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Biegungsfeder.
Nach der bisher in der Federtechnik allgemein gültigen Auffassung wird angestrebt, den Querschnitt der nur nach einer Richtung gebogenen Federstäbe so auszubilden, dass die in den äusseren Fasern auftretenden Zug- oder Drnekbeanspruchnngen gleich oder angenähert gleich sind. Dieses Bestreben fusst auf den Festigkeitswerten, die durch statische Materialprüfversuche ermittelt worden sind. Denn bei dieser Materialprüfung ergibt sieh für Zug-und für Druckbeanspruchung bei den für Federn üblichen Baustoffen der gleiche Wert.
Wenn auch allgemein bekannt ist, dass die Lebensdauer der auf Biegung beanspruchten Stäbe nicht von den statischen Festigkeitswerten, sondern von der Dauerfestigkeit abhängig ist, so fehlte doch die Erkenntnis, dass die Dauerfestigkeit bei nur Zugbeanspruchung und bei nur Druckbeanspruchung im Gegensatz zu den statischen Werten erheblich voneinander abweichen, u. zw. ist sie bei reiner Zugbeanspruchung bedeutend geringer als bei reiner Druckbeanspruchung. Hierauf ist es zurückzuführen, dass die Ermüdungsbrüche, beispielsweise bei geschichteten Blattfedern mit rechteckigem Querschnitt, stets an der Zugfaser beginnen. Verursacht wird das unterschiedliche Verhalten des Materials bei sieh häufig wiederholenden Beanspruchungen in erster Linie durch den Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit.
Während nämlich bei der Zugbeanspruchung die in der Oberfläche des Materials vorhandenen Verletzungen aufgeweitet werden und sich bei der häufig auftretenden Beanspruchung zum Ermüdungsbruch ausbilden, werden diese verletzten Stellen bei der Druckbeanspruchung gegeneinander gepresst, so dass von hier aus kein Ermüdungsbruch entsteht. Ob die unterschiedliche Dauerfestigkeit zwischen wechselnder Zug-und wechselnder Druckbeanspruchung nur auf den Einfluss der Oberflächenbesehaffenheit zurückzuführen ist oder ob sich auch ohne die Einflüsse der Oberfläehenbeschaffenheit verschiedene Werte ergeben würden, ist nach dem derzeitigen Stande der Materialforschung nicht bekannt.
Auf Grund dieser Erkenntnis sind die Querschnitte der in einer Richtung gebogenen Stäbe gemäss der Erfindung so ausgebildet, dass die Beanspruchungen in den gezogenen Fasern kleiner sind als diejenigen in den gedrückten Fasern. Und zwar wird der Querschnitt nach Möglichkeit so gestaltet, dass
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hältnis der entsprechenden Dauerfestigkeiten. Durch die Erfindung werden auf Biegung beanspruchte Federn erzielt, die bei gleichem Gewicht eine bedeutend längere Lebensdauer haben als die bisher üblichen, oder es wird bei erheblich verringertem Gewicht die gleiche Lebensdauer erzielt.
Der Erfindungsgedanke lässt sich z. B. bei einem auf Biegung beanspruchten Federblatt dadurch verwirklichen, dass man durch Wahl eines geeigneten Querschnittes die in der stärkst beanspruchten Zugfaser auftretende Zugbeanspruchung niedriger hält als die in der von der neutralen Faser am weitesten entfernten Druckfaser herrsehende Druckbeanspruchung.
Anstatt die Zugbeanspruchungen zu verringern und die Druckbeanspruchungen zu vergrössern, ist es im Sinne des Erfindungsgedankens bei Verwendung der üblichen Federblätter auch möglich, die durch die neutrale Faser getrennten Hälften verschieden wirkenden Vergütungsprozessen auszusetzen, derart, dass der auf Druck beanspruchte Querschnittsteil eine grössere Härte und der auf Zug beanspruchte eine bessere Zähigkeit erhält.
Auch durch innige Zusammenfügung zweier verschiedener Materialien zu einem Querschnitt können Federblätter hergestellt werden, die brauchbare Verwendungsformen bei Anwendung des Erfindungsgedankens ergeben. Für die auf Druck beanspruchte Quersehnittshälfte kommt ein weniger guter Stahl in Frage als für den Zugquerschnitt. Doch können statt Stahl auch andere Metalle Anwendung finden,
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In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der neuen Querschnitte und der Verlauf der Spannungen dargestellt. Fig. 1 stellt den bisher üblichen Querschnitt der Federstähle bei Blattfedern dar. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäss der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine mehrlagige Blattfeder, deren einzelne Stäbe eine weitere neue Querschnittsform zeigen. In Fig. 4 ist eine vollständige Blattfeder in Ansicht gezeichnet, wie sie für Eisenbahnfahrzeuge in Gebrauch ist. Fig. 5 zeigt den Querschnitt zu Fig. 4. Fig. 6-8 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens und den schematischen Verlauf der Spannungen bei den geschlitzten Innenringen von Reibungsfedern.
Der bisher übliehe rechteckige Querschnitt 10 für Blattfedern, der in Fig. 1 dargestellt ist, hat
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Neben diesen Ausführungsbeispielen können noch beliebige andere Querschnitte angewandt werden, bei denen durch unterschiedliche Bemessung der Abstände der äussersten Fasern von der neutralen Faser eine grössere Haltbarkeit erzielt wird.
In Fig. 6 und 7 ist die Verschiebung der Nullinie 12-12 bei dem geschlitzten Innenring 26 einer Reibungsfeder durch besondere Querschnittsgestaltung veranschaulicht. Fig. 6 zeigt den Ring 26 in Draufsicht. Er wird durch äussere Kräfte unter Auftreten von inneren Spannungen zusammengebogen.
Fig. 7 zeigt den Querschnitt des Ringes 26. Durch Herausnahme von Material aus dem auf Druck beanspruchten Querschnittsteil nähert sich die neutrale Faser 12-12 der auf Zug beanspruchten äussersten Faser. Der Abstand 27 dieser Faser von der Nullinie 12-18 ist somit kleiner als der Abstand 28 von der höchstbeanspruchten Druckfaser.
Fig. 8 zeigt ein Stück des Ringes 26 in Ansieht zwecks schematischer Veranschaulichung der Spannungsgrössen an Hand des senkrecht zur Nullinie 12-12 liegenden Schnittes 29-29. Die Spannung- verteilung ist in Verbindung mit der die Grösse und Art der Spannungen in den verschiedenen Fasern
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