CH651116A5 - Federring. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Federring.
Derartige Federringe sind beispielsweise in der DIN 127,128, 7980 und/oder 43699 genormt.
Sie bestehen aus Federstahl und werden als Sicherungselement benutzt.
Jedoch ist ihre Sicherungs wirkung sowohl in bezug auf Lokkern als auch in bezug auf Losdrehen sehr beschränkt.
Rüttelversuche haben erwiesen, dass weder Federringe noch Federscheiben, Zahnscheiben, Fächerscheiben, Sicherungsbleche und Kronenmuttern mit Splinten in Kombination mit vergüteten Schrauben als Sicherungselemente geeignet sind.
Federringe weisen glatte Oberflächen auf und sind demzufolge während ihrer Beanspruchung Relativbewegungen zu Schrauben, Muttern und/oder Werkstücke unterworfen, die zur Lösung der Verbindungführen. Zahnscheiben, d.h. in sich geschlossene, ringförmige Scheiben, die dünnwandig sind und nicht federn,
sind aus Stählen geringerer Festigkeit als Federstahl gestanzt und in ihrer Wirkung mit Federringen nicht vergleichbar.
Fächerscheiben, d. h. ringförmig geschlossene Scheiben mit angeschnittenen, angebogenen radialen Federlappen sind nur aus sehr dünnem Material herstellbar und deswegen zur Sicherung von Schrauben nicht geeignet.
Es sind desweiteren Schrauben mit Zahnung auf ihrer Kopfunterseite als Sicherungselement bekannt.
Hierbei ist jedoch der prinzipbedingte Nachteil vorhanden, dass keine hohe Härtung dieser Zahnung bzw. der Schraube möglich ist, weil dann die Flanken ausbrechen.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass keine der bekannten «Schraubensicherungen» den Anforderungen voll entspricht.
Entweder ist ein im Querschnitt stark bemessener Federring mit glatten Kontaktflächen vorgesehen, die mit wirtschaftlich erträglichen Mitteln (Stanzen oder dgl. ) nicht griffig gemacht werden können, oder es ist eine Zahnscheibe benutzbar, die zwar griffige Kontaktflächen hat, aber weder federt noch ausreichende Querschnittsstärke aufweist, oder es werden Fächerscheiben bzw. Federscheiben benutzt, die zwar in Abschnitten federnd ausgebildet sind, aber nur sehr dünne Querschnitte haben können und folglich nicht ausreichend vorspannbar sind, oder es sind schliesslich Schrauben mit Zahnung auf der Kopfunterseite brauchbar, wobei aber als Ausgangsmaterial Federstahl nicht wirtschaftlich vertretbar benutzt werden kann und folglich auf eine entsprechende Festigkeit der Zahnung und eine gute Federkraft verzichtet werden muss.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Federring zu schaffen, der eine gute Schraubensicherung darstellt.
Zur prinzipiellen Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass auf der Ober- und Unterfläche zahnartige Vorsprünge vorgesehen sind.
Die Anordnung dieser Verzahnung bringt überraschenderweise den gewünschten Erfolg. Hierdurch sind die Federringe neuen Verwendungen, nämlich als Schraubensicherung zugänglich.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 bezeichnet.
Da der Federring, wenn er aus der länglichen Drahtform in die runde Ringform überführt werden soll, nicht mit der Verzahnung am Umformwerkzeug anliegen darf, weil dieses die Verzahnung beschädigen könnte, ist in Weiterbildung vorgesehen, dass die Innenfläche des Federringes als Hohlkehle ausgebildet ist. Die Hohlkehle kann als Zentrierung und Führung für das Umformwerkzeug dienen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen 7 bis 11.
Eine bevorzugte Verfahrensweise ist in den Ansprüchen 15 bis 18 bezeichnet.
Der beispielsweise runde Draht (Ausgangsmaterial) wird zu einem Trapezquerschnitt umgeformt, in dessen Ober- und Unterfläche Zähne eingewalzt werden.
Anschliessend wird der Ring geformt und abgeschnitten.
Es ist auch möglich, den profilierten Draht (z. B. Trapezprofil) abschnittsweise vor der Bildung des Ringes, beispielsweise im Takt des Schneidegerätes, in einem Stanzvorgang mit der Verzahnung zu versehen.
Zur speziellen Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Ober- und Unterfläche mehrere kreisförmig angeordnete, konzentrische Riefen aufweist, deren Spitzen über die Federringflächen herausragen und deren Grund gegenüber den Federringflächen zurückliegend ausgeformt ist, und dass in die Federringflächen radial verlaufende, geringen Abstand voneinander aufweisende Rinnen eingedrückt sind, in deren Bereich die Spitzen der Riefen mindestens bis zur Federringfläche zurückgedrückt sind.
Der aus Federstahl bestehende, gehärtete Federring weist vorstehende Spitzen geringer Länge und Breite auf, die entsprechend dem gehärteten Federstahl geeignete Härte aufweisen, um einen innigen Kontakt zwischen Schraubenkopfunterseite bzw. Mutter und Werkstück zu garantieren.
Die Vorspannkraft ist aufgrund der Federwirkung des Federringes vorhanden und einstellbar.
Sie bleibt auch während der betrieblichen Belastung erhalten, weil die selbsttätige Drehung des Federringes durch die Spitzen der Riefen unterbunden ist.
Die Ausbildung von vorstehenden Riefen ist unbedingt erforderlich, damit die Rinnen quer zum Rief enlängsverlauf mit wirtschaftlichem Kraftaufwand eindrückbar sind. Mittels der Spitzen der Riefen kann neben der kraftschlüssigen Verbindung ein Formschluss erreicht werden, weil das relativ weichere Material des Werkstückes bzw. der Schraube oder Mutter durch die Spitzen plastisch verformbar ist.
Ein für die Fertigung des Federinges vorteilhaftes Merkmal besteht darin, dass die Innenfläche des Federringes dachförmig ausgebildet ist, so dass sie im Querschnitt eine etwa dreieckför-mige Fläche aufweist.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Spitzen der Riefen sich etwa 1%) mm über die Federringfläche erheben und der Grund der Riefen nicht um das gleiche Mass zurückliegt.
Ein Verfahren zur Herstellung von Federringen, wobei zunächst Federstahldraht von kreisförmigem Querschnitt in Draht mit trapezförmigem Querschnitt kalt umgeformt wird und dieser Draht anschliessend in Federringform um die schmale Trapezseite kalt umgebogen und der so gebildete Federring vom Draht abgetrennt und anschliessend gehärtet wird, ist in erfinderischer Weise so modifiziert, dass der Draht nach der ersten Profilierung auf den Seitenflächen des Trapezes mit Längsriefen versehen wird, deren Spitzen über die Seitenflächen vorspringen und deren Grund diesen Flächen gegenüber zurückspringt, dass gleichzeitig bzw. in einem weiteren Arbeitsschritt die schmale Trapezfläche zu einer im Querschnitt etwa gleichschenkligen Dreiecksfläche (Dach) umgeformt wird, und dass dann in geringen Abständen voneinander parallel zueinander verlaufende Querrinnen eingedrückt werden, wobei mindestens die Spitzen
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der Längsriefen zurückverformt werden, und dass der Draht beim Formen des Federringes innen an den Dachflächen und aussen an der Trapezfläche geführt wird.
Der Federstahldraht kann auch andere Grundquerschnittsformen haben.
Wesentlich ist, dass die Längsriefen mit Spitzen und Grund in einfacher Weise, z.B. mittels eines Ziehvorganges, angebracht werden, solange der Draht noch nicht in Abschnitte unterteilt ist. Die Anformung der Riefen und damit der Spitzen ist Voraussetzung dafür, dass anschliessend Querrinnen eingedrückt werden können, ohne dass der dafür benötigte Kraftaufwand das wirtschaftlich vertretbare Mass übersteigt. Die Rinnen werden bis auf das Kernmaterial eingedrückt, das lediglich eine geringfügige Verformung erfährt.
Auf diese Weise werden die Spitzen der Riefen unterbrochen, vorzugsweise regelmässig, so dass sich abschnittsweise kurze Spitzen bilden. Damit nun diese Spitzen nicht beim nachfolgenden Biegen des Federringes durch das Biegewerkzeug zurückgedrückt werden können, ist die schmale Trapezfläche, die später die Innenfläche (Kante) des Federringes bildet, zu einem Dach umgeformt, was vorzugsweise gleichzeitig beim Ziehen der Riefen oder anschliessend in einem weiteren Ziehvorgang oder auch vorher geschehen kann.
Das Dach bildet einen gleichschenkligen Dreiecksquerschnitt, wobei die Spitzen gerundet sind.
Beim Formen des Federringes kann nun das Werkzeug ohne Beschädigung der Riefen und/oder Rinnen an den beiden Dachflächen und an der Aussenfläche (Kante) des Drahtes führen.
Der fertige Federring wird dann in bekannter Weise gehärtet.
Da der Federringstahldraht im Lieferzustand häufig eine Randentkohlung von bis zu 0,2 mm aufweist, wodurch sich in den Zähnen verschiedentlich weiche Stellen ergeben, werden die fertigen Federringe rückgekohlt, so dass sich eine gleichbleibende Festigkeit bis in die Spitzen der Zähne ergibt.
Das so erhaltene Endprodukt ist vorzüglich als Schraubensicherung geeignet, wobei die Fertigung sehr wirtschaftlich und rationell erfolgen kann.
Anhand eines Ausführungsbeispieles ist die Erfindung sowohl gegenständlich als auch verfahrensmässig näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 bis 4 einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines erfindungsgemässen Federringes,
Fig. 5 einen Federring in Draufsicht,
Fig. 6 desgleichen in Seitenansicht,
Fig. 7bis 12 den Verfahrensablauf zur Herstellung eines erfindungsgemässen Federringes,
Fig. 13 einen nach dem Verfahren hergestellten Federring in Draufsicht,
Fig. 14 den Federring in Seitenansicht,
Fig. 15 einen zweitägigen Federring in Ansicht.
Ausgehend von einem metallischen Draht runden Querschnitts (Fig. 1) wird ein etwa trapezförmiges Profil hergestellt (Fig. 2), z. B. durch Ziehen oder Walzen...
Sofern der fertige Federring eine rechteckige Querschnittsform aufweisen soll, ist die trapezförmige Ausgangsprofilierung üblich und erforderlich.
Das Profil wird beispielsweise in einem weiteren Zieh- oder Walzvorgang so geformt, dass die innenliegende kurze Trapezfläche eine Hohlkehle 1 bildet.
Die Hohlkehle 1 kann auch beim Profilieren des Drahtes gleichzeitig ausgebildet werden. Zudem kann die auf der Ober-und Unterseite des Federringes vorzusehende Verzahnung 2 entweder kontinuierlich angewalzt oder diskontinuierlich eingestanzt werden.
Der fertig profilierte und mit Verzahnung versehene Draht wird einem Formwerkzeug zugeführt, dass in bekannter Weise den Federring formt und abtrennt. Der Trennvorgang kann ggf. gleichzeitig mit o.g. Zahnstanzvorgang ablaufen.
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Die Führung des Drahtes im Formwerkzeug erfolgt, wie in Fig. 4schematisch dargestellt, mittels zwei Führungen 3,4, die, ohne die verzahnten Flächen des Ringes zu beschädigen, an der Hohlkehle 1 und an der Grundseite des Trapezes angreifen.
Der fertige Federring ist in Fig. 5 und 6 gezeigt. Dabei ist in Fig. 5 ein Federring mit kreuzweiser Verzahnung gezeigt.
Die Verzahnung kann gerundete Zähne, besser aber scharfkantige Zähne aufweisen.
Der erfindungsgemässe Federring kann aus jedem geeigneten Material gefertigt sein.
Durch die Verzahnung der Wirkungsflächen des Federringes (Ober- und Unterfläche) ist der Federring als Schraubensicherung geeignet.
Damit ist eine neue vielseitige Verwendungsmöglichkeit eröffnet.
Ausgehend von einem Draht runden Querschnitts aus Federstahl (Fig. 7) wird zunächst ein etwa trapezförmiges Profil hergestellt (Fig. 8), was in einem Ziehvorgang geschieht.
Diese Vorgehensweise ist bekannt und dient dazu, dass der fertige Federring später einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Bei der Formung des Federringes wird natürlich die innenliegende Zone gestaucht und äussere gestreckt, so dass tatsächlich eine Rechteckprofilform erstellt wird.
Das trapezförmige Profil (Fig. 8) wird in vorzugsweise einem weiteren Ziehvorgang so geformt, dass die ehemals kurze Trapezfläche 11 eine im Querschnitt dreieckförmige Fläche 12 (Dach) bildet, während an den Seitenflächen des Trapezes durchgehende Längsriefen 13, im bevorzugten Beispiel drei je Fläche, profiliert werden.
Um eine Grössenordnungsvorstellung zu vermitteln, sei bemerkt, dass bei einer Trapezmittellinienabmessung von 2 mm, einer Grundseite von 2,22 mm, einer oberen Seitenlänge von 1,92 mm und einer Höhe von 3,42 mm die Spitzen 14 der Riefen 5 um 0,15 mm über die ursprüngliche Trapezseitenfläche hervorragen, während der Riefengrund 15 nicht um das gleiche Mass zurücksteht sondern planparallel ist. Der Riefenabstand beträgt hier 0,7 mm und der Radius zwischen Spitzen 14 und Grund 15 0,3 mm.
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Wenn das Profil gemäss Fig. 9 erzeugt ist, läuft der Draht durch ein Werkzeug, welches in die profilierten Seitenflächen querverlaufende Rinnen 16 eindrückt, die geringen seitlichen Abstand voneinander aufweisen, z. B. 0,3 mm, und die die Spitzen 14 der 15 Riefen 13 mindestens bis zum Kernniveau, vorzugsweise etwas tiefer unter gleichzeitiger Rinnenbildung im Kern, zurückbilden.
Der so fertig profilierte Draht wird einem Formwerkzeug zugeführt, das in üblicher Weise den Federring formt und 20 abtrennt.
Besonderheit dieses Werkzeuges ist, dass — wie in Fig. 12 schematisch gezeigt ist — drei Führungen 17,18,19 vorgesehen sind, die ohne die profilierten Seitenflächen zerdrücken zu 25 können, am Dach 12 bzw. an der Grundseite angreifen.
Der fertige, gehärtete Federring ist in Fig. 13 und 14 gezeigt.
Dabei verlaufen die Riefen 13 auf konzentrischen Kreisen und die Rinnen 16 in radialer Richtung.
In Fig. 15 ist ein zweilagiger Federring gezeigt, der ebenfalls 30 erfindungsgemäss ausgebildet ist.
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5 Blatt Zeichnungen
Claims (19)
1. Federring, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ober- und Unterfläche zahnartige Vorsprünge vorgesehen sind.
2. Federring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge als regelmässige Verzahnung (2) ausgebildet sind.
3. Federring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) mit dem Radius des Federringes Winkel bildet.
4. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsflächen schrägverzahnt sind.
5. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsflächen kreuzverzahnt sind.
6. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Federringes als Hohlkehle (1) ausgebildet ist.
7. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne des Federringes scharfkantig ausgebildet sind.
8. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne Hinterschnitt aufweisen.
9. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) angewalzt ist.
10. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) eingestanzt ist.
11. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial eines folgender Materialien vorgesehen ist:
Federstahl, Bronze und Nirosta-Stahl.
12. Federring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- und Unterfläche mehrere kreisförmig angeordnete, konzentrische Riefen (13) aufweist, deren Spitzen (14) über die Federringflächen herausragen und deren Grund (15) gegenüber den Federringflächen zurückliegend ausgeformt ist, dass in die Federringflächen radial verlaufende, geringen Abstand voneinander aufweisenden Rinnen (16) eingedrückt sind, in deren Bereich die Spitzen (14) der Riefen (13) mindestens bis zur Federringfläche zurückgedrückt sind (Fig. 13 und 14).
13. Federring nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Innenfläche des Federringes dachförmig (12) ausgebildet ist, so dass sie im Querschnitt eine etwa dreieckförmige Fläche aufweist.
14. Federring nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen (14) der Riefen (13) sich etwa "Ao mm über die Federringflächen erheben und der Grund der Riefen (13) nicht um das gleiche Mass zurückliegt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Federringes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) vor dem Biegen und Abschneiden des Federringes aufgebracht wird.
16. Verfahrennach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, dass drahtförmiges Ausgangsmaterial durch Walzen profiliert und gezahnt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass drahtförmiges Ausgangsmaterial durch Walzen profiliert und die Verzahnung (2) durch intermittierendes Stanzen aufgebracht wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines Federringes nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zunächst Draht aus Federstahl •von kreisförmigem Querschnitt in trapezförmigen Draht profiliert wird und nachfolgend dieser Draht in Federringform um die schmale Trapezseite gebogen und abgelängt wird, so dass eine rechteckige Querschnittsform erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht nach der ersten Profilierung auf den Seitenflächen des Trapezes mit Längsriefen (13) versehen wird, deren Spitzen (14) über die Seitenflächen vorspringen und deren
Grund (15) diesen Flächen gegenüber zurückspringt, dass gleichzeitig bzw. in einem weiteren Arbeitsschritt die schmale Trapezfläche zu einer im Querschnitt etwa gleichschenkligen Dreiecksfläche (12) (Dach) umgeformt wird, und dass dann in geringen Abständen voneinander parallel zueinander verlaufende Querrinnen (16) eingedrückt werden, wobei mindestens die Spitzen (14) der Längsriefen (13) zurückverformt werden, und dass der Draht beim Formen des Federringes innen an den Dachflächen (12) und aussen an der Trapezgrundfläche geführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anformung der Riefen ( 13) und des Daches (12) in einem gemeinsamen Ziehvorgang vorgenommen werden.
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