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Gummihohlfeder
Die Erfindung betrifft eine Gummihohlfeder zum Abfangen von Stössen und zur Abfederung von Fahr- zeugen, mit ebenen, den Druck aufnehmenden Stirnflächen, die je eine zentrale Öffnung zur Aufnahme von Befestigungselementen aufweisen, und mit einem mittleren Teil mit vorwiegend zylindrischem
Aussenmantel von gegenüber den Stirnflächen grösserem Durchmesser.
Es sind tonnenförmige Gummihohlfedern bekannt mit einem mittleren zylindrischen Teil, ebenen den Druck aufnehmenden Stirnflächen oben und unten, mit Befestigungsbohrungen und doppelkegelförmigem Hohlraum bei denen die Übergangsfläche zwischen dem zylindrischen Teil und den Stirnflächen durch Kegelmantelflächen oder Kugelschalenflächen gebildet sind. Diese Federn haben den Nachteil, dass bei Belastung gleichzeitig mit der Durchmesservergrösserung des mittleren zylindrischen Teiles eine Vergrösserung der Stirnfläche erfolgt, also mit wachsender Belastung oder grösserem Federweg grössere Flächen an den die Kräfte übertragenden Teilen zur Anlage kommen. Zur weiteren Vergrösserung des Federweges ist dann eine verhältnismässig grosse Kraft erforderlich, um den Widerstand dieser grösseren Fläche zu überwinden.
Dieser Nachteil tritt auch bei Federn mit halbkugelförmiger Ausbildung der Stirnteile auf. Es ist zwar bei diesen Federn eine ungehinderte Verformung senkrecht zur Längserstreckung theoretisch möglich. Diese Verformungsmöglichkeit wird jedoch stark beeinträchtigt durch das zum Anliegenkommen der sich vergrössernden Stirnflächen. Die Federkennlinien dieser bekannten Federn weisen deshalb anfangs einen steileren Verlauf auf, der dann bei eintretender stärkerer Durchmesservergrösserung flacher wird und dann wieder sehr stark ansteigt.
Erwünscht ist jedoch eine Federkennlinie die allmählich ansteigt sowie bei der Feder selbst eine nicht zu starke Durchmesservergrösserung mit Rücksicht auf einen möglichst kleinen Einbauraum. Ausserdem wird angestrebt, dass eine solche Feder auch unter Belastung stabil bleibt und nicht einseitig seitlich ausweicht, wie dies der Fall ist bei den bekannten Federn, bei denen sich die Stirnflächen durch mehr oder weniger starkes Aufwölben der benachbarten Oberflächenzone verändern. Ein weiterer Nachteil bei Federn mitsich verändernder Stirnfläche liegt noch darin, dass die Feder infolge der Reibung zwischen der Federoberfläche und den meistens metallischen Anlageflächen bei der Entlastung sich nur langsam zurück verformt und es eine gewisse Zeit dauert, bis die Feder ihren ursprünglichen entlasteten Zustand erreicht hat.
Es sind ebenfalls zylindrische Gummihohlfedern bekannt, bei denen im mittleren zylindrischen Teil eine oder mehrere Einschnürungen vorgesehen sind. Auch diese zylindrischen Hohlfedern weisen zur Druckaufnahme ebene Stirnflächen, oben und unten mit Befestigungsbohrungen und einen doppelkegelförmigen Hohlraum auf. Doch bei diesen bekannten Federn, selbst wenn sie unter Belastung stabil bleiben, ändern sich die Stirnflächen durch mehr oder weniger starkes Aufwölben der benachbarten Zone der Oberfläche.
Es treten auch hiebei die oben geschilderten Nachteile infolge der sich verändernden Stirnflächen auf.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, derartige Federn zu verbessern und unter Vermeidung der bisherigen Nachteile eine Gummihohlfeder zu schaffen, die einfach in der Herstellung und im Anlauf eine flach ansteigende Kennlinie aufweist, bei Belastung ohne zusätzliche Führungselemente, wie den
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B. Stangen,Erfindungsgemäss ist der Übergang von den Stirnflächen, zu dem mittleren Teil mit vorwiegend zylindrischem Aussenmantel durch Übergangsteile gebildet, wobei die Erzeugende deren äusseren Mantelfläche S-förmig verläuft und der Aussenmantel der Hohlfeder mit einer durch die S-Form der Aussenkon- tur bedingten Absetzungen die Stirnflächen anschliesst. Dadurch wird gewährleistet, dass bei zunehmender Belastung die Druckaufnahmeflächen nahezu gleich bleiben und durch Vermeidung des Anliegens einer vergrösserten Fläche die spezifische Belastung der Fläche konstant bleibt und dadurch die gleichmässige Einleitung der Belastuilgskräfte in die Wandungsteile ermöglicht wird.
Ausgehend von der bekannten Tatsache, dass bei Gummifederungselementen die Federkraft von der Formänderungund nichtvon einer Volumenänderung hervorgerufen wird, ist eine gleichmässige Verteilung der Belastung auf die der Verformung unterworfenen Wandungen nur bei gleichbleibenden Auflageflächen möglich. Die Verformbarkeit der Wandungsteile wird hiebei vorbestimmt durch die Ausbildung des Hohlraumes und den Verlauf der Wandungen. Die Verformung soll sich gemäss der Aufgabenstellung mit Ausnahme der Auflageflächen auf den gesamten Wandungsverlauf erstrecken. Zu diesem Zwecke können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Übergangsteile so ausgebildet sein, dass im Bereich jedes der beiden Übergangsteile des Federkörpers die zur Körperlängsachse senkrechten Schnittflächen untereinander flächengleich sind.
Hiedurch wird die Arbeitsaufnahme auf die Wandungen gleichmrssig verteilt. Durch Anordnung einer oder mehrerer an sich bekannter Einschnürungen im vorwiegend zylindrischen Aussenmantel des mittleren
Teiles der Hohlfeder wird eine Vergrösserung der Wandungsoberflächen der Feder und damit eine grössere
Verformbarkeit erreicht. Hiedurch sind die Federn für grosse Arbeitsaufnahme bei verhältnismässig grossem
Federweg ohne Gefahr der einseitig seitlichen Einknickung geeignet. Um eine gleichmässige Einleitung. der Belastungskräfte in die Seitenwandungen mit einer gleichmässigen Arbeitsaufnahme in diesen zu er- zielen, kann es besonders vorteilhaft sein, die Neigung der Übergangsflächen so zu wählen, dass Tangen- ten an diese durch den Mittelpunkt der Aufnahmeflächen gehen.
Die Erfindung soll an Hand von Zeichnungen nachstehend im einzelnen behandelt werden. In der
Zeichnung zeigt die Fig. l eine Gummihohlfeder im Schnitt, Fig. 2 eim Federdiagramm und Fig. 3 zwei
Ausführungsformen der Gummihohlfeder mit Einschnürungen im mittleren zylindrischen Teil, u. zw. ist links von der Mittellinie der Figur eine Gummihohlfeder mit einer und rechts von der Mittellinie eine solche mit zwei Einschnürungen dargestellt.
Mit 1 ist der Hohlkörper bezeichnet, der aus Gummi oder einer Kunststoffsubstanz mit entsprechen- den Elastizitäts- und Dämpfungseigenschaften besteht. Der Gummikörper 1 weist einen inneren Hohlraum auf, der in bekannter Weise in Gestalt eines Doppelkegelstumpfes ausgebildet ist, wobei die Basen der Kegelstümpfe aufeinanderstehen. Der äussere mittlere Teil 2 des Gummihohlkörpers ist hiebei zylindrisch gehalten. Die Stirnflächen 3 und 4 liegen senkrecht zur Achse des Hohlkörpers, die Kegelmantelflächen 5 und 6 bzw. 5'und 6'weisen eine im Querschnitt S-förmig verlaufende Kontur auf. Der Hohlraum des Gummihohlkörpers, als Doppelkegelstumpf mit der Mantelfläche 7 ausgebildet, verjüngt sich gegen die Stirnflächen 3 und 4 und setzt sich in Bohrungen 8 und 9 fort, die zur Aufnahme von Befestigungselementen dienen.
Wenn oben und unten verschiedenartige Befestigungsmittel fixiert werden sollen, können diese Bohrungen im Durchmesser und Querschnitt voneinander verschieden sein.
Wird ein Gummihohlkörper zwischen zwei gegeneinander abzufedernde Massen z. B. dem Rahmen eines Fahrzeuges und der Achse oder einem Maschinenfuss und der Unterlage angeordnet, so bilden die waagrechten Stirnflächen 3 und 4 die Auflage zwischen denen der Gummikörper unbeeinflusst von Führungselementen wie Stangen, Buchsen oder Geradeführungen Schwingungen mit grossem Federweg und grosser Dämpfung vollführen kann.
Infolge der im axialen Längsschnitt S-förmig verlaufenden Aussenkontur 5,6 bzw. 5', 6'der beiden Übergangsteile zwischen den Stirnflächen 3 bzw. 4 und dem mittleren Teil mit vorwiegend zylindrischem Aussenmantel 2 und einem in bezug auf die Stirnflächen grösseren Aussendurchmesser des mittleren Teiles der Gummihohlfeder wird nicht nur ein verhältnismässig grosser Federweg erzielt, sondern auch eine Stabilität in radialer Richtung, die ein einseitiges seitliches Ausweichen oder Ausknicken verhindert, ohne dass hiezu besondere Führungselemente erforderlich werden.
Erstrebenswert ist sowohl bei Fahrzeugabfederungen wie auch bei elastischen Lagerungen in fast allen Fällen eine Federkennlinie mit allmählich ansteigendem flachem Anlauf. Auch diese erwünschte Eigenschaft wird'mit der erfindungsgemässen Feder erzielt, da bei der Formänderung unter Druckbelastung die Auflageflächen 3 und 4 nahezu konstanten Querschnitt beibehalten. Die Verformung der Mantelflächen 5 und 6 bzw. 5'und 6'erfolgthiebei ohne Beeinflussung der Auflageflächen 3 und. 4 dank des S-förmigen Verlaufes der Aussenkontur der beiden Übergangsteile im axialen Längsschnitt des Federkörpers.
Die Auf-
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lager brauchen nicht zusätzlich auf vergrösserte Auflageflächen des Gummikörpers mit einer grösseren Kraft zur Überwindung des Widerstandes einzuwirken, es treten auch keine Kräfte durch Gleiten, Abrollen oder Reiben einer grösseren Oberfläche am Auflager auf.
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ein günstiges Verhältnisgangsteile des Federkörpers die zur Körperlängsachse senkrechten Schnittflächen untereinander flächen- gleich sind.
Zur Vergrösserung des Federweges können im mittleren nahezu zylindrischen Teil eine oder zwei Ein- schnürungen 10 bzw. 10'vorgesehen werden, die sich bei zunehmender Einfederung verformen, u. zw. je nach dem Öffnungswinkel und der Tiefe der Einschnürung.
Es wurde herausgefunden, dass selbst durch die infolge der Einschnürungen verringerte Querschnitts- fläche im mittleren Teil des Gummihohlkörpers keine Labilität und keine Neigung zum einseitigen seitlichen Ausknicken des Federkörpers auftritt, da dieser Tendenz allein durch die im mittleren Teil grö- ssere Abstützbasis entgegenwirkt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gummihohlfeder zum Abfangen von Stössen und zur Abfederung von Fahrzeugen, mit ebenen, den Druck aufnehmenden Stirnflächen, die je eine zentrale Öffnung zur Aufnahme von Befestigungselementen aufweisen und mit einem mittleren Teil mit vorwiegend zylindrischen Aussenmantel von gegenüber den Stirnflächen grösserem Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Übergangsteile der Gummihohlfeder zwischen dem mittleren Teil mit vorwiegend zylindrischem Aussenmantel 2) und den Stirnflächen (3,4) im axialen Längsschnitt gesehen, aussen von je einer S-förmigen Kontur (5 bzw.
6) und innen von je einer Erzeugenden (7) begrenzt sind, wobei der von der Erzeugenden (7) bestimmte innere Hohlraum in an sich bekannter Weise von sich gegen die Mitte zu erweiternden gegeneinander gerichteten Hohlkegelstümpfen gebildet ist und der Aussenmantel (5, 2, 6) der Hohlfeder mit einer durch die S-Form der Aussenkontur (5 bzw. 6) bedingten Absetzung an die Stirnflächen (3, 4) an- schliesst.