist die Schraubendruckfeder 9 vollständig in dem durch die 15 Windungen 8a der Feder 8 gebildeten Raum aufgenommen oder mit anderen Worten die beiden Schraubenfedern 8 und 9 sind über ihre Längserstreckung betrachtet ineinander geschachtelt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die in ümfangsrichtung betrachtete winkelmäßige Erstreckung bzw. Länge 11 des in der Schraubenfeder 8 aufgenommenen Abschnittes 10 der Schraubenfeder 9 geringer als die Erstreckung 12 der äußeren Schraubenfeder 8. 20 Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn die Feder 9 um einen Betrag gegenüber der äußeren Feder 8 kürzer ist, der in der-Größenordnung zwischen 30 und 90 Winkelgrad, vorzugsweise im Bereich von 45 bis 70 Winkelgrad liegt. Die Differenzlänge bzw. der Differenzwinkel kann jedoch auch größer oder kleiner sein. 25 Die beiden Schwungmassen 2 und 3 besitzen Beaufschlagungsbereiche 14, 15 bzw. 16 für die Energiespeicher 7. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Beaufschlagungsbereiche 14, 15 durch in die die erste Schwungmasse 2 bildenden Blechteile 17, 18 eingebrachte Anprägungen gebildet. Die axial zwischen den Beaufschlagungsbereichen 14, 15 vorgesehenen Beaufschlagungsbereiche 16 sind durch zumindest ein mit der Sekundärschwungmasse 3, 30 beispielsweise über Niete 19, verbundenes flanschartiges Beaufschlagungsbauteil 20 gebildet. Dieses Bauteil 20 dient als Drehmomentübertragungselement zwischen den Energiespeichem 7 und der Schwungmasse 3. Die Beaufschlagungsbereiche 16 sind durch am Außenumfang des flanschartigen Beaufschlagungsmittels 20 vorgesehene radiale Arme bzw. Ausleger 16 gebildet. Das durch Kaltumformung von Blechmaterial hergestellte Bauteil 17 dient zur Befesti-35 gung der ersten Schwungmasse 2 bzw. des gesamten geteilten Schwungrades 1 an der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine. Radial außen ist das Bauteil 17 mit dem ebenfalls aus Blech hergestellten Bauteil 18 verbunden. Die beiden Bauteile 17 und 18 bilden einen ringförmigen Raum 21, der einen torusartigen Bereich 22 aufweist. Der ringförmige Raum 21 <bzw. der torusartige Bereich 22 kann zumindest teilweise mit einem viskosen Medium, wie -beispielswei-40 se Fett, gefüllt sein. In Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Anformungen bzw. den Beaufschlagungsbereichen 14, 15 bilden die Bauteile 17, 18 Ausbuchtungen 23,24, die den torusartigen Bereich 22 begrenzen und die Energiespeicher 7 aufnehmen, sowie sowohl in radialer als auch in axialer Richtung führen. Zumindest bei rotierender Einrichtung 1 stützen sich zumindest die Windungen der Federn 8 an den den torusartigen Bereich 22 radial außen begrenzen-45 den Bereichen des Bauteiles 17 und/oder 18 ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein durch wenigstens eine gehärtete Blechzwischenlage bzw. Blecheinlage gebildeter Verschleißschutz 25 vorgesehen, an dem sich zumindest die Federn 8 radial abstützen. Der Verschleißschutz 25 erstreckt sich in Umfangsrichtung in vorteilhafter Weise zumindest über die gesamte Länge bzw. Winkelerstreckung der entspannten Energiespeicher 7. Infolge der flieh-50 kraftmäßigen Abstützung der Windungen zumindest der Federn 8 wird zwischen diesen Windungen und den mit diesen in Reibeingriff stehenden Bauteilen eine drehzahlabhängige Reibungsdämpfung bei einer Längenänderung bzw. Kompression der Energiespeicher 7 bzw. der Schraubenfedern 8 erzeugt. 55 Radial innen trägt das sich radialerstreckende Bauteil 17ein Zwischenteil bzw. eine Nabe26, 6 AT 502 511 B1 das bzw. die den inneren Lagerring des Kugellagers 4 aufnimmt bzw. trägt. Der äußere Lagerring des Kugellagers 4 trägt die Schwungmasse 3.

Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die 5 Beaufschlagungsbereiche 16 winkelmäßig kleiner ausgebildet als die die Energiespeicher 7 in Umfangsrichtung positionierenden Beaufschlagungsbereiche 14,15, so daß ausgehend von der in Figur 2 dargestellten theoretischen Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung eine geringe Verdrehung in beide Drehrichtungen der Schwungmassen 2 und 3 zueinander ohne Federwirkung möglich ist. io

Bei der Dämpfungseinrichtung 1 können für bestimmte Einsatzfälle die Innenfedern 9 auch entfallen, so daß dann als Energiespeicher nur die Schraubenfedern 8 zwischen Ein- und Ausgangsteil der Dämpfungseinrichtung verbleiben. 15 Die in Figur 3 dargestellte Schraubenfeder 108 zur Verwendung in einem Torsionsschwingungsdämpfer, zum Beispiel gemäß den Figuren 1 und 2, besitzt eine Vielzahl von Windungen 127, die sich zwischen den beiden Endwindungen 128, 129 entlang der Federachse 130 bzw. über die Länge der Feder erstrecken. Die Windungen 127 umfassen zwei Windungsarten 130, 131, von denen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jede sich von ihrer vorhergehenden 20 und ihrer nachfolgenden durch einen unterschiedlichen Außendurchmesser unterscheidet. Die Windungen 130, 131 sind also in einer 1-1-Periode hintereinander angeordnet, wobei die Windungen 130 einen größeren Außendurchmesser 132 und die Windungen 131 einen kleineren Außendurchmesser 133 aufweisen. Die Endwindungen 128, 129 besitzen vorzugsweise ebenfalls den größeren Außendurchmesser 132. 25 Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn anschließend an die Endwindungen 128, 129 mehrere Windungen 130 mit dem größeren Außendurchmesser 132 vorhanden sind, z. B. zwei, drei oder je nach der gewünschten Federcharakteristik bzw. dem vorgesehenen Einsatz auch mehr solche Windungen 130. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 30 besitzen die Windungen 130, 131 über die Länge der Feder 108 betrachtet zumindest annähernd die gleiche Windungssteigung, sowie bezogen auf die Längsachse 130 der Schraubenfeder 108 zumindest annähernd den gleichen Neigungswinkel 134. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Windungen 130, 131 eine unterschiedliche Windungssteigung bzw. einen unterschiedlichen Winkel 134 aufweisen. Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die Windungen 35 130 mit größerem Durchmesser 132 eine etwas größere Windungssteigung bzw. Winkel 134 besitzen als die Windungen 131 mit kleinerem Außendurchmesser 133,-da dadurch die in diesen Windungen auftretenden zulässigen Maximalspannungen aneinander angeglichen bzw. optimiert werden können. 40 Obwohl bei der in Figur 3 dargestellten Schraubenfeder 108 die Windungen 130, 131 sich über die gesamte Länge periodisch aufeinanderfolgend erstrecken, kann es für manche Anwendungsfälle zweckmäßig sein, wenn eine derartige Anordnung der Windungen 130, 131 lediglich über einen Teilbereich der Gesamterstreckung einer Feder 108 vorhanden ist. So können sich beispielsweise verschiedene Windungen 130, 131 lediglich über zumindest einen Endbereich 45 135,136 einer Feder 108 erstrecken, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn derartige Windungen 130, 131 sich über beide Endbereiche 135, 136 erstrecken. Diese Endbereiche 135, 136 können dabei die gleiche Länge bzw. gleiche winkelmäßige Erstreckung aufweisen, oder aber auch unterschiedlich dimensioniert sein. Für manche Anwendungsfälle kann es auch zweckmäßig sein, wenn derartige Windungen 130, 131 in einem Zwischenbereich bzw. in einem mittleren so Bereich 137 vorgesehen werden.

Die vorerwähnten Federbereiche 135 und/oder 136 und/oder 137 können unter Berücksichtigung des gewünschten Effektes und des Einsatzfalles beliebig dimensioniert werden. 55 Weiterhin können die Windungen 130, 131 in einer anderen als die in'Figur 3 dargestellten 7 AT 502 511 B1

Reihenfolge bzw. Periode angeordnet werden. So können beispielsweise auf zwei Windungen 130 mit großem Durchmesser 132 eine Windung 131 mit kleinem Durchmesser 133 folgen, was auch bedeutet, daß auf eine Windung 131 zwei Windungen 130 folgen. 5 Dadurch ergäbe sich eine 2-1- bzw. 1-2-Periode. Es kann jedoch eine beliebige X-Y-Periode gewählt werden. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn eine Windung 131 mit kleinerem Außendurchmesser 133 stets zwischen zwei Windungen 130 mit größerem Außendurchmesser 132 zu liegen kommt. Letzteres ist jedoch nicht immer unbedingt erforderlich. io Obwohl die in Zusammenhang mit der Feder 108 gemäß Figur 3 beschriebenen Merkmale auch in vorteilhafter Weise bei Federn mit einer zumindest annähernd geraden Längsachse 130 Verwendung finden können, sind diese Merkmale insbesondere bei Federn mit einem gekrümmtem Verlauf bereits im entspannten Zustand (wie in Figur 3 dargestellt) besonders vorteilhaft. 15

Aufgrund der gekrümmten Form besitzen die Windungen 130, 131 der Feder 108 radial innen einen kleineren Abstand 138 als der radial außen vorhandene Abstand 139.

Die Windungen 130, 131 sind bezogen auf die theoretische Mittel- bzw. Längsachse 130 der 20 Schraubenfeder 108 derart gewickelt, daß sie radial zueinander versetzt sind, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um die Differenz der beiden Durchmesser 132, 133. Der Versatz der Windungen 131 gegenüber den Windungen 130 ist bei der'Federausführungsform gemäß Figur 3 derart vorgenommen, daß bezogen auf den Krümmungsmittelpunkt 140 die radial äußeren Windungsabschnitte 130a, 131a dieser Windungen sich zumindest auf gleicher 25 Höhe befinden bzw. im gleichen radialen Abstand vom Krümmungsmittelpunkt 140. Dies bedeutet also, daß die Windungen 131 um den vollen Differenzbetrag zwischen den beiden Durchmessern 132, 133 gegenüber den Windungen 130 radial versetzt sind. Es sind also die theoretischen Mittelpunkte der ringartigen Windungen 130 und der ringartigen Windungen 131 ebenfalls um diesen Differenzbetrag zwischen den Durchmessern 132, 133 versetzt. Dies be-30 deutet ebenfalls, daß die durch die Windungen 131 verlaufende theoretische Längsachse gegenüber der durch die Windungen 130 verlaufenden theoretischen Längsachse entsprechend versetzt ist. Aufgrund dieser Tatsache sind die radial inneren Windungsabschnitte 130b, 131b ebenfalls um die Differenz der Windungsdurchmesser 132, 133 zueinander versetzt. Obwohl die beschriebene Ausgestaltung, bei der die Windungen 130,131 zumindest annähernd um den 35 gesamten Unterschied zwischen deren Außendurchmesser 132, 133 versetzt sind, für die weitaus meisten Anwendungsfälle (insbesondere bei Einsatz von vorgekrümmten 'Federn 108) besonders vorteilhaft ist, kann der Versatz zwischen den Windungen 130, 131 auch kleiner ausgebildet werden bzw. die fiktiven Mittelpunkte der ringartigen Windungen 130,.131 können bezogen auf die Länge der Feder 108 auch auf gleicher Höhe sich befinden. Das bedeutet also, 40 daß sie dann konzentrisch um eine gemeinsame Längsachse 130 angeordnet sind, wobei dieser Zustand aufgrund der vorhandenen Herstellungstoleranzen nur idealisiert bzw. tendenziell vorhanden sein kann.

Zweckmäßig ist es, wenn der Unterschied zwischen den Windungsdurchmessern 132, 133 45 höchstens der radialen Erstreckung 141 des die Windungen 130, 131 bildenden Federdrahtes, vorzugsweise aus Stahl, entspricht. Bei Draht mit rundem Querschnitt entspricht dies dem Drahtdurchmesser. In vorteilhafter Weise kann der Unterschied zwischen den Durchmessern 132, 133 in der Größenordnung von 3 bis 15% vorzugsweise in der Größenordnung von 4 bis 6% des größeren Durchmessers 132 betragen. 50

Eine gemäß der Erfindung ausgestaltete insbesondere vorgekrümmte Feder 108 ermöglicht es, die Überlastmomente (Impact-Momente), welche im Antriebsstrang eines eine Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges auftreten, auf ein akzeptables Maß zu reduzieren bzw. zu dämpfen. Dies wird durch eine gezielte Erzeugung von Reibung zwischen den Windungen 130, 55 131 bzw. durch eine kontrollierte Deformation zwischen diesen Windungen 130, 131 gewähr- 8 AT 502 511 B1 leistet, das in Verbindung mit Figur 4 und 5 noch näher beschrieben wird.

In Figur 4 sind die radial inneren Abschnitte 130b, 131b von Windungen 130, 131 dargestellt, und zwar sind diese Windungsbereiche einmal voll ausgezeichnet dargestellt und einmal sche-5 matisch mittels strichlierter Linien.

Die voll ausgezogene Position der Windungsabschnitte 130a, 131a entspricht dem Kompressionszustand der Feder 108, bei dem die Windungen 130,131 anfangen sich zu berühren. Dieser Zustand entspricht dem in Figur 5 dargestellten Kompressionsweg 142 der Feder 108 bzw. io einer entsprechenden winkelmäßigen Verdrehung zwischen den beiden Elementen 2, 3 gemäß Figur 1. In diesem Zustand berühren sich die Windungen 130, 131 zwar radial innen, zwischen den Windungen ist jedoch radial nach außen hin ein keilartiger Spalt vorhanden. Das bedeutet also, daß die in Figur 3 dargestellten äußeren Windungsabschnitte 130a, 131a sich nicht berühren. 15

Bei Überschreitung des Verdrehwinkels bzw. Kompressionsweges 142 können nun die Windungen 130, 131 gezielt in radialer Richtung relativ zueinander verschoben bzw. verformt werden und zwar derart, daß sich die Windungen mit großem Durchmesser 132 tendenzmäßig nach innen, also in Richtung des Krümmungsmittelpunktes 140 bewegen, und sich die Windun-20 gen mit kleinerem Durchmesser 133 tendenzmäßig radial nach außen, also vom Krümmungsmittelpunkt 140 wegbewegen. Diese Verschiebung zwischen den Windungen 130, 131 ist in Figur 4 durch die strichlierte Darstellung dieser Windungen dargestellt. Aus Figur 4 ist entnehmbar, daß aufgrund dieser Verschiebung der Windungen 130,131 sich die Drahtmittelpunkte der Windungsbereiche 130b um einen Betrag 143 radial nach innen bewegen, wohingegen 25 die Drahtmittelpunkte der Windungsbereiche 131b sich um einen Betrag 144 tendenzmäßig radial nach außen bewegen, so daß sich eine Gesamtverschiebung entsprechend der Summe der Abstände 143, 144 zwischen den Windungen 130, 131 bzw. den Windungsabschnitten 130b, 131b ergibt. 30 Aus Figur 4 ist weiterhin entnehmbar, daß sich die beidseits einer Windung 131 vorhandenen Windungen 130 bezogen auf diese Windung 131, jeweils um einen Betrag 145 aufeinanderzubewegen. Die durch das Abgleiten der Windungen 130, 131 ermöglichte zusätzliche Kompression der Feder 108 bzw. Relativverdrehung zwischen den beiden Elementen 2 und 3, ist in Figur 5 durch die Strecke bzw. den Verdrehwinkel 146 repräsentiert. Nach Durchlaufen 35 des Winkels 146 ist zwischen den einzelnen Windungen 130, 131 eine Abstützung vorhanden, die eine weitere Kompression der Feder 108 verhindert.

Durch das gezielte Abgleiten der Windungen 130,131 wird also über den Verformungsweg 146 der Feder 108 eine Reibung 147 bzw. Reibungshysterese erzeugt. Diese zusätzliche Reibung 40 147 kann durch entsprechende Auswahl der Windungssteigungen und des Unterschiedes zwischen den Drahtdurchmessern 132, 133 entsprechend dimensioniert werden.

Wie aus Figur 5 weiterhin zu entnehmen ist, entsteht im Bereich 146, innerhalb dessen die Windungen 130, 131 radial gegeneinander verschoben werden, auch eine höhere Federrate 45 gemäß der Linie 148, die auf die zusätzliche Verformung der Windungen 130,131 zurückzuführen ist.

Wie aus der Fläche, welche zwischen der strichlierten Linie 149 und der darunter verlaufenden strichpunktierten Linie 150 zu entnehmen ist, tritt auch bei den bisher verwendeten Schrauben-50 federn mit gleichem Außendurchmesser für alle Windungen bei auf Blockbeanspruchung einer solchen Schraubenfeder ebenfalls eine gewisse Erhöhung der Federrate sowie eine gewisse Hysteresewirkung aufgrund von Verschiebungen zwischen den einzelnen Windungen auf, jedoch sind diese Effekte wesentlich kleiner als bei einer gemäß der Erfindung ausgestarteten Schraubenfeder, welche eine Verbesserung gemäß der schraffierten Fläche 147 bringt. 55 9 AT 502 511 B1

Eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Schraubenfeder 108 gewährleistet also über einen verhältnismäßig großen Verdrehwinkel 146 eine starke Zunahme der Federsteifigkeit in Verbindung mit einer wesentlichen Zunahme der Reibungsdämpfung. Dadurch können große Energiemengen gespeichert und zum Teil durch Reibung vernichtet werden. Es können dadurch in 5 einfacher und kostengünstiger Weise Überbelastungen durch Abbau bzw. Vermeidung von Übermomenten vermieden werden, so daß die den Drehmomentfluß übertragenden Bauteile entsprechend schwächer ausgebildet werden können bzw. vor Zerstörung geschützt werden.

Insbesondere bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schraubenfedern in Zusammenhang io mit einem mehrteiligen Schwungrad können die Spitzenmomente (auch Impact-Momente genannt), welche bei speziellen Fahrzuständen auftreten, (wie z. B. schnelles Herunter- bzw. Hochschalten, Resonanz- bzw. resonanznahe Zustände) auf ein vertretbares Maß gedämpft werden. Diese Spitzenmomente betragen ein Vielfaches des nominalen Motordrehmomentes. Derartige Spitzenmomente können das Zehnfache und mehr des Nominalmomentes der 15 Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges aufweisen.

Es sei noch erwähnt, daß bei den bekannten vorgebogenen Schraubenfedern mit über die Federlänge gleichbleibendem Windungsdurchmesser, bei auf Blockbeanspruchung -einer solchen Feder radial innen eine Punkt- bzw. Linienberührung zwischen den einzelnen Windungen 20 entsteht und zwar im Bereich der höchsten Punkte (Drahtmitte). Dadurch ergibt sich ein instabiles Gleichgewicht, da keine Gesetzmäßigkeit bezüglich der radialen Relativverschiebung zwischen den einzelnen Windungen vorhanden ist. So können beispielsweise mehrere aneinander-liegende Windungen sich radial nach außen hin oder nach innen hin aufbäumen oder aber unkontrolliert einmal radial nach innen und einmal radial nach außen gedrängt werden, was zur -25 stellenweise Überbelastung des Federdrahtes führt, welche wiederum Federbrüche verursacht. Im Gegensatz dazu findet bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Schraubenfeder 108 eine gezielte und kontrollierte Berührung und Verschiebung zwischen den Windungen 130,131 statt. Dadurch erfolgt eine zumindest annähernd gleichmäßige Abstützung des auf die entsprechende Feder einwirkenden Drehmomentes an allen Windungen statt, wodurch die einzelnen Windun-30 gen vor Überlast geschützt sind.

Erwähnt sei noch, daß bei rotierender Einrichtung 1 - infolge der dann auf die eireeinen Windungen einer Feder 108 einwirkenden Fliehkraft - zwischen den Rederwindungen 127 und der diese radial abstützenden Fläche, die im vorliegenden Beispiel durch einen Verschleißschutz 25 35 gebildet ist, eine Reibung erzeugt wird, die sich einer Verschiebung der Windungen 127 widersetzt. Dadurch wird die zum Verschieben der einzelnen Windungen 127 -erforderliche Kraft ausgehend von den Endbereichen einer Feder 108 in Richtung zur Federmitte hin größer, und zwar weil der durch die Reibung erzeugte Verschiebewiderstand der einzelnen Windungen sich addiert. Das bedeutet also, daß z.B. um die vom einen Federende entfernte sechste Windung 40 elastisch zu verformen, zumindest der Reibwiderstand der ersten 5 Windungen -ebenfalls überwunden werden muß. Aufgrund dieser Tatsache können die einzelnen Windungen 130,131 mit verschiedenem Außendurchmesser nicht gleichzeitig aneinander zur Anlage kommen. Dadurch kann auch das in Zusammenhang mit Figur 4 und 5 beschriebene Abgleiten zwischen den einzelnen Windungen 130, 131 - über die Länge der Feder betrachtet - zeitversetzt bzw. nach-45 einander erfolgen. Das in Figur 5 dargestelite Diagramm entspricht also einer statischen Beanspruchung einer Feder 108, also einer Beanspruchung ohne Fliehkrafteinwirkung.

Figur 6 zeigt eine Schraubenfeder 208, die insbesondere in einem Torsionsschwingungsdämpfer als Energiespeicher eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zur Schraubenfeder 108 50 gemäß Figur 3, welche im Schnitt dargestellt ist, ist die Schraubenfeder 208 in voller Ansicht dargestellt, so daß der Verlauf der sich entlang der Federachse 230 erstreckenden Windungen 227 besser erkennbar ist. Die Feder 208 besitzt ebenfalls zwei Endwindungen, von denen lediglich die eine 228 dargestellt ist. Die dargestellte Feder 208 ist gegenüber der Achse 237 symetrisch ausgebildet. 55 10 AT 502 511 B1

Wie bereits in Zusammenhang mit den anderen Figuren beschrieben, erzeugen die radial äußeren Windungsabschnitte 230a beim Zusammendrücken und Entspannen der Feder 208 infolge der auf letztere einwirkenden Fliehkraft eine Reibungsdämpfung, sofern sie sich mit einer Abstützfläche in Kontakt befinden. Diese Abstützfläche ist bei einer Dämpfungseinrichtung bzw. 5 bei einem Schwungrad gemäß Figur 1 und 2 durch eine als Verschleißschutz wirksame Einlage 25 gebildet. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, erfolgt die Belastung einer Schraubendruckfeder 8, 108, 208 von den Federenden 38, 39 bzw. 128, 129 bzw. 228 her, und zwar sowohl bei Zug- als auch bei Schubbetrieb der entsprechenden Dämpfungseinrichtung. Aufgrund der vorerwähnten, zwischen den einzelnen Windungen einer Schrauben-io druckfeder und der radialen Abstützfläche für diese Windungen vorhandenen Reibung wird ausgehend von den Endbereichen der Schraubendruckfeder von Windung zu Windung das auf diese Windungen einwirkende Drehmoment und somit auch die auf diese Windungen einwirkende Kompressionskraft verringert bzw. abgebaut. Dies bedeutet bei der Feder 208 gemäß Figur 6, daß das an der mittleren Federwindung 24 anliegende Moment geringer ist als das auf 15 die Endwindung 228 einwirkende Moment. Das bedeutet also, daß über die Lebensdauer .einer mit Schraubendruckfedern 8, 108, 208 ausgerüsteten Dämpfungseinrichtung 1 die mittleren Windungen derart ausgebildeter und angeordneter Federn sowohl statisch als auch insbesondere dynamisch erheblich weniger beansprucht sind als die Endwindungen. Diese Tatsache beruht auch darauf, daß Spitzenbelastungen (Impact-Momente) in Bezug auf die Gesamtbe-20 triebsdauer bzw. die Lebensdauer nur sehr selten auftreten (nämlich beispielsweise bei schnellem Runter- und/oder Hochschalten des Getriebes bei Resonanzzuständen und/oder beim Abrutschen vom Kupplungspedal), und auch während des Fährbetriebes der Motor überwiegend nur im Teillastbereich betrieben wird. Dies führt dazu, daß die Belastung und die Anzahl der Lastwechsel, welche die einzelnen Windungen 227 der Feder 208 über die Lebensdauer 25 der Einrichtung 1 ertragen müssen, zur Mitte der Feder 208 hin, tendenziell abnehmen. Somit werden die in den Endbereichen einer Feder 208 vorhandenen Windungen am meisten beansprucht und müssen bezüglich der in diesen auftretenden Höchstspannungen auf Dauerfestigkeit ausgelegt werden. Da die zur Mitte hin vorhandenen Windungen der Feder 208 weniger beansprucht werden, können diese für höhere Spannungen und gegebenenfalls nur für eine 30 vorgegebene Anzahl von Beanspruchungen ausgelegt werden, also lediglich zeitfest sein. Dies erfolgt beispielsweise bei der Feder 208 gemäß Figur 6 dadurch, daß die äußeren Windungen derart ausgebildet sind, daß die in diesen bei Blockbeanspruchung der Windungen auftretenden Maximaispannungen eine Dauerfestigkeit dieser Windungen gewährleisten. Um dies zu erzielen, besitzen die äußeren Windungen eine entsprechend kleine Steigung. Die mittlere Windung 35 24 und die dieser benachbarten Windungen sind derart ausgelegt, daß bei Blockbeanspru chung dieser Windungen die in diesen auftretenden Maximalspannungen größer sind als in den übrigen Windungen, wobei diese im mittleren Bereich der Feder 208 vorhandenen Windungen auf eine hinreichend große Lastwechselzahl also zeitfest ausgelegt werden können. 40 Die in Figur 6 dargestellte Feder 208 ist derart ausgebildet, daß im entspannten Zustand dieser Feder zwischen der zweiten vollen Windung 227a und der mit 1 gekennzeichneten Windung ein durch die Steigung der entsprechenden Windung definierter Abstand y1 vorhanden ist. Ausgehend von der mit 1 gekennzeichneten Windung in Richtung zu der mit 24 gekennzeichneten Windung nimmt der zwischen zwei benachbarten Windungen 227 vorhandene Abstand y ge-45 mäß der unterhalb der Figur 6 angeführten Formel zu. Dies bedeutet, daß bei einem Abstand y1 von beispielsweise 1,2 mm und bei einer konstanten Zunahme des Abstandes zwischen zwei benachbarten Windungen 227 von 0,05 mm in Richtung zur Mitte der Feder 208 hin, der Abstand y zwischen den mit 23 und 24 gekennzeichneten Windungen folgende Größe aufweist: y = 1,2 + (23 x 0,05) = 2,35 mm. 50

Die erfindungsgemäße Auslegung der Feder 208 ermöglicht auch eine Reduzierung der Kennli-nien-Steigung zumindest über einen Teilbereich des maximalen Kompressionswegs bzw. Kompressionswinkels einer Feder 208. Dies wird durch Zulassung von höheren Spannungen im mittleren Bereich der Feder 208 bzw. durch weichere Auslegung der in den Endbereichen der 55 Feder 208 vorhandenem Windungen erzielt. Die Reduzierung der Kennlinien-Steigung einer 1 1 AT 502 511 B1 entsprechenden Feder 208 kann in der Größenordnung von ca. 10 bis 15 % gegenüber einer Feder mit praktisch für alle Windungen konstanter Steigung liegen. Weiterhin ermöglicht eine erfindungsgemäß ausgelegte Feder 208 eine progressive Auslegung der Kennlinie, insbesondere im Endbereich des Kompressionsweges einer Feder 208. Dies kann dadurch erzielt wer-s den, daß ausgehend von den Endwindungen 228 bei Kompression der Feder 208 einzelne Windungen nacheinander durch auf Block gehen abgeschaltet werden, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß die einzelnen Windungen ausgehend von der mittleren Windung 24 in Richtung zur Endwindung 228 hin weicher ausgelegt werden können. Dieser Effekt überlagert sich mit dem Effekt, welcher aufgrund der von den einzelnen Windungen erzeugte Rei-io bung entsteht.

Obwohl die Feder 208 gemäß Figur 6 in Richtung zur mittleren Federwindung 24 hin -einen progressiven Anstieg der Steigung der einzelnen Windungen aufweist, kann diese Änderung der Steigung auch stufenweise erfolgen. Das bedeutet also, daß mehrere Gruppen von Win-15 düngen vorhanden sein können, wobei die Windungen einer solchen Gruppe die gleiche Steigung aufweisen können, jedoch die Gruppen eine unterschiedliche Steigung. Zumindest in einer Gruppe von Windungen kann aber auch, wie in Verbindung mit der Feder 208 gemäß Figur 6 beschrieben, eine progressive Veränderung der Steigung der Windungen vorhanden sein, wobei in einer anderen Windungsgruppe die Steigung konstant bleiben kann. 20

Weiterhin ist es möglich, insbesondere bei Bogenfedem die in einer Dämpfungseinrichtung 1 eingesetzt werden, ausgehend von dem einen Endbereich bzw. der einen Endwindung eine unterschiedliche Steigungsprogression zwischen den einzelnen Windungen vorzusehen als am anderen Endbereich bzw. ausgehend von der anderen Endwindung. Dadurch wird es möglich, 25 die bei Zug- und Schubbetrieb auftretenden unterschiedlichen Verhältnisse zu berücksichtigen. So können beispielsweise die Windungen mit der größeren Steigung, welche bei auf Block gehen auch die größten Torsionsspannungen aufweisen, in Richtung Schubseite verlagert werden, da schubseitig geringere Momente abgedeckt werden müssen. Unter Schubseite einer Schraubenfeder 208 ist die Seite der Schraubenfeder zu verstehen, auf der der Momentenfluß 30 vom Getriebe zum Motor betrachtet eingeleitet wird.

Die in Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Windungen 227, 227a mit unterschiedlicher Windungssteigung können auch in besonders vorteilhafter weise in Verbindung mit einer-Feder gemäß Figur 3, welche Windungen 130, 131 mit unterschiedlichem Außendurchmesser besitzt, 35 Verwendung finden. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten einer solchen Feder noch verbessert werden, und zwar durch die in Zusammenhang mit Figur 3 beschriebene'Reibungsdämpfung, welche aufgrund der unterschiedlichen Außendurchmesser 132, 133 der Windungen 130, 131 entsteht. 40 Die bei einer Feder gemäß Figur 3 gegenüber einer konventionellen Feder mit gleichem Außendurchmesser für alle Windungen eventuell vorhandene leicht erhöhte Steigung der Kennlinie kann durch Anwendung einer progressiven Federsteigung gemäß “Figur 6 zumindest kompensiertwerden. 45 Figur 7 zeigt einen Ausschnitt eines Torsionsschwingungsdämpfers 301 mit Beaufschlagungseinrichtungen 314, 316 jeweils eines Ausgangs- und Eingangsteils des Torsionsschwingungsdämpfers 301, wobei Ausgangs- und Eingangsteil gegeneinander relativ entgegen der Wirkung - der Energiespeicher 308, 308' verdrehbar sind.-Dabei ist in der Figur 7 - zur besseren Darstellung der Unterschiede der an sich gleichmäßig beaufschlagten Energiespeicher - ein Energie-50 Speicher 308 in komprimierter und ein Energiespeicher 308' in entspannter Form dargestellt, wobei eine Mehrzahl, beispielsweise zwei bis zwölf, vorzugsweise vier bis acht, kurzer Energiespeicher 308 im Torsionsschwingungsdämpfer annähernd gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Beginnend und endend mit Windungen großen Durchmessers 315, 315' wechseln sich - in Längsrichtung der Federn 308 betrachtet - Windungen großen und kleinen Durchmes-55 sers ab, wobei die Windungen 331 kleinen Durchmessers zumindest teilweise axial in die 1 2 AT 502 511 B1

Windungen 315 großen Durchmessers einfügbar sind, wenn die Feder 208 komprimiert wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser der Windungen 331 um mindestens um die Hälfte der Drahtstärke der Feder 308 gegenüber dem Außendurchmesser der Windungen 315 vermindert ist und gleich oder größer des um eine Drahtstärke verminderten Außendurch-5 messers der Windungen 315 ist.

Die diametrale Ausrichtung der Windungen 315, 331 erfolgt dabei in vorteilhafterweise so, daß deren fiktiven Windungsmittelpunkte radial gegeneinander verlagert sind und in einem Winkelbereich die Windungsumfänge auf gleicher radialer Höhe angeordnet sind und bei ausreichen-io der Kompression auf Block gehen und im gegenüberliegenden Winkelbereich die Windungsumfänge infolge der unterschiedlichen Windungsdurchmesser bei entsprechender Kompression der Feder 308 ineinandergefügt werden können. Daraus resultiert ein vergrößerter Arbeitsbereich der Feder 308. 15 Eine weitere Optimierung des Arbeitsbereiches kann in einer unterschiedlichen Abstimmung zumindest eines Teils der Windungssteigungen erfolgen, wodurch die veränderten Federkonstanten infolge der unterschiedlichen Windungsdurchmesser der Windungen 315, 331 aufeinander abgestimmt werden können, wobei in Abhängigkeit vom Anwendungsfall die diametral größeren oder kleineren Windungen 331, 315 oder ein Teil davon eine größere Windungsstei-20 gung aufweisen können.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Feder 308 - bezogen auf die Einbaulage im Torsionsschwingungsdämpfer 301 - so auszurichten, daß der Winkelbereich der Feder 308 mit den Windungsumfängen auf radial gleicher Höhe radial innen angeordnet ist, da bei einer Verdre-25 hung der beiden Beaufschlagungseinrichtungen 314, 316 gegeneinander radial außen ein längerer Weg zurückgelegt wird, die Feder 308 also stärker komprimiert wird. Zur Sicherung der Feder 308 gegen Verdrehen kann die erste und/oder letzte Windung 315, 315' in der entsprechenden Beaufschlagungseinrichtung fixiert sein. Weiterhin können die Beaufschlagungseinrichtungen 314, 316 so ausgestaltet sein, daß radial äußere Bereich die Federn 308 zuerst 30 beziehungsweise stärker komprimieren.

Wie in Zusammenhang mit den Figuren, insbesondere den Figuren 3 bis 5, beschrieben wurde, kann durch Einsatz wenigstens einer erfindungsgemäßen Schraubenfeder mit Windungen unterschiedlicher Durchmesser das Feder- und Dämpfungsverhalten einer solchen Schrauben-35 feder optimiert bzw. an den jeweiligen Einsatzfall angepaßt werden. Dies kann, wie beschrieben, insbesondere dadurch gewährleistet werden, daß, nachdem die Windungen der Schraubenfeder, z.B. 108, zur Anlage beziehungsweise in Kontakt kommen, eine durch entsprechende Auswahl der Durchmesserdifferenz zwischen großen und kleinen Windungen erzeugte kontrollierte bzw. definierte relative Verschiebung der größeren und kleineren Windungen bei 40 Fortsetzung der Kompression der Schraubenfeder erfolgt. Diese Verschiebung kann durch gezielte Ausbildung der verschiedenen Windungen derart erfolgen, daß die Windungen mit größerem Durchmesser tendenzmäßig radial nach außen und die Windungen mit kleinerem Durchmesser tendenzmäßig nach innen gedrängt werden, wie dies insbesondere in Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben wurde. Diese Verschiebung der Windungen bzw. die dabei 45 ebenfalls erfolgende Vergrößerung des Federaußendurchmessers bzw. des Durchmessers der Windungen mit größerem Durchmesser kann, durch entsprechende Anpassung der die entsprechenden Federn umgebenden Teile, zur Erzeugung einer erhöhten bzw. einer zusätzlichen Reibungsdämpfung benutzt werden. So kann man beispielsweise die die entsprechenden Federn aufnehmenden Kanäle derart ausbilden, daß nach einem vorbestimmten Verformungswert so des Außendurchmessers der größeren Windungen ein Kontakt zwischen diesen Windungen und den diese umgebenden Bauteilen erfolgt. Dies kann beispielsweise bei einer Ausführungsform gemäß Figur 1 dadurch erfolgen, daß der Durchmesser des torusartigen Bereiches 22 nur geringförmig größer dimensioniert wird als der Durchmesser der größeren Windungen der darin aufgenommenen Schraubenfeder bzw. Schraubenfedern. Die den torusartigen Bereich 22 55 begrenzenden Flächen können jedoch auch derart ausgebildet sein, daß der durch diese gebil- 1 3 AT 502 511 B1 dete Querschnitt eine gezielte, nur partielle Anlage der Windungen ermöglicht, z.B. an drei Punkten bzw. Bereichen. Die für die Windungen vorgesehenen Anlagestellen bzw. Anlagebereiche können dabei mit einem Verschleißschutz versehen sein bzw. durch ein verschleißfestes Bauteil gebildet sein, wie z.B. durch eine Einlage. Bezüglich einer derartigen Ausgestaltung wird 5 auf den Verschleißschutz 25 verwiesen, wobei über den Umfang betrachtet mehrere solche Einlagen, die über den Umfang der Windungen verteilt sind, vorgesehen werden können.

Gemäß einer Ausführungsvariante können die torusartigen Bereiche 22 auch derart ausgebildet sein, daß lediglich über eine Teillänge der darin aufgenommenen Energiespeicher, wie insbe-io sondere Schraubenfedern, ein Kontakt zwischen Windungen des Energiespeichers und der Begrenzungsfläche bzw. den Begrenzungsflächen der torusartigen Bereiche erfolgen kann.

Durch die radiale Verspannung bzw. Abstützung von Windungen der Schraubenfedern und die dadurch erzeugte Hysteresereibung können diese gegen eine Überbeanspruchung, insbeson-15 dere gegen eine plastische Deformation des die Windungen bildenden Materials, geschützt werden, wodurch eine höhere Lebensdauer im Überlastbereich gewährleistet wird und darüber hinaus auch geringere Setzverluste gewährleistet werden können. Weiterhin erhält die Dämpfungskennlinie des entsprechenden Energiespeichers bei hohen Momenten eine zusätzliche Reibungskomponente bzw. Reibungshysterese, welche die Impactenergie vernichten kann. 20 Diese Reibungskomponente wird durch Reibung der Windungen, insbesondere der großen Windungen, an Bereichen der die Federkanäle begrenzenden Flächen, erzielt. Diese zusätzliche Reibungshysterese wird also zumindest über einen Abschnitt des in Figur 5 dargestellten Verformungsweges 146 erzeugt. Durch diese zusätzliche Reibungsdämpfung bzw. Reibungshysterese wird also die Fläche 147 gemäß Figur 5 vergrößert, wobei diese Vergrößerung zu-25 mindest über einen Teilbereich des Verformungsweges 146 erfolgt, und zwar ab dem Zeitpunkt, ab dem Windungen des entsprechenden Energiespeichers aufgrund der auf sie einwirkenden Verschiebe- bzw. Spreizkräfte mit einer vergrößerten Kraft an den sie umgebenden Flächen gedrückt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können auch die maximal auftre-tenden Spannungen in den Federwindungen begrenzt werden. 30

Durch die vorbeschriebene Abstimmung zwischen der Federkontur und Geometrie der umgebenden Bauteile kann auch eine Erhöhung der Lebensdauer bei Federn mit einer geraden Längsachse erzielt werden. Durch Abstimmung des Federaußendurchmessers bzw. des Außendurchmessers der Windungen mit größerem Durchmesser an den diesen aufnehmenden 35 Federkanal bzw. an die Innenkontur des Federkanalquerschnittes kann ein Ausknicken bzw. eine ungewollte Deformation der Feder bei hohen Überlastbeanspruchungen vermieden werden. Auch bei derartigen Federn kann eine Energievernichtung durch Reibkontakt zwischen Federwindungen und Begrenzungsflächen des diese aufnehmenden Kanals bei Impactbeanspruchungen erzielt werden. 40

Das Dämpfungsverhalten der erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubenfedem mit Windungen unterschiedlicher Durchmesser kann durch entsprechende Auswahl der Differenz zwischen dem Außendurchmesser der großen Windungen und dem Außendurchmesser der kleinen Windungen gezielt definiert bzw. beeinflußt werden. Das Dämpfungsverhalten der entspre-45 chenden Schraubenfeder ist abhängig von der Ausrichtung bzw. vom Winkel der Tangente im Bereich der Berührungspunkte zwischen den Federwindungen unterschiedlicher Durchmesser. Bei Schraubenfedern, bei denen alle Windungen den gleichen Außendurchmesser aufweisen, ist diese Tangente bei auf Block gehen der Federwindungen praktisch senkrecht zur Längsachse der Feder. Mit zunehmender Durchmesserdifferenz zwischen den Windungen mit großem so Durchmesser und den Windungen mit kleinerem Durchmesser wird dieser Winkel - bezogen auf die Längsachse der Feder - kleiner. Der Winkel der Tangente im Bereich der Berührungspunkte zwischen den einzelnen Windungen ändert sich auch aufgrund der vorbeschriebenen Radiai-bewegung bzw. -Verschiebung zwischen den größeren Windungen und den kleineren Windungen. 55 14 AT 502 511 B1

Bei einem geringen Durchmesserunterschied zwischen den Windungen mit größerem Durchmesser und den Windungen mit kleinerem Durchmesser setzt die durch Reibung der Windungen erzeugte Dämpfung erst bei höheren Impactmomenten ein, da bei einer derartigen Auslegung der Feder der Tangentenwinkel im Bereich der Kontaktpunkte der Windungen gegenüber 5 der Längsachse der Feder verhältnismäßig groß ist.

Die beschriebene Erzeugung einer gezielten Reibungshysterese zwischen Windungen einer Schraubenfeder und den diese umgebenden Bauteilen kann auch in vorteilhafter Weise bei Schraubenfedern Anwendung finden, bei denen die Windungen mit größerem Durchmesser io und die Windungen mit kleinerem Durchmesser praktisch eine gemeinsame Längsachse aufweisen, also praktisch koaxial angeordnet sind.

Bei größerem Durchmesserunterschied zwischen den größeren Windungen und den kleineren Windungen setzt die durch Aufeinandergleiten der Windungen erzeugte Dämpfungscharakterisis tik weich beziehungsweise weicher ein, und zwar, weil der Winkel der durch die Berührungspunkte der Windungen verlaufenden Tangente flacher beziehungsweise mit einem kleineren Winkel gegenüber der Längsachse der Feder verläuft. Dadurch ergeben sich größere radiale Kräfte auf die Windungen. Je nach Erfordernis kann die jeweilige Charakteristik gezielt durch die Durchmesserdifferenz zwischen den großen Windungen und den kleinen Windungen be-20 messen werden. Ein weiterer Parameter für die gewünschte Dämpfungscharakteristik des entsprechenden Energiespeichers ist der Durchmesser bzw. die Form der Außenkontur des die Windungen bildenden Federdrahtes.

Um die Lebensdauer der vorbeschriebenen Federn zu erhöhen bzw. einen Bruch der Endwin-25 düngen dieser Federn zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn diese Endwindungen gemäß der DE-OS 42 29 416 ausgebildet werden.

Um die Blockfestigkeit bzw. Dauerfestigkeit der vorbeschriebenen Federn zusätzlich zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, wenn diese einen Drahtquerschnitt entsprechend der 30 DE-OS 44 06 826 aufweisen und/oder entsprechend einem in dieser DE-OS beschriebenen Verfahren zur Erzeugung eines derartigen Querschnittes hergestellt sind.

Die in Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Federn können auch aus einem Federdraht mit nicht rundem Querschnitt, z.B. ovalartigem bzw. ellipsenförmigen Querschnitt herge-35 stellt werden. Durch den Einsatz von Federdrähten mit derartigen Querschnitten können die in den Federwindungen auftretenden Spannungsverhältnisse noch zusätzlich optimiert werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schraubendruckfedern eignet sich in besonders vorteilhafter Weise ein sogenanntes Warmbiegeverfahren, also ein Verfahren, bei dem der zu 40 wickelnde Federdraht erhitzt wird. Nach dem Wickeln können die Schraubendruckfedern gegebenenfalls wenigstens einer weiteren thermischen oder mechanischen Behandlung bzw. Bearbeitung unterzogen werden.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne 45 Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des so Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine 55 von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufwei-

Claims (17)

1 5 AT 502 511 B1 sen. Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, 5 insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen io Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. Patentansprüche: 15 1. Schraubendruckfeder aus Stahlfederdraht mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer Länge erstreckenden Windungen, wobei die Schraubenfeder auf Block drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder zwischen ihren beiden Endwindungen wenigstens zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist, nämlich einem 20 ersten, größeren Außendurchmesser und einem zweiten, kleineren Außendurchmesser, wobei diese Windungsarten - in Längsrichtung der Feder betrachtet - sowohl nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeordnet sind als auch derart gewickelt sind, daß die Feder diametral gegenüberliegende Windungsbereiche aufweist, die, bezogen auf die Längsrichtung der Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet, sich auf einer Seite 25 zumindest annähernd auf gleicher Höhe befinden, wohingegen die diametral gegenüberliegenden Windungsbereiche der beiden Windungsarten zumindest annähernd um ihren Außendurchmesserunterschied versetzt sind.

2. Schraubendruckfeder mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer Länge erstreckenden Win- 30 düngen, wobei die Feder auf Block drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder zwischen ihren beiden Endwindungen Windungen mit unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei die größte Windungssteigung am weitesten von den Endwindungen entfernt ist.

3. Schraubendruckfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stahlfeder- 35 draht hergestellt ist.

4. Schraubendruckfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder ausgehend von den Endwindungen jeweils einen Federbereich besitzt, dessen Windungen mit zunehmendem Abstand von der entsprechenden Endwindung eine größere Steigung 40 aulweisen.

5. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß*sie im mittleren Bereich die größte Windungssteigung besitzt und in Richtung zu den Endwindungen hin die Steigung der Windungen zumindest über einen Teilbereich der vorhanden 45 Länge abnimmt.

6. Schraubendruckfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf Block beanspruchter Feder die in den Windungen mit größerer Steigung vorhandenen Torsionsspannungen größer sind als die Torsionsspannungen in den Windungen mit klei- 50 nerer Steigung.

7. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im entspannten Zustand eine vorgekrümmte Form besitzt.

8. Schraubendruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen ihren 16 AT 502 511 B1 Endwindungen einen Bereich besitzt, mit Windungen unterschiedlicher Steigung, wobei die Windung bzw. Windungen mit größter Steigung am weitesten von den Endwindungen entfernt ist bzw. sind.

9. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außendurchmesser der wenigstens zwei Windungsarten voneinander höchstens um die auf die Länge der Feder bezogene radiale Erstreckung des Federdrahtes unterscheiden. io

10. Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der wenigstens zwei Windungsarten derart aufeinander abgestimmt sind, daß die in Bezug auf die Längserstreckung der Feder zueinander radial versetzten Windungsbereiche sich radial überdecken.

11. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz zwi schen den sich radial überdeckenden Windungsbereichen derart bemessen ist, daß vor dem Erreichen der Blocklänge der Feder die versetzen Bereiche sich kontaktieren und dann bis zur Erreichung der Blocklänge eine Reibung durch Abgleiten der sich kontaktierenden Windungsbereiche erzeugt wird. 20

12. Schraubendruckfeder nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit unterschiedlichem Durchmesser bezogen auf die Längsrichtung der "Feder vor Erreichen der Blocklänge in radialer Richtung zueinander verschoben werden.

13. Schraubendruckfeder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die relative radiale Verschiebung der Windungen mit unterschiedlichem Durchmesser eine elastische Verformung der Windungen erzeugt, die eine Änderung der Federrate bewirkt.

14. Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von zumindest 30 einem Energiespeicher mit entlang seiner Längsachse sich erstreckenden Federwindungen verdrehbaren Bauelementen, welche Beaufschlagungsbereiche zur Komprimierung des Energiespeichers besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus wenigstens einer Schraubendruckfeder besteht, die entsprechend wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2 ausgebildet ist. 35

15. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 13 ausgebildet ist.

16. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 14, 15, dadurch gekennzeichnet, 40 daß eines der verdrehbaren Bauelemente eine ringförmige Kammer bildet, in der die Schraubendruckfeder sowohl in radialer als auch in axialer Richtung geführt ist, wobei sich die Feder sich zumindest bei rotierendem Drehschwingungsdämpfer unter Fliehkrafteinwirkung an einer diese radial außen übergreifende Abstützfläche abstützt

17. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abstützung unmittelbar über Windungen der Schraubendruckfeder erfolgt. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 50 55