DE1080354B

DE1080354B - Screw locking in the form of a coil spring

Info

Publication number: DE1080354B
Application number: DEV5275A
Authority: DE
Inventors: Karl Vossloh
Original assignee: Vossloh Werke GmbH
Current assignee: Vossloh Werke GmbH
Priority date: 1952-12-19
Filing date: 1952-12-19
Publication date: 1960-04-21

Description

Es sind Schraubensicherungen bekannt, die durch eine Reihe von aufeinandergelegten Tellerfedern gebildet werden. Diese Sicherungen ermöglichen lediglich eine sogenannte Hochspannung durch Flachdrücken. Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine Schraubensicherung in Form einer Schraubenfeder mit von der normalen Schraubenlinie abweichenden Biegungen der Windungen für die Hochspannung der Schraubensicherung. Eine solche aus einem einzigen Stück Flachdraht gewickelte Schraubenfeder bietet die Möglichkeit, bei der Herstellung jederzeit sowohl durch die Anzahl als auch durch eine entsprechende Biegung der einzelnen Lagen in einfacher Weise die Federungscharakteristik veränderlich zu gestalten und den gewünschten Anzugs- und Spannkräften anzupassen. Gegenüber aufeinandergelegten Tellerfedern läßt sich außerdem die erwünschte gleichbleibende Federcharakteristik deshalb leichter erreichen, weil die hierfür maßgeblichen Teilstücke immer die gleiche Lage zueinander haben. Das Verbindungsglied zwischen den Teilstücken ergibt sich bei der Herstellung der Schraubenfeder aus einem Stück von selbst.There are known screw locks, which are formed by a series of disc springs placed one on top of the other will. These fuses only allow a so-called high voltage by pressing flat. In contrast, the invention relates to a screw lock in the form of a helical spring with bends of the windings for the high voltage that deviate from the normal helix the screw lock. Such a coil spring wound from a single piece of flat wire offers the possibility of production at any time, both by the number and by a corresponding Bending of the individual layers changes the suspension characteristics in a simple manner design and adapt to the desired tightening and clamping forces. Across from one another Disc springs also make it easier to achieve the desired constant spring characteristics, because the parts that are relevant for this always have the same position in relation to one another. The connecting link between the sections results in the manufacture of the helical spring from one piece by itself.

Bei der Ausbildung der die Hochspannung ergebenden Biegungen in den Windungen der Schraubenfeder wird angestrebt, daß die dadurch gebildeten Wölbungen eine nicht zu geringe Pfeilhöhe aufweisen, damit ein möglichst langer Federweg auch im Bereich der Hochspannung zur Verfügung steht. Dadurch soll verhütet werden, daß durch Abnutzung der Anlageflächen der Schraubensicherung, die in der Regel aus weniger hartem Werkstoff bestehen, oder durch geringes axiales Nachgeben des Schraubenbolzens die Hochspannung zu rasch absinkt. Andererseits ist dem Krümmungsradius der Biegungen durch die mit der Krümmung zunehmende Materialbeanspruchung bei der Belastung der Schraubensicherung eine gewisse Grenze gesetzt. Bei übermäßig gewölbten Biegungen besteht Bruchgefahr durch Dauerbeanspruchung.When forming the bends in the coils of the helical spring resulting in the high voltage, the aim is to ensure that the arches formed are not too low in height so that the longest possible spring travel is also available in the high voltage area. This is to prevent the high voltage from dropping too quickly due to wear of the contact surfaces of the screw locking device, which are usually made of less hard material, or due to slight axial yielding of the screw bolt. On the other hand, the radius of curvature of the bends is subject to a certain limit due to the material stress increasing with the curvature when the screw locking device is loaded. In the case of excessively arched bends, there is a risk of breakage due to long-term stress.

Gemäß der Erfindung schmiegen sich im unbelasteten Zustand der Schraubenfeder im Bereich der Biegungen mindestens zwei der Windungen aneinander, und die Schraubenfeder beteht aus einem einzigen die Windungen bildenden Stück Flachdraht. Die benachbarten AVindungen können im Bereich der Biegungen in etwas verschiedener Richtung verlaufen, z. B. leicht divergieren, so daß zwischen den Lagen der Biegungsfeder ein gewisses Spiel gegeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schraubenfeder nahezu vier Windungen, von denen die beiden äußeren Windungspaare von aneinandergeschmiegten oder nahezu aneinandergeschmiegten Windungen gebildet werden, wobei diese durch ein einfaches, gegebenenfalls gekröpftes Windungsteil verbundenen Windungs-Schraubensicherung
in Form einer SchraubenfederAccording to the invention, in the unloaded state of the helical spring, at least two of the windings nestle against one another in the area of the bends, and the helical spring consists of a single piece of flat wire forming the windings. The neighboring A connections can run in slightly different directions in the area of the bends, e.g. B. diverge slightly so that there is a certain amount of play between the layers of the flexure spring. In a preferred embodiment, the helical spring has almost four turns, of which the two outer pairs of turns are formed by coils that are nestled against one another or nearly nestled against one another
in the form of a helical spring

Anmelder:Applicant:

Vossloh-Werke G.m.b.H.,
Werdohl (Westf.)Vossloh-Werke GmbH,
Werdohl (Westphalia)

Karl Vossloh, Werdohl (Westf.),
ist als Erfinder genannt wordenKarl Vossloh, Werdohl (Westphalia),
has been named as the inventor

paare in bei einfachen Schraubenfedern bekannter Weise entgegengesetzt gebogen sind.pairs are bent in opposite directions in a manner known from simple coil springs.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht in der Hauptsache darin, daß die Aufspaltung des Drahtquerschnitts in den Bereichen der Biegungen eine, weichere Hochspannung bei langem Federweg im Hochspannungsbereich ergibt, während im Niederspannungsbereich weiterhin eine genügende Pufferwirkung vorhanden bleibt, die sich bei weitgehender Spannungsentlastung durch momentanes Niederdrücken der Schiene günstig auswirkt,The advantage achieved by the invention is mainly that the splitting of the wire cross-section In the areas of the bends, a softer high voltage with a long spring deflection in the high voltage area results, while in the low voltage range still a sufficient buffer effect remains present, which is largely relieved of tension by momentarily depressing the Rail has a beneficial effect,

In der Zeichnung sind nach der Erfindung ausgebildete Schraubensicherüngen als Ausführungsbeispiele dargestellt. Ferner enthält die Zeichnung Belastungsdiagramme. In the drawing are trained according to the invention Screw locking shown as exemplary embodiments. The drawing also contains load diagrams.

Fig. 1 zeigt die unbelastete Schraubensicherung in Seitenansicht;Fig. 1 shows the unloaded screw locking device in side view;

Fig. 2 ist der Grundriß „zu Fig. 1;FIG. 2 is the plan "for FIG. 1;

Fig. 3 und 4 zeigen die,,Schraubensicherung in zwei weiteren Ansichten, welchp zu der in Fig. 1 gezeigten um je 90° versetzt sind;,..»Fig. 3 and 4 show the ,, screw locking in two further views, which are offset by 90 ° to the one shown in FIG. 1;

Fig. 5 zeigt die Außenabrollung der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Schraubensicherung in unbelastetem Zustand; FIG. 5 shows the external unwinding of the FIGS. 1 to 4 screw locking shown in unloaded condition;

Fig. 6 zeigt die Außetj|ibrollung einer anders ausgebildeten Schraubensicherung;Fig. 6 shows the outer roll of a differently designed Screw locking;

Fig. 7 stellt einige Druckdiagramme dar.Fig. 7 shows some pressure diagrams.

Das in Fig. 1 bis 5 gezeigteBeispiel einer Schraubensicherung entspricht in der Grundform einem bekannten Doppelfederring nach der deutschen Patentschrift 454 411, bei ' welchem jeder Gang der Schraubenfeder mit einer gewölbten Durchbiegung versehen ist, deren Grundlinie bzw. Stützweite in ihrer Länge dem äußeren Durchmesser der Schraubenfeder gleichkommt. Jedoch hat der nach der Erfindung ausgebildete Federring die Eigenart, daß er statt zwei Windungen zwei Windungspaare aufweist, von denen das eine Paar aus zwei Windungen 1 und 2 und dasThe example of a screw locking device shown in FIGS. 1 to 5 corresponds in its basic form to a known one Double spring ring according to German patent specification 454 411, in which each gear of the Helical spring is provided with a curved bend, the base line or support width in their Length equals the outer diameter of the coil spring. However, the trained according to the invention Spring ring has the peculiarity that instead of two turns it has two pairs of turns, one of which the one pair of two turns 1 and 2 and that

909 78T/202909 78T / 202

andere Paar aus zwei Windungen 3 und 4 besteht. Die beiden Windungen eines jeden Paares sind gemeinsam gebogen, so daß die Windungen 1 und 2 bzw. 3 und 4 paarweise aneinandergeschmiegt verlaufen. Dagegen sind die Windungspaare I₁ 2 und 3, 4 als solche entgegengesetzt gebogen. Die Verbindung zwischen den beiden Windungspaaren besteht aus einem einfachen, leicht gekröpften Windungsteil 5.other pair consists of two turns 3 and 4. The two turns of each pair are bent together so that turns 1 and 2 or 3 and 4 are nestled together in pairs. In contrast, the pairs of turns I ₁ 2 and 3, 4 are bent in opposite directions as such. The connection between the two pairs of turns consists of a simple, slightly cranked turn part 5.

Die in Fig. 5 gezeigte Außenabrollung der Schraubenfeder läßt deutlich erkennen, daß die beiden Windungspaare 1, 2 und 3, 4 sich mit je zwei entgegengesetzt gerichteten Wölbungen 6 und 7 bzw. 8 und 9 einander. gegenüberstehen, deren Stützlänge etwas mehr als einem halben Windungsumfang entspricht.The outer unrolling of the helical spring shown in FIG. 5 can clearly be seen that the two pairs of turns 1, 2 and 3, 4 are opposite each other with two directed bulges 6 and 7 or 8 and 9 each other. face whose support length is slightly corresponds to more than half a turn circumference.

Die in Fig. 6 dargestellte Abrollung einer anderen Schraubenfeder zeigt, daß bei dieser die beiden Windungen eines Paares nicht dicht aneinandergeschmiegt sind, sondern infolge stärkerer Krümmung der außenliegenden beiden Windungen 1 und 4 geringe Zwischenräume 10 und 11 aufweisen, so daß auch zwischen den Windungen eines jeden Paares eine gewisse Biegungsfederung stattfindet. The unwinding of another helical spring shown in FIG. 6 shows that in this case the two turns of a pair are not nestled close together, but rather because of the greater curvature of the outer ones two turns 1 and 4 have small spaces 10 and 11, so that between the Turns of each pair a certain flexural spring takes place.

In Fig. 7 sind Belastungsdiagramme verschiedener Schraubensicherungen gezeichnet. Auf der Ordinate sind die gemessenen Drücke in 1000 kg und auf der ^a5 Abszisse die den jeweiligen Drücken entsprechenden Federwege in Millimetern aufgetragen.In Fig. 7 load diagrams of various screw locks are drawn. The measured pressures in 1000 kg are plotted on the ordinate and the spring deflections corresponding to the respective pressures in millimeters are plotted ^{on the a 5 abscissa.}

Die Linie α zeigt das Diagramm eines Doppelfederringes nach der deutschen Patentschrift 454411 mit einem Durchmesser von 25 mm und einem Drahtquerschnitt von 10 · 6 mm. Diese Linie läßt erkennen, daß die Zusammendrückung schon bei einer Belastung von 500 kg etwa 4 mm beträgt. Bei weiterer Belastung ist der eigentliche Schräubenfederhub bald beendet, was der verhältnismäßig scharfe Knick der Kurve anzeigt. Im Hochspannungsgebiet von 1000 bis 3000 kg beträgt der Federweg nur noch etwa 0,6 bis 0,7 mm, wie an dem schraffierten Dreieck erkennbar.The line α shows the diagram of a double spring ring according to German patent specification 454411 with a diameter of 25 mm and a wire cross-section of 10 × 6 mm. This line shows that the compression is already about 4 mm with a load of 500 kg. If the load continues, the actual coil spring stroke will soon be over, which is indicated by the relatively sharp bend in the curve. In the high-voltage area of 1000 to 3000 kg, the spring deflection is only about 0.6 to 0.7 mm, as can be seen from the hatched triangle.

Die Linie b zeigt das Diagramm einer nach Fig. 1 bis 5 ausgebildeten Schraubensicherung mit einem Durchmesser von 25 mm und einem Drahtquerschnitt von 10 -4 mm, die Linie c das Diagramm einer entsprechend gestalteten Schraubensicherung, deren Drahtquerschnitt jedoch 11 -5 mm beträgt. Mltd ist eine ideale Diagrammlinie bezeichnet, bei welcher der Federweg proportional mit der Belastung zunimmt und im Gebiet der Hochspannung von 1000 bis 3000 kg 2 mm beträgt, wie das an seinem Umriß schraffierte Dreieck anzeigt.Line b shows the diagram of a screw locking device designed according to FIGS. 1 to 5 with a diameter of 25 mm and a wire cross-section of 10 -4 mm, line c the diagram of a correspondingly designed screw locking device, the wire cross-section of which, however, is 11 -5 mm. Mltd is an ideal diagram line in which the spring deflection increases proportionally with the load and in the area of high tension from 1000 to 3000 kg is 2 mm, as indicated by the hatched triangle on its outline.

Die Linien b und c lassen erkennen, daß deren Verlauf sich dem Idealverlauf bemerkenswert nähert, insbesondere wenn man die Linie α zum Vergleich heranzieht. Durch die Unterteilung des Drahtquerschnitts der Biegungen in den Windungen entstehen geschichtete Federn, welche im Hochspannungsgebiet bei Belastungen zwischen 1000 und 3000 kg Federwege von 1,3 und 1,4 mm aufweisen, wie die betreffenden schraffierten Dreiecke zeigen. Der Federweg der Schraubensicherung nach den Linien b und c erreicht im Hochspannungsgebiet fast die Größe des Federweges eines dreigängigen Federringes aus einfachem starkem Federdraht. Dabei ist jedoch die Materialbeanspruchung bei der doppellagig ausgebildeten Feder wesentlich geringer. Diese ist infolge der Unterteilung des Federquerschnitts viel elastischer als eine starke einteilige Feder. Die Folge davon, ist, daß die Diagrammlinie mit stetiger Krümmung in das Gebiet der Hochspannung übergeht, im Gegensatz zu der Kennlinie α eines bekannten nachspannenden Doppelfederringes. Auch bei weiterer Steigerung der Federspannung auf 4000 kg steht nach den Kennlinien b und c noch ein beachtlicher weiterer Federweg von etwa 0,4 bis 0,5 mm zur Verfügung.The lines b and c show that their course approaches the ideal course remarkably, especially if one uses the line α for comparison. The subdivision of the wire cross-section of the bends in the coils results in layered springs, which in the high-voltage area have spring deflections of 1.3 and 1.4 mm at loads between 1000 and 3000 kg, as the relevant hatched triangles show. The spring deflection of the screw locking device according to lines b and c in the high-voltage area is almost as large as the spring deflection of a three-start spring washer made of simple, strong spring wire. In this case, however, the material stress is significantly lower in the case of the double-layer spring. Due to the subdivision of the spring cross-section, this is much more elastic than a strong one-piece spring. The consequence of this is that the diagram line merges with a constant curvature into the area of high voltage, in contrast to the characteristic curve α of a known retensioning double spring ring. Even if the spring tension is increased further to 4000 kg, a considerable further spring travel of around 0.4 to 0.5 mm is available according to the characteristics b and c.

Erhöht man den Querschnitt des Federringes mit einzelnen Windungen auf ebenfalls 10 · 8 mm, so wird der Federweg der Linie α im Niederspannungsbereich bei zunehmender Spannung ebenso steil ansteigen wie bei kleinerem Querschnitt, jedoch wird der Knickpunkt der Linie α nun bei 2,5 bis 3 mm Federweg liegen. Von hier ab wird sich diese Linie dann der Linie b annähern. Im Niederspannungsbereich ist der Federweg der bekannten einteiligen Federn also größer als bei der mehrteiligen Feder gemäß der Erfindung. Die geleistete Federarbeit ist aber im Bereich einer Belastung von 1000 bis 3000 kg im Mittel bei beiden Federausbildungen ewa die gleiche.If you increase the cross-section of the spring washer with individual turns to 10 x 8 mm, the spring deflection of the line α in the low-voltage range will increase just as steeply as the voltage increases as it does with a smaller cross-section, but the inflection point of the line α is now 2.5 to 3 mm of travel. From here on, this line will approach line b. In the low-voltage range, the spring deflection of the known one-piece springs is greater than that of the multi-piece spring according to the invention. The spring work performed is roughly the same for both spring designs in the range of a load of 1000 to 3000 kg on average.

Der kürzere Federweg im Niederspannungsbereich macht sich keinerswegs nachteilig bemerkbar, da der Federweg der Linie b im Vergleich mit der Linie a anfänglich, d. h. im Bereich geringer Belastungen bis etwa 200 kg, nahezu ebenso steil ansteigt, so daß bei etwa auftretenden kleinen Drücken, z. B. bei starker Spannungsentlastung durch momentanes Niederdrücken der Schiene bei Schienenbefestigungen, der Druckwechsel federnd aufgefangen wird.The shorter spring travel in the low-voltage range is in no way noticeable disadvantageously, since the spring travel of line b initially rises almost as steeply in comparison with line a , ie in the area of low loads up to about 200 kg, so that when small pressures occur, e.g. B. with strong stress relief by momentarily depressing the rail for rail fastenings, the pressure change is resiliently absorbed.

Der Querschnitt einer Feder von 10 · 8 mm im Hochspannungsbereich ist jedoch nicht nur weniger elastisch, sondern weist vor allem eine erhöhte Bruchgefahr in den Wölbungen der Windungen gegenüber einer Feder auf, deren Drahtquerschnitt nur 10 · 4mm beträgt und bei welcher je zwei benachbarte Windungen sich im Bereich der Wölbungen aneinanderschmiegen. However, the cross-section of a spring of 10 x 8 mm in the high-voltage area is not only less elastic, but above all shows an increased risk of breakage in the curvature of the windings a spring with a wire cross-section of only 10 · 4mm and with two adjacent turns nestle against each other in the area of the bulges.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Schraubenfedern mit der gezeichneten Windungszahl und Form der Biegungen beschränkt. Beispielsweise können sechs Windungen eines Flachdrahtes oder drei zweigängige Windungen eines doppelt gelegten Flachdrahtes vorgesehen sein. Die Stützlänge der Biegungen kann z. B. ein Viertel, ein Drittel, die Hälfte oder mehr des Windungsumfanges umfassen. Gebogene Windungsteile können mit nicht gebogenen Teilen abwechseln. Die Erfindung kann sinngemäß bei allen Arten von Schraubensicherungen verwirklicht werden, die in Form einer Schraubenfeder mit von der normalen Schraubenlinie abweichenden Biegungen in den Windungen ausgeführt sind.The application of the invention is not to coil springs with the number of turns and The shape of the bends is limited. For example, six turns of a flat wire or three two-turn turns of a double-laid flat wire can be provided. The support length of the bends can e.g. B. comprise a quarter, a third, half or more of the turn circumference. Curved Winding parts can alternate with non-bent parts. The invention can analogously with all types of screw locking can be realized in the form of a coil spring with from the normal helix deviating bends in the windings are carried out.

Claims

Patent claims:

1. Screw locking in the form of a helical spring with a different from the normal helical line Bends of the turns for the high voltage of the screw locking, characterized in that in the unloaded state of the helical spring in the area of the bends at least two of the coils nestle against each other and the coil spring from a single piece of flat wire forming the coils consists.

2. Screw locking device according to claim 1, characterized in that the adjacent turns run in slightly different directions in the area of the bends, e.g. B. slightly diverge so that there is a certain amount of play between the layers of the bending spring.

3. Screw locking device according to claim 1 or 2, characterized in that the helical spring has almost four turns, of which the two outer pairs of turns are nestled together or almost snuggled together

Turns are formed and these by a simple, possibly cranked turn part connected Windungsgaare opposite in a known manner in simple coil springs are bent.

Considered publications: German patents Fr. 523 854, 454411; French Patent No. 730,428; Belgian Patent No. 503 586; U.S. Patent No. 1,245,907.

1 sheet of drawings