DE19716034B4

DE19716034B4 - Auf Druck und Zug belastbare Federvorrichtung und Verfahren ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19716034B4
Application number: DE1997116034
Authority: DE
Inventors: Karl Knorr
Original assignee: Adolf Schnorr & Co KG GmbH; Schnorr Adolf Co KG GmbH
Current assignee: Adolf Schnorr & Co KG GmbH; Schnorr Adolf Co KG GmbH
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: DE19716034A1

Abstract

Auf Druck und Zug belastbare Federvorrichtung (11), welche wenigstens drei koaxial einer Achse (15) angeordnete elastische Elemente (21, 22, 23) umfasst und beidseitig eines jeden elastischen Elements (21, 22, 23) zwei Druckflächen (57, 59, 61, 62, 60, 58) vorgesehen sind, wobei die beiden endständigen Druckflächen (58, 59) eine feste Lage zueinander aufweisen und die mittelständigen Druckflächen (59, 60, 61, 62) gegenüber den endständigen Druckflächen (57, 58) durch Krafteinwirkung auf die die mittelständigen Druckflächen aufweisenden Mittel (18, 19) gegen die Kraft wenigstens eines elastischen Elements (21, 22, 23) verschiebbar sind und jedes Kraftübertragungsmittel (18, 19) starr mit einem außerhalb des Gehäuses (12) zugänglichen Druckstücks (13, 14) zur Belastung mit Druck bzw. Zug verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (13, 14) einen Kopf (24, 31), ein Mittelstück (25, 32), ein Endstück (27, 34) und eine Welle (26, 33) zwischen Mittelstück (25, 32) und Endstück (27, 34) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf Druck und Zug belastbare Federvorrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Aus dem Stand der Technik sind sowohl auf Druck als auch auf Zug belastbare Federelemente bekannt.

Gattungsgemäße, auf Druck und Zug belastbare Federvorrichtungen, sind bereits aus der FR 1.039.317 bekannt. Bei diesen Federvorrichtungen wird zur Übertragung der Kraft eine aus dem Gehäuse herausragende Stange, die gleichfalls mit den die mittelständigen Druckflächen aufweisenden Mitteln verbunden ist, eingesetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Federvorrichtungen weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Federvorrichtung weist wenigstens drei koaxial einer Achse angeordnete elastische Elemente auf und beidseitig eines jeden elastischen Elements sind zwei Druckflächen vorgesehen. Unter „Druckfläche" wird jede, wie auch immer geformte Fläche, verstanden, mit der eine Kraftübertragung auf das elastische Element möglich ist. Insbesondere können diese Druckflächen scheibenförmig sein, entweder vollflächig oder als Ringbund. Darüber hinaus weist auch beispielsweise eine konvex oder konkav geformte Vorrichtung eine Druckfläche im Sinne der Erfindung auf.

Die beiden äußeren elastischen Elemente sind auf ihren beiden nach außen weisenden Seiten jeweils von einer endständigen Druckfläche begrenzt, wobei die beiden endständigen Druckflächen eine feste Lage zueinander aufweisen. Die beiden endständigen Druckflächen wirken als Widerlager.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Federvorrichtung mittelständige Druckflächen auf, wobei unter „mittelständig" nachfolgend alle Druckflächen verstanden werden, die keine endständigen Druckflächen, wie oben definiert, sind.

Wirkt eine Kraft auf eine oder mehrere mittelständige Druckflächen, wodurch es zu einer Veränderung des Abstands der entsprechenden mittelständigen Druckfläche gegenüber den endständigen Druckflächen kommt, so wird das entsprechende, der mittelständigen Druckfläche benachbarte elastische Element komprimiert und in Abhängigkeit davon, an welcher der mittelständigen Druckflächen die Krafteinwirkung erfolgt ist, wird eine Druck- oder Zugbelastung erreicht.

Vorteilhafterweise werden jeweils zwei mittelständige Druckflächen durch jeweils ein zwischen zwei elastischen Elementen angeordnetes Kraftübertragungsmittel bereitgestellt, das so geformt ist, dass eine wirksame Kraftübertragung über die zwei Druckflächen möglich ist. Vorzugsweise sind die Kraftübertragungsmittel infolge einfacher Herstellung sowie wirksamer Kraftübertragung scheibenförmig.

Auch die endständigen Mittel, die die endständigen Druckflächen aufweisen, werden vorzugsweise als Scheibe ausgebildet. Die feste Lage der beiden endständigen Druckflächen zueinander wird dadurch erreicht, dass die beiden endständigen Scheiben – ggf. auch unter der Krafteinwirkung der elastischen Elemente – starr mit dem Gehäuse der Federvorrichtung verbunden sind. Eine vorteilhafte Verbindung der beiden endständigen Scheiben mit dem Gehäuse wird durch Bördeln einer Kante des Gehäuses um die nach außen weisenden Kanten der Scheiben unter Vorspannung der elastischen Elemente erreicht, so dass die Federvorrichtung nicht versehentlich wieder geöffnet werden kann und sich die erfindungsgemäße Federvorrichtung sozusagen selbst verschließt. Eine solche Federvorrichtung kann somit als fertiges Bauteil, das nach der jeweiligen erforderlichen Belastung auszuwählen ist, verwendet werden.

Eine einfache Bedienbarkeit der Federvorrichtung auf Druck und Zug wird erreicht, indem die die mittelständigen Druckflächen aufweisenden Mittel starr mit einem au ßerhalb des Gehäuses zugänglichen Druckstück verbunden sind. Diese Druckstücke weisen vorteilhafterweise einen außerhalb des Gehäuses zugänglichen Kopf auf, an dem die Druck- oder Zugkraft eingeleitet wird, sowie ein Verbindungsstück zwischen dem Kopf und den Kraftübertragungsmitteln.

Werden als elastische Elemente Tellerfedern oder Tellerfederpakete verwendet, so kann die Verbindung zwischen dem Kopf und den Kraftübertragungsmitteln durch die Zentren der Tellerfedern hindurchgeführt werden.

Eine kostengünstige und wirksame Befestigung der Kraftübertragungsmittel an dem Druckstück besteht darin, die Kraftübertragungsmittel als Sicherungsringe auszubilden und auf eine Welle an dem Druckstück aufzuklipsen.

Prinzipiell kann eine Krafteinwirkung auf die Kraftübertragungsmittel auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine am äußeren Umfang der scheibenförmigen Kraftübertragungsmittel angeordnete Vorrichtung, bewirkt werden.

Vorzugsweise werden die Endstücke der beiden Druckstücke ineinandersteckbar ausgebildet, so dass die Endstücke durch das mittlere Tellerfederpaket hindurchführbar sind, wobei die ineinandergeführten Endstücke der beiden Druckstücke gegeneinander verschiebbar sind.

Eine gute Führung wird erreicht, wenn die sich im Gehäuse befindlichen Teile und die Form des Gehäuses so aufeinander abgestimmt sind, dass die Innenfläche des Gehäuses gleichzeitig als Führung dient.

Solche Federvorrichtungen können überall dort eingesetzt werden, wo das Zurückstellen mit einer fest eingestellten Kraft erforderlich ist. Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Federvorrichtung auch gleichzeitig zwei entlang einer gemeinsamen Achse wirkenden Kräfte zurückgestellt werden. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Federvorrichtung auch durch seinen weiten Einsatzbereich aus, denn es kann sowohl auf Druck als auch auf Zug belastet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand von Figuren beschrieben.
Es zeigt:
1 eine teilweise aufgebrochene maßstabsgerechte Seitenansicht einer auf Druck und Zug belastbaren Federvorrichtung in Ruhe,
2a–e die Einzelteile der Federvorrichtung aus 1,
3 eine teilweise aufgebrochene maßstabsgerechte Seitenansicht einer auf Druck und Zug belastbaren Federvorrichtung unter beidseitigen Zug,
4 eine teilweise aufgebrochene maßstabsgerechte Seitenansicht einer auf Druck und Zug belastbaren Federvorrichtung unter beidseitigen Druck,
5 eine teilweise aufgebrochene maßstabsgerechte Seitenansicht einer auf Druck und Zug belastbaren Federvorrichtung unter einseitigem Zug (rechts).
1 zeigt die erfindungsgemäße Federvorrichtung 11, die ein erstes Druckstück 13, ein zweites Druckstück 14, eine Hülse 12, Tellerfederpakete 21, 22, 23, eine erste und eine zweite Druckscheibe 16, 17 sowie zwei Distanzscheiben 18, 19 umfasst.
Das erste Druckstück 13 umfasst einen Kopf 24, ein zylindrisches Mittelstück 25, eine Welle 26 und ein zylindrisches Endstück 27 (2a).
Auch das zweite Druckstück 14 (2b) weist einen Kopf 31, ein zylindrisches Mittelstück 32, eine Welle 33 und ein zylindrisches Endstück 34 auf. Beide Druckstücke 13, 14 sind bezüglich der Längsachse 15 rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der Durchmesser 37 des Endbereichs 27 des ersten Druckstücks 13 ist geringer als der Durchmesser 38 des zylindrischen Mittelstücks 25. Beide Durchmesser 37, 38 sind größer als der Durchmesser 39 der Welle 26.
Beim zweiten Druckstück 14 sind die Durchmesser 42, 41 des Mittel- 32 und Endstücks 34 jeweils gleich und der Durchmesser 43 der zwischen dem Mittel- und Endstücks liegenden Welle 33 ist kleiner als die Durchmesser 41, 42.
Das zylindrische Endstück 34, die Welle 33 sowie das Mittelstück 32 sind in ihrem Inneren hohl, so dass das erste Druckstück 13 mit seinem Endbereich 27 in den Innenraum 44 des zweiten Druckstücks 14 eingeschoben werden kann.
Da der Durchmesser 38 des Mittelstücks 25 des ersten Druckstücks 13 gleich dem Durchmesser 42 des Mittelstücks 32 des zweiten Druckstücks 14 ist, ist das erste Druckstück 13 in das zweite Druckstück 14 maximal so weit einschiebbar, bis die Stirnseite 46 des Endteils 34 des zweites Druckstücks 14 an der Kante 28 zwischen Welle 26 und Mittelstück 25 des ersten Druckstücks 13 anliegt.
Die Außendurchmesser 38, 42 der Mittelstücke 25, 32 sowie der Außendurchmesser 41 des Endstücks 34 des zweiten Druckstücks 14 betragen 0,8 cm. Der Außendurchmesser 37 des Endstücks 27 des ersten Druckstücks 13 beträgt 0,6 cm. Der Außendurchmesser 43 der Welle 33 des zweiten Druckstücks 14 beträgt etwa 0,65 cm und der Durchmesser 39 der Welle 26 des ersten Druckstücks 13 beträgt etwa 0,45 cm. Die Wandstärke des Mittelstücks 32 und des Endstücks 34 des zweiten Druckstücks 14 betragen jeweils 1 mm. Die Welle 26 des ersten Druckstücks 13 und die Welle 33 des zweiten Druckstücks 14 sind jeweils 2 mm breit. Die Länge des Endstücks 27 des ersten Druckstücks 13 beträgt 26 mm und die Länge des Mittelstücks 25 beträgt 33 mm. Die Länge des Endstücks 34 des zweiten Druckstücks 14 beträgt 7 mm und die Länge des Mittelstücks 32 beträgt 30,2 mm. Beide Kopfteile 31, 24 sind zylindrisch mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Länge von etwa 10 mm.
Beide Druckstücke 13, 14 weisen ein Innengewinde 64, welches sich durch den jeweiligen Kopf 31, 24 und einen Teil des jeweiligen Mittelstücks 25, 32 erstreckt, auf. Diese Bohrungen dienen beispielsweise zur Befestigung von Ösen.
Die Vorrichtung umfaßt weiterhin zwei Druckscheiben 16 und 17 und zwei Distanzscheiben 18 und 19 (2c). Die Druckscheiben 16, 17 haben einen Außendurchmesser von 17,9 mm und einen Innendurchmesser von 8,1 mm. Ihre Länge beträgt jeweils 9 mm.
Die beiden Distanzscheiben 18, 19 haben einen Außendurchmesser von 15,7 mm. Der Innendurchmesser der Distanzscheibe 18, die auf die Welle 26 des ersten Druckstücks 13 aufgesetzt wird, beträgt 5,1 mm. Der Innendurchmesser der Distanzscheibe 19, die auf die Welle 33 des zweiten Druckstücks 14 aufgesetzt wird, beträgt 6,8 mm. Beide Distanzscheiben 18, 19 weisen eine Öffnung 48 zum Aufschieben der Distanzscheiben 18, 19 auf die jeweilige Welle 26, 33 auf, wie sie in der Draufsicht auf die Distanzscheibe 18 in 2c dargestellt ist.
Die Federvorrichtung 11 umfasst weiterhin eine zylindrische Hülse 12 (2d), die bezüglich der Längs- 15 und Querachse 49 symmetrisch ist. Der Außendurchmesser der Hülse beträgt 20 mm und der Innendurchmesser beträgt im Außenbereich 51 18 mm und im Innenbereich 52 16,1 mm.
Die starre Verbindung zwischen den beiden Druckscheiben 16, 17 und der Hülse 12 wird durch die Bördelkante 70 (3) in Verbindung mit der Vorspannung der elastischen Elemente 21, 22 und 23 erreicht.
An der Außenseite der Hülse 12 ist ein ringförmig umlaufender Kragen 53 vorgesehen, der der Fixierung der Federvorrichtung dient.
Weiterhin umfasst die Federvorrichtung 11 drei Tellerfederpakete 21, 22, 23 mit einem Außendurchmesser von jeweils 16 mm.
Die Herstellung der Federvorrichtung 11 geschieht wie folgt:
Auf die beiden Druckstücke 13, 14 werden die jeweiligen Druckscheiben 16, 17 und die Tellerfederpakete 21, 23 aufgeschoben und die jeweiligen Distanzscheiben 18, 19 auf die jeweiligen Wellen 26, 33 mittels der Öffnung 48 aufgeschoben. Anschließend wird auf ein Endstück 27 bzw. 34 der beiden Druckstücke 13, 14 das dritte Tellerfederpaket 22 aufgeschoben und die beiden Druckstücke 13, 14 mit den daran befestigten Teilen in die Hülse 12 eingeschoben. Das Verschließen der Federvorrichtung erfolgt dadurch, dass die beiden umlaufenden Außenkanten 54 der Hülse 12 wenigstens teilweise in Richtung auf die Achse 15 zu entlang der nach außen weisenden Kanten 55, 56 der Druckscheiben 16, 17 umgeformt, vorzugsweise gebördelt, werden.
Anstelle des Verschließens der Federvorrichtung durch die Bördelung kann auch ein Verschluss der Federvorrichtung durch zwei nahe den nach außen weisenden Kanten 54 in die Innenfläche eingelassene Sicken und zwei Federringe bewirkt werden.
Die Federvorrichtung 11 funktioniert wie folgt:
Bei beidseitigem Zug an den beiden Druckstücken 13, 14 (3) werden die beiden außen liegenden Tellerfederpakete 21, 23 infolge der starr mit den beiden Druckstücken 13, 14 verbundenen Distanzscheiben 18, 19 zwischen der nach innen weisenden Druckfläche 57 bzw. 58 der Druckscheiben 16 bzw. 17 und der nach außen weisenden Druckfläche 59 bzw. 60 der Distanzstücke 18 bzw. 19 komprimiert. Das mittlere Tellerfederpaket 22 ist bei beidseitigem Zug entspannt und befindet sich zwischen den beiden nach innen weisenden Flächen 61, 62 der Distanzscheiben 18, 19.
Bei beidseitigem Druck (4) wirken jeweils die nach innen weisenden Druckflächen 61, 62 der starr mit den beiden Druckstücken 13, 14 verbundenen Distanzscheiben 18, 19 beidseitig auf das mittlere Tellerfederpaket 22 und komprimieren dieses. Auf die beiden äußeren Tellerfederpakete 21, 23 wirkt bei beidseitigem Druck keine Kraft.
Bei dem in 5 dargestellten einseitigen Zug (rechts) wird infolge der über das rechte Druckstück 14 auf die Distanzscheibe 19 wirkenden Kraft das rechte Tellerfederpaket 23 komprimiert und die anderen beiden Tellerfederpakete 21, 22 befinden sich im neutralen Zustand. Bei Belastung der Federvorrichtung 11 in 3 bis 5 ist natürlich eine ortsfeste Fixierung der Hülse 12 im Raum, vorzugsweise am Kragen 53, erforderlich.

Claims

Auf Druck und Zug belastbare Federvorrichtung (11), welche wenigstens drei koaxial einer Achse (15) angeordnete elastische Elemente (21, 22, 23) umfasst und beidseitig eines jeden elastischen Elements (21, 22, 23) zwei Druckflächen (57, 59, 61, 62, 60, 58) vorgesehen sind, wobei die beiden endständigen Druckflächen (58, 59) eine feste Lage zueinander aufweisen und die mittelständigen Druckflächen (59, 60, 61, 62) gegenüber den endständigen Druckflächen (57, 58) durch Krafteinwirkung auf die die mittelständigen Druckflächen aufweisenden Mittel (18, 19) gegen die Kraft wenigstens eines elastischen Elements (21, 22, 23) verschiebbar sind und jedes Kraftübertragungsmittel (18, 19) starr mit einem außerhalb des Gehäuses (12) zugänglichen Druckstücks (13, 14) zur Belastung mit Druck bzw. Zug verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (13, 14) einen Kopf (24, 31), ein Mittelstück (25, 32), ein Endstück (27, 34) und eine Welle (26, 33) zwischen Mittelstück (25, 32) und Endstück (27, 34) aufweisen.
Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei elastischen Elementen (21, 22) bzw. (22, 23) Kraftübertragungsmittel (18, 19) vorgesehen sind, wobei jedes Kraftübertragungsmittel (18, 19) jeweils zwei mittelständige Druckflächen (59, 61) (60, 62) aufweist.
Federvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die endständigen Druckflächen (57, 58) durch die nach innen weisenden Seiten zweier Scheiben (16, 17) gebildet werden, welche Scheiben (16, 17) starr mit dem Gehäuse (12) verbunden sind.
Federvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Scheiben (16, 17) und dem Gehäuse (12) durch Bördeln ei ner Kante (54) des Gehäuses (12) um die nach außen weisenden Kanten (55, 56) der Scheiben (16, 17) erreicht wird.
Federvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) der Federvorrichtung (11) hülsenförmig ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Scheiben (16, 17) und dem Gehäuse (12) durch in der Innenfläche des Gehäuses (12) eingelassene Sicken und entsprechender Federringe erreicht wird.
Federvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kraftübertragungsmittel (18, 19) mit einer Welle (26, 33) starr verbunden ist.
Federvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel (18, 19) auf die Wellen (26, 33) aufklipsbare Sicherungsringe sind.
Federvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (21, 22, 23) Tellerfedern oder Tellerfederpakete sind.
Federvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelstücke (25, 32), die Endstücke (27, 34) und die Tellerfedern oder Tellerfederpakete (21, 22, 23) koaxial der Achse (15) angeordnet sind.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (39, 43) einer jeden Welle (26, 33) kleiner als der Durchmesser (38, 42) des jeweiligen Mittel- (25, 32) und kleiner als der Durchmesser (37, 41) des jeweiligen Endstücks (27, 34) ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (27) des einen Druckstücks (13) wenigstens teilweise in das Endstück (34) und ggf. die Welle (33) und ggf. das Mittelstück (32) des anderen Druckstücks (14) einschiebbar ist.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mittelstücke (25, 32) die beiden äußeren Tellerfederpakete (21, 23) durchqueren.
Federvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens teilweise ineinandergeschobenen Endstücke (27, 34) das mittlere Tellerfederpaket (22) durchqueren.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8 oder 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser der Mittelstücke (25, 32) gleich sind.
Federvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendurchmesser (38, 42) der Mittelstücke (25, 32) 0,8 cm ± 90% betragen.
Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7, 8 oder 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (26, 33) einen Durchmesser (38, 42) zwischen 0,3 cm und 0,9 cm aufweisen.
Federvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Scheibe (16, 17) eine Bohrung aufweist, welche Bohrung vom Mittelstück (25, 32) des jeweiligen Druckstücks (13, 14) durchquert wird.
Federvorrichtung nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsmittel (18, 19) so ausgebildet sind, dass sie an der Innenseite des hülsenförmigen Gehäuses (12) geführt werden.
Federvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (11) im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Achse (15) ist.
Federvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (13, 14) und/oder die Kraftübertragungsmittel (16, 17) und/oder das Gehäuse (12) und/oder die mit dem Gehäuse starr verbundenen Teile (16, 17) aus Metall sind.
Verfahren zur Herstellung einer Federvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (21, 22, 23) zwischen die jeweiligen Druckflächen (57, 59, 61, 62, 60, 58) aufweisenden Mittel (16, 18, 19, 17) in das Gehäuse (12) eingeschoben werden und die Federvorrichtung (11) unter Vorspannung der elastischen Elemente (21, 22, 23) durch Verformung, insbesondere Bördeln, oder zusätzliche Befestigungsmittel verschlossen wird.
Bauteil umfassend eine Federvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21.