DE3539608A1

DE3539608A1 - Schraubenfeder und ihre verwendung

Info

Publication number: DE3539608A1
Application number: DE19853539608
Authority: DE
Inventors: Peter J. Tustin Calif. Balsells
Original assignee: Bal Seal Engineering LLC
Current assignee: Bal Seal Engineering LLC
Priority date: 1985-01-07
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1986-07-10
Anticipated expiration: 2005-11-09
Also published as: GB2169378B; GB8531469D0; DE3539608C2; JPS61165035A; JPH07111213B2; GB2169378A; US4655462A

Description

Anmelder: Stuttgart, den 06.11.1985

Firma P 4758 S/Pi

Balsells Engineering Company

620 West Warner Avenue

Santa Ana

California 92707

Vereinigte Staaten von Amerika

Vertreter:

Kohler-Schwindling-Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Schraubenfeder und ihre Verwendung

Die Erfindung betrifft eine Schraubenfeder, deren miteinander verbundene Windungen im Abstand voneinander angeordnet sind. Solche Federn werden seit vielen Jahren dazu benutzt, um einander berührende Flächen aneinander anzudrücken. Wie die meisten elastischen Körper üben auch Federn, wenn sie ausgelenkt wurden, eine allgemein dem Hookeschen Gesetz folgende Kraft aus, was besagt, daß die meisten Federn einer Belastung eine Kraft entgegensetzen, die im wesentlichen der Auslenkung der Feder proportional ist.

Obwohl diese Eigenschaft bei vielen Vorrichtungen mit Vorteil Anwendung findet, stellt sie bei manchen anderen Anwendungen einen erheblichen Nachteil dar, beispielsweise dann, wenn die Feder dazu dient, auf einander berührenden Flächen eine Dichtkraft auszuüben.

Beispielsweise können zusammenwirkende oder zueinander passende Teile, die eine Relativbewegung zueinander ausführen, ihre Dimensionen infolge von Abnutzung, Temperatur- und Druckänderungen verändern, abgesehen von auf eine exzentrische Anordnung der Teile zurückzuführende Lageänderungen. Eine typische federnde Dichtung, die zwischen solchen zusammenwirkenden Teilen angeordnet ist, wird von den Teilen ausgelenkt, zwischen denen sie eine Dichtung bildet. Diese Auslenkung führt zu einer auf die aneinander angepaßten Teile ausgeübten Kraft, die im Zusammenwirken mit dem Dichtmaterial den Austritt von Fluiden verhindert.

Wenn bei einer Änderung der Dimensionen der zusammenwirkenden Teile, wie sie oben angegeben worden ist, der Abstand zwischen diesen Teilen zunimmt, so nimmt die Auslenkung der Feder ab, da sie sich ausdehnt, um den wachsenden Spalt zwischen den benachbarten Teilen auszufüllen. Als Folge davon nimmt gemäß dem Hookeschen Gesetz auch die Kraft ab, die von der federnden Dichtung ausgeübt wird, so daß die Wahrscheinlichkeit zunimmt, daß ein Fluid die Dichturg passiert. Um einer solchen Situation vorzubeugen und die Abnutzerscheinungen aufzufangen, werden federnde Dicttungen typischerweise sehr viel stärker ausgelenkt, als es erforderlich ist, um eine gute Abdichtung zu erzielen. Hierdurch werden jedoch die zusammenwirkenden Teile mit einer sehr viel größeren Kraft belastet, als es erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenfeder der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die von ihr ausgeübte Kraft auch bei Dimensionsänderungen im wesentlichen gleich bleibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Windung der Schraubenfeder in einen vorgegebenen spitzen Winkel zur Mittellinie der Schraubenfeder angeordnet ist, damit die Schraubenfeder ihrer Auslenkung in einer Belastungsrichtung, die sich etwa senkrecht zur Mittellinie der Schraubenfeder erstreckt, in einem vorgegebenen Bereich eine im wesentlichen konstante Kraft entgegensetzt.

Die erfindungsgemäße Schraubenfeder hat demnach den Vorteil, daß sie in einem erheblichen Bereich ihrer Auslenkung eine konstante Kraft erzeugt, so daß sie ideal zum Herstellen einer Abdichtung zwischen zusammenwirkenden und zusammenpassenden, relativ zueinander bewegten Teilen geeignet ist, auch bei Variationen in den Dimensionen der Teile, die auf Toleranzen, Abnützung, Exzentrizitäten und Parallelitätsfehler in den zusammenwirkenden Teilen sowie temperatur- und druckbeeinflußte Änderungen der Teile zurückzuführen sind.

Die konstante Kraft wird innerhalb eines vorgegebenen Auslenkungsbereiches der Schraubenfeder längs der Belastungsrichtung erzielt, der etwa 10 % bis etwa 30 $ der Höhe der Schraubenfeder betragen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Windungen in bezug auf die Mittellinie der Schraubenfeder schräg gestellt. Jede Windung weist einen hinteren und einen vorderen Abschnitt auf. Der hintere Abschnitt schließt mit

der Mittellinie einen hinteren Winkel ein, der größer ist als etwa 1 *, während der vordere Abschnitt mit der Mittellinie einen vorderen Winkel einschließt, der kleiner als etwa 30* ist.

Die Windungen der Schraubenfeder können aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt bestehen, während die Schraubenfeder selbst einen elliptischen Querschnitt haben kann, der zur Mittellinie der Schraubenfeder zentriert ist. Außerdem können die Enden der Schraubenfeder miteinander verbunden sein, um eine ringförmig geschlossene Feder zu bilden. Bei dieser letztgenannten Konfiguration ist die Belastungsrichtung im wesentlichen senkrecht zu einer an die Mittellinie angelegten Tangente.

Wird die erfindungsgemäße Schraubenfeder in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in Verbindung mit Dichtungsmaterial verwendet, das elastisch oder auch unelastisch sein kann, so wirken die Windungen mit dem Dichtungsmaterial in der Weise zusammen, daß die Schraubenfeder auf das Dichtungsmaterial eine konstante Kraft ausübt, wie es oben beschrieben wurde, um zwischen zwei zusammenpassenden Teilen eine Abdichtung zu bewirken, die gewährleistet, daß ungeachtet von Unregelmäßigkeiten, Exzentrizitäten, Abrieb und anderen Dimensionsänderungen, welche den Abstand zwischen den zusammenpassenden Teilen und infolgedessen auch das Ausmaß der Auslenkung der mit der Schraubenfeder versehenen Dichtung beeinflussen, eine konstante Kraft auf das Dichtmaterial ausgeübt wird.

Weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Die

der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Pig. 1 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer Dichtungsanordnung mit Schraubenfeder nach der Erfindung,

flg. 2 ein die Beziehung zwischen Kraft und Auslenkung bei einer typischen Feder nach dem Stand der Technik wiedergebendes Diagramm,

Fig. 3 ein die Beziehung zwischen Kraft und Auslenkung bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Schraubenfeder wiedergebendes Diagramm,

Fig. 4a die Seitenansicht der Windungen einer Schraubenfeder nach der Erfindung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4b die Endansicht der in Fig. 4a dargestellten Schraubenfeder längs deren Mittellinie bei starker Schrägstellung der Windungen,

Fig. 4c die Endansicht der in Fig. 4a dargestellten Feder längs deren Mittellinie bei weniger starker Schrägstellung der Windungen als gemäß Fig. 4b,

Fig. 4d eine Anzahl von Querschnitten verschiedener Drahtarten, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Feder verwendet werden können,

Pig. 5 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer endlosen, ringförmigen Schraubenfeder nach der Erfindung in komprimiertem Zustand,

Fig. 6 ein Diagramm der Beziehung zwischen Kraft und Auslenkung bei einem speziellen Beispiel einer Schraubenfeder nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Darstellung der Anwendung einer spezifischen Ausführungsform einer geradlinigen Schraubenfeder nach der Erfindung zur Übertragung gleichmäßiger Kräfte zwischen zwei nicht parallelen Flächen,

Fig. 8 die Darstellung einer zwischen einer Welle und einem Gehäuse angeordneten Dichtungsanordnung mit einer Schraubenfeder nach der Erfindung,

Fig. 9 die Darstellung der ringförmig geschlossenen Schraubenfeder nach Fig. 5 in Kombination mit einem nachgiebigem Material und einem U-förmigen, kreisförmigen Stützglied,

Fig. 10 die Darstellung einer Dichtung mit einer ringförmig geschlossenen Schraubenfeder nach der Erfindung in einer auf Druck und Zug beanspruchten Vorrichtung und

Fig. 11 die Darstellung einer Schraubenfeder nach der Erfindung in Kombination mit Dichtungsmaterial zur Erzeugung einer Abdichtung zwischen zwei Flächen.

Die in Pig. 1 dargestellte, nach der Erfindung ausgebildete Dichtungsanordnung 10 besteht aus einem ringförmigen Dichtungsmaterial 12, das durch spanlose Formgebung oder spanabhebend aus jedem geeigneten elastischen Material hergestellt sein kann, beispielsweise aus einem nachgiebigen Elastomer oder aus Kunststoff, und aus einer Schraubenfeder 14» die zu einem endlosen Ring geformt ist und eine Vielzahl von schräg gestellten Windungen 16 aufweist, die in eine Nut des ringförmigen Dichtungsmaterials 12 eingelegt ist und deren Windungen an dem Dichtungsmaterial anliegen, so daß sie auf das Dichtungsmaterial in einer Belastungsrichtung L (siehe Pig. 5) eine Kraft ausüben. Die Schraubenfeder 14 kann aus verschiedenen Legierungen bestehen, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Inconel, Hastelloy, Elgiloy und anderen.

Wie am bestehen Pig. 5 veranschaulicht, erstreckt sich die Belastungsrichtung L etwa senkrecht zu der an die Mittellinie C der Schraubenfedern angelegten Tangente T.

Die Wirkungsweise der eine Schraubenfeder enthaltenden Dichtungsanordnung 10 wird nachfolgend mehr im einzelnen erläutert.

Wie oben angegeben, haben die bekannten Schraubenfedern, wie sie seit vielen Jahren hergestellt werden, eine typische Pedercharakteristik, bei der die Pederkraft proportional zur Auslenkung der Peder ist. Pig. 2 gibt die Charakteristik einer solchen, nicht näher dargestellten Peder in Porm der Kraft-Auslenkungs-Kurve 20 wieder, die drei Abschnitte umfaßt, nämlich einen Anfangsabschnitt 22, einen Arbeitsabschnitt 24 und einen Überlastabschnitt 26, von denen sich der Arbeitsabschnitt von einem ersten Punkt 30 bis zu einem zweiten Punkt 32 erstreckt.

Die Federn nach dem Stand der Technik folgen im Prinzip dem Hookeschen Gesetz, was bedeutet, daß die Kraft-Auslenkungs-Kurve 20 bekannter Federn allgemein eine proportionale Beziehung über die drei Abschnitte oder Bereiche 22, 24 und 26 wiedergibt.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die bekannten Federn gewöhnlich vorgespannt oder bis zu einem Punkt 36 ausgelenkt werden, der sich im Arbeitsabschnitt 24 der Kurve befindet. Jede Änderung im Maß der Auslenkung hat eine Änderung der Kraft zur Folge, die von den bekannten Federn ausgeübt wird, die proportional zur Änderung der Auslenkung ist.

Wie bereits vorstehend erwähnt wurde und wie es nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird, kann bei manchen Anwendungen von Schraubenfedern und von mit solchen Federn versehenen Dichtungen die Kraft-Auslenkungs-Charakteristik der üblichen Schraubenfedern von erheblichem Nachteil sein.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist auch die Kraft-Auslenkungs-Kurve 38 einer nach der Erfindung ausgebildeten Schraubenfeder 14 drei Abschnitte auf, nämlich einen Anfangsabschnitt 40, einen Arbeitsabschnitt 42 und einen Überlastabschnitt 44· Der Anfangsabschnitt 40 der Kraft-Auslenkungs-Kurve 38 ist bis zu einem Übergangspunkt 46 im wesentlichen linear. Von dieser Stelle an bleibt die von der Feder infolge ihrer Auslenkung ausgeübte Kraft im wesentlichen konstant, und zwar in einem Bereich der Auslenkung von etwa 10 $ bis etwa 30 #, bis ein Überlastpunkt 48 erreicht wird, nach dessen Überschreiten ein bedeutender Zuwachs der Kraft eintritt.

-t

Die Schraubenfeder 14 kann auch so konstruiert sein, daß ein durch die gestrichelte Linie 52 in Pig. 3 veranschaulichte linearer Bereich existiert, bei dem eine gewisse Proportionalität zwischen Kraft und Auslenkung der Feder besteht, wie es unter manchen Umständen erwünscht sein kann.

Tatsächlich wurde gefunden, daß ein bestimmtes Verhältnis oder ein Kraftfaktor K (flat force factor) dazu benutzt werden kann, die Nützlichkeit einer spezifischen Feder zu bestimmten. Der Kraftfaktor ist wie folgt definiert:

Kraft bei 20 % Auslen
kung über den Übergangs-
jDunkt

-

Kraft im Übergangspunkt

Kraft bei 20 % Auslenkung über den Übergangspunkt

Wenn die Feder im Arbeitsabschnitt 42 eine konstante Kraft besitzt, wie es Fig. 3 zeigt, ist der Kraftfaktor K gleich Null.

Es wurde festgestellt, daß eine Feder mit einem Kraftfaktor bis zu etwa 0,3» der in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie 52 veranschaulicht wird, von besonderem Nutzen sein kann.

Im Betrieb wird die nach der Erfindung ausgebildete Schraubenfeder 14 zunächst durch eine spezifische Auslekung vorgespannt, wie sie durch den Punkt 56 im Arbeitsabschnitt 42 der Kurve 38 in Fig. 3 veranschaulicht ist. Aus Fig. 38 ist ersichtlich, daß eine Änderung in der Auslenkung der Feder, wie sie bei den noch zu beschreibenden Beispielen eintreten

mag, nicht die von der Feder ausgeübte Kraft beeinflußt. Da dann die Dichtkraft konstant bleibt, wird zwischen zusammenpassenden Teilen, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind, eine positive Abdichtung erzielt trotz Dimensionsänderungen der zusammenpassenden Teile, die beispielsweise durch Abnutzung, Exzentrizitäten, Temperaturänderungen und Druckänderungen verursacht sein können.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt einer Schraubenfeder 14, deren einzelne Windungen 16 je einen hinteren Abschnitt 60 und einen vorderen Abschnitt 62 aufweisen, von denen der hintere Abschnitt 60 mit der Mittellinie C einen hinteren Winkel B und der vordere Abschnitt 62 mit der Mittellinie C einen vorderen Winkel F bildet.

Es wurde festgestellt, daß eine charakteristische Kraft-Auslenkungs-Kurve, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, erzielt werden kann, wenn der hintere Winkel größer als etwa 1* und kleiner als etwa 25* ist, so daß eine gleichbleibende Ablenkung der Feder in der Belastungsrichtung L eintritt, und wenn der vordere Winkel F kleiner ist als etwa 30*.

Diese Bedingungen können erfüllt werden, wenn die Schraubenfeder aus Windungen aus Draht 66 besteht, die einen elliptischen Querschnitt 68 haben, wie es Fig. 4b zeigt, oder aber einen kreisförmigen Querschnitt 70, wie es Fig. 4c zeigt. Der Windungsquerschnitt wird umso kreisförmiger, je kleiner die vorderen und hinteren Winkel F bzw. B sind.

Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Dimensionen von nach der Erfindung ausgebildeten Schraubenfedern in erheblichem Maße voneinander abweichen können, je nach den Forderungen

bezüglich Belastbarkeit sowie Größe und Höhe des zur Unterbringung der Feder zur Verfügung stehenden Raumes. Die erforderlichen Dimensionen können ohne übermäßige Versuche bestimmt werden. Beispielsweise kann die Belastung, -wie sie in Pig. 3 durch den Punkt 54 wiedergegeben wird, irgendwo im Bereich zwischen 0,2 und 50 N liegen. Die Höhe 74 der Feder kann zwischen etwa 0,6 mm und etwa 25 mm betragen. Der Draht 66 kann unterschiedliche Querschnitte haben, wie beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt 66a, einen ovalen Querschnitt 66b, einen elliptischen Querschnitt 66c, einen rechteckigen Querschnitt 66d oder auch einen quadratischen Querschnitt 66e, je nach der gewünschten Belastungsund Auslenkungs-Charakteristik.

Drähte mit kreisförmigem Querschnitt haben typische Durchmesser zwischen etwa 0,08 und 2,0 mm. Der Windungsabstand 78 beträgt gewöhnlich etwa 70 % des Drahtdurchmessers.

Es ist zu beachten, daß der Arbeitsabschnitt 42 der in Fig. 3 dargestellten Kurve 38 umso länger ist, je größer der Abstand 78 zwischen den Windungen der Feder und demgemäß je größer die mögliche Auslenkung der Spule ist.

Ebenso ist zu beachten, daß die von der Schraubenfeder 14 in der Belastungsrichtung L ausgeübte Kraft umso ungleichförmiger iat und daher auch umso weniger den durch die gewünschte Belastung vorgegebenen Wert hat, je größer der Abstand zwischen den Federwindungen ist.

Wenn die Schraubenfeder 14 einen geschlossenen Ring bildet, wie es in den Fig. 1 und 5 dargestellt ist, beeinträchtigt noch ein anderer Parameter den nutzbaren Arbeitsabschnitt,

BAD ORIGINAL

in dem die Feder eine konstante Kraft hat und der als Arbeitsabschnitt 42 in Pig. 3 dargestellt ist. Dieser Parameter ist das Verhältnis des Innendurchmessers 80 des Schraubenfederringes 14 zur Windungshöhe 74, wobei die Windungshöhe 74 im unbelasteten Zustand des Schraubenfederringes 14 gemessen wird (siehe Fig. 4a und 5). Es wurde festgestellt, daß die Länge des Abschnittes konstanter Kraft der Feder, wie er als Arbeitsabschnitt 42 zwischen den Punkten 46 und 48 in Fig. 3 dargestellt ist, sich in dem Maße vermindert, wie das Biegungsverhältnis abnimmt. Daher sind Federn vorzuziehen, bei denen das Verhältnis des Innendurchmessers 80 zur Höhe 74 der unbelasteten Feder größer ist als etwa 15·

In Fig. 5 ist die Schraubenfeder 14 im belasteten Zustand dargestellt. Wenn die Windungen 16 einander berühren, wie es an der Stelle 84 des Innendurchmessers 80 dargestellt ist, ist das Ende des Arbeitsabschnittes der Schraubenfeder 14 an dessen Überlastpunkt 48 erreicht, wie es Fig. 3 zeigt, worauf die Federkraft bei weiterer Auslenkung schnell zunimmt.

Es ist verständlich, daß die Anzahl an unterschiedichen Konfigurationen von Federn, die nach der Erfindung hergestellt werden, in sehr hohem Maße im Bereich der Parameter variieren kann, welche die Kraft-Auslenkungs-Kurve 38 der Schraubenfeder 14 beeinflussen.

Trotzdem ist als spezielles Beispiel in Fig. 6 die Kraft-Auslenkungs-Kurve 90 einer speziellen Schraubenfeder 14 dargestellt, welche die folgenden Parameter aufweist und deren Kraft-Auslenkungs-Kurve einen im wesentlichen flachen Abschnitt zwischen den Punkten 92 und 94 besitzt, in welchem

Bereich die Federkraft um höchstens 15 % zunimmt, obwohl die Auslenkung der Schraubenfeder von etwa 4 $ auf etwa 38 % der Windungshöhe in deer Belastungsrichtung L zunimmt. Eine Analyse der Kraft-Auslenk-Kurve nach Fig. 6 bezüglich des oben erläuterten Kraftfaktors K ergibt

350

Eine typische Vorspannung für die durch die Kraft-Auslenkungs-Kurve 90 veranschaulichte Feder liegt etwa beim Punkt 96, der etwa 1,2 N/cm entspricht.

Das spezielle Ausführungsbeispiel der Schraubenfeder 14 hatte einen hintere Winkel B von etwa 4*, einen vorderen Winkel F von etwa 21 * und einen Abstand 78 zwischen den Windungen von etwa 0,2 mm.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 in Form einer geradlinigen Schraubenfeder 104 dargestellt, die eine Vielzahl von Windungen 106 aufweist, die einen Abstand voneinander haben und unter einem vorgebenen spitzen Winkel zu einer Mittellinie C1 angeordnet sind, damit die Schraubenfeder 104 in der Belastungsrichtung L1, die etwa senkrecht zur Mittellinie C1 steht, in einem vorgegebenen Bereich der Auslenkung, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, eine Kraft ausübt. Diese geradlinige Schraubenfeder 104 ist aur Ausübung einer gleichmäßigen Kraft zwischen zwei unebenen und/oder nicht parallelen Flächen 108, 110 nützlich, siehe Fig. 7, wie sie bei der Abdichtung von Ofentüren u.dgl. angetroffen werden können, wo die Oberflächen einer Verformung durch Erhitzen der Ofentür unterworfen sind oder sich Ausrichtfehler infolge grober Behandlung ergeben.

BAD ORIGINAL

¹WD

Die in Pig. 8 dargestellte Dichtungsanordnung mit Schraubenfeder 14 dient zur Abdichtung einer rotierenden Welle 114 gegenüber einem Gehäuse 116. Die Bewegung der Welle 114 kann rotierend sein, wie durch den Pfeil 118 angedeutet, oder aber auch hin- und hergehend, wie durch den Pfeil 120 angedeutet. Fig. 8 läßt leicht erkennen, daß bei der Bewegung der Welle 114, wie sie durch den Pfeil 120 angezeigt wird, der Abstand 124 zwischen der Welle 114 und dem Gehäuse 116 variieren kann, und zwar wegen kleiner Schwankungen im Durchmesser sowie Exzentrizitäten der Welle 114, wodurch die Auslenkung der Schraubenfeder II4 innerhalb des Dichtungsringes 110 Änderungen unterliegt. Weiterhin kann die Erwärmung der Welle sowie auch die Abnutzung der Welle diesen Abstand beeinflussen. Da jedoch die Dichtungsanordnung 10 mit der Schraubenfeder 14 nach der Erfindung ausgebildet ist und eine Kraft-Auslenkungs-Kurve aufweist, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, haben solche Dimensionsänderungen keine nennenswerte Änderung der Kraft zur Folge, die von der Dichtungsanordnung auf das Gehäuse 116 und die Welle 114 ausgeübt wird, so daß eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet bleibt.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine Dichtungsanordnung 126, die aus Dichtungsmaterial 128 in Form eines Ringes, beispielsweise aus weichem Kunststoff, hartem Kunststoff oder Metall, sowie einer Schraubenfeder 130 mit einer Vielzahl von Windungen besteht, die den gleichen Aufbau hat wie die in den Fig. 1 und 8 dargestellte Schraubenfeder 14· Außerdem umfaßt die Dichtung 126 einen Federträger 132, der beispielsweise aus einem Federwerkstoff bestehen Rann, um der Dichtungeanordnung 126 eine erhöhte Federkraft zu verleihen. Dies bedeutet, daß der

Träger 132 in solcher Weise und aus einem solchen Material hergestellt sein kann, daß er selbst eine Federkraft erzeugt, daß jedoch die Kombination des Trägers 132 und der Schraubenfeder 130 in einer Kraft-Auslenkungs-Charakteristik resultiert, wie sie Pig. 3 zeigt, jedoch mit erhöhter Kraft. Die Federanordnung 126 hat die gleichen Eigenschaften bezüglich des Dichtvermögens zwischen Welle 114 und Gehäuse 116, wie sie in Verbindung mit der Schraubenfeder 114 anhand Pig. 8 erläutert wurden.

Pig. 10 zeigt eine weitere Anwendung einer Schraubenfeder 134 nach der Erfindung, die eine Ringform hat und für eine Zug-Druck-Anordnung geeignet ist, welche eine Stange 136 und ein Gehäuse 138 umfaßt. Die Schraubenfeder 134 weist eine Kraft-Auslenkungs-Charakteristik auf, wie sie durch Pig. 3 veranschaulicht wird, und liefert die gleiche Kraft in der Belastungsrichtung 140, wenn die Stange in Richtung des Pfeiles 142 bewegt wird. Die Schraubenfeder 134 befindet sich in einer Nut 146 des Gehäuses 138 und greift außerdem in eine Nut 148 der Stange 136 ein.

Wenn im Betrieb die Stange in Richtung des Pfeiles 142 bewegt wird, um einen nicht näher dargestellten Mechanismus zu betätigen, wirkt zwischen der Stange 136 und dem Gehäuse 138 in der Belastungsrichtung 140 eine im wesentlichen konstante Kraft.

Eine weitere Anwendung einer Schraubenfeder 154 nach der Erfindung ist in Pig. 11 dargestellt, bei der die Schraubenfeder 144 in Verbindung mit einem L-förmigen Dichtungsmaterial 156 dazu benutzt wird, eine Abdichtung zwischen den Flächen 160 und 162 herzustellen.

■'λ

Es versteht sich, daß die Flächen 160, 162 sowohl eben als auch gekrümmt sein können, je nach der speziellen Anwendung, und daß die Schraubenfeder 154 in der oben erläuterten Weise eine konstante Kraft erzeugt, ungeachtet von Variationen der Pederauslenkung infolge von Änderungen in den Toleranzen der Flächen 160, 162, infolge von Parallelitätsfehlern zwischen den Flächen 160, 162 sowie infolge all der anderen Parameter einschließlich Temperatur, Druck und Abnutzung, welche den Abstand 166 zwischen den Flächen 160 und 162 beeinflussen.

Obwohl vorstehend spezielle Ausführungsformen von Schraubenfedern und damit versehenen Dichtungen nach der Erfindung beschrieben worden sind, um die Art und.Weise zu erläutern, in welcher die Erfindung mit Vorteil Anwendung finden kann, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Demgemäß sollen alle Modifikationen, Variationen und äquivalente Anordnungen, die dem Fachmann einfallen mögen, als zu der Erfindung gehörend betrachtet werden, welche durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims

Patentansprüche

1. Schraubenfeder, deren miteinander verbundene Windungen im Abstand voneinander angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede Windung (16) in einem vorgegebenen spitzen Winkel zur Mittellinie (C) der Schraubenfeder (14) angeordnet ist, damit die Schraubenfeder ihrer Auslenkung in einer Belastungsrichtung (L), die sich etvia senkrecht zur Mittellinie (C) der Schraubenfeder (14) erstreckt, in einem vorgegebenen Bereich (42) eine im ■wesentlichen konstante Kraft entgegensetzt.

2. Schraubenfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Bereich (42) der Auslenkung etwa 10 $ bis 30 # der in Belastungsrichtung (L) gemessenen Höhe der Schraubenfeder beträgt.

3· Schraubenfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (16) in bezug auf die Belastungsrichtung (L) der Schraubenfeder schräg angeordnet sind und jede Windung einen hinteren Abschnitt (60) und einen vorderen Abschnitt (62) aufweist, von welchen Abschnitten der hintere mit der Belastungsrichtung (L) einen hinteren Winkel (B) und der vordere einen vorderen Winkel (P) einschließt, von denen der vordere Winkel (P) größer ist als der hintere Winkel (B).

4· Schraubenfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Winkel (B) größer ist als etwa 1" und kleiner ist als etwa 25* und der vordere Winkel (P) kleiner ist als etwa 30*.

5. Schraubenfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (16) aus Draht (66b) mit elliptischem Querschnitt gewickelt sind und einen zur Mittellinie (C) der Schenkelfeder zentrischen, elliptischen Querschnitt (68) aufweisen.

6. Schraubenfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Enden zu einem Ring miteinander verbunden sind und die Belastungsrichtung (L) sich im wesentlichen senkrecht zu einer an die Mittellinie (C) der Schraubenfeder (14) angelegten Tangente (T) erstreckt.

7· Dichtungsanordnung, bestehend aus Dichtungsmaterial und einer mit ihren Windungen an dem Dichtungsmaterial anliegenden und darauf in der Belastungsrichtung eine Kraft ausübenden Schraubenfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) gemäß den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial (12) elastisch ist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) in eine Nut des Dichtungsmaterials (12) eingelegt ist.