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Druckfeder aus Gummi
Die Erfindung betrifft eine Druckfeder aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Werkstoff mit einem durchgehenden inneren Hohlraum und mit an den Stirnseiten aufvulkanisierten Blechscheiben und einer weiteren, auf halber Höhe des Körpers einvulkanisierten Metallplatte.
Es sind druckbeanspruchte hohlzylindrische Federelemente aus Gummi bekannt. Diese haben bei Druckbeanspruchung anfänglich ein annähernd geradliniges Federdiagramm, und erst bei stärkerer Belastung wird die Federcharakteristik progressiv. Der Beginn des progressiven Verlaufes liegt meist an der Grenze der Dauerfestigkeit. Daher kann der darüber liegende Bereich in der Praxis nur ungenügend ausgenutzt werden und derartige Elemente können im Verhältnis zu ihrer Höhe nur wenig zusammengedrückt werden. Es ist weiterhin bekannt, dass man bei solchen Federelementen eine einvulkanisierte Zwischenplatte anbringt, die in die gesamte Querschnittsfläche des Gummis festhaftend einvulkanisiert ist. Durch derartige Zwischenplatten wird die Querdehnung des Gummis an den Haftflächen verhindert und damit eine grössere Federkonstante erzielt.
Ausserdem setzt die Progressivität früher ein und die zulässige Zusammendrückung wird nochmals verkleinert. Bekanntgeworden sind auch Gummidruckfedern, deren Wände dadurch knickfester gemacht sind, dass eine quer zur Achse liegende Gummischicht vorgesehen ist. Diese Gummischicht kann jedoch ihrer Weichheit halber die Querausdehnung der Gummifeder nicht wie bei einer einvulkanisierten Zwischenplatte verhindern. Es ist weiterhin bekannt, Gummikörper mit kreisringförmigen Querschnitten wechselseitig mit balligen und scharfrinnigen Aussenkonturen zu versehen. Damit wird bei solchen Elementen von Anfang an eine progressive Federcharakteristik erreicht, da an den scharfrinnigen Einschnürungen die Aussen- bzw. Innenflächen aufeinander abrollen und sich die druckbeanspruchte Querschnittsfläche schnell vergrössert.
Diese Elemente dürfen zwar im Gegensatz zu den oben beschriebenen zylindrischen Federelementen ohne Zerstörung wesentlich stärker zusammengedrückt werden, ihre Federcharakteristik ist aber so progressiv, dass eine mit ihnen ausgestattete Fahrzeugfederung insbesondere bei grössererBelastung sehr hart wirkt und dahernicht brauchbar ist. Man verwendet derartige Elemente als Zusatzfedern zu einer Haupttragfeder geradliniger Charakteristik, beispielsweise bei einer Blatt- oder Schraubenfeder. Durch Überlagerung der Diagramme der Haupttragfeder, die eine geradlinige Charakteristik aufweist, und der progressiven Zusatzfeder ergibt sich ein resultierendes Federdiagramm mit der gewünschten mässigen Progressivität.
Tritt bei solchen Federn erst ein Auswölben ein, so nimmt dieses und damit auch die Querschnittsfläche schnell zu und die Progressivität ist unerwünscht stark.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Gummifederelement mit mässig progressiver Charakteristik zu erzielen, das ohne die Verwendung zusätzlicher Stahlfedern als alleiniges Federelement für Fahrzeuge verwendet werden kann. Es sollte darüber hinaus ein Federdiagramm mit parabolischem Verlauf im eigentlichen Arbeitsbereich erreicht werden, das in allen Punkten eine konstante Subtangente aufweist und damit ein Idealdiagramm gleicher Schwingungsfrequenz für alle Belastungszustände darstellt, und schliesslich soll dieses Element eine grosse zulässige Zusammendrückung aufweisen, um eine geringe Einbauhöhe zu erzielen.
Die Erfindung besteht darin, dass die Druckfeder kreisringförmigen Querschnitt hat und die äussere
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Mantelfläche in axialer Richtung in an sich bekannter Weise drei annähernd lange, durch scharfe Kanten voneinander getrennte Zonen aufweist, deren mittlere zylindrisch oder schwach ausgewölbt verläuft und deren zu den Enden hin daran anschliessende Zonen sich kegelig bis zur stirnseitigen Metallplatte erweitern und die einvulkanisierte Metallplatte die Wandung des Federhohlkörpers bis zur halben Wandstärke durchsetzt.
Nach der Erfindung werden die technischen Merkmale der beiden oben erläuterten Arten von Federelementen miteinander kombiniert, wodurch bei einer Belastung der Gummidruckfeder aussen eine stark anwachsende Querschnittsfläche bei Belastung dann erzielt wird, wenn die mittlere Metallplatte von innen her nur die halbe Wandstärke der Gummifeder durchsetzt. Zugleich wird aber dabei innen die Querausdehnung, d. h. ein Anwachsen der Querschnittsfläche, verhindert. Diese Wirkung wird überraschend dadurch erreicht, dass die mittlere Metallplatte die halbe Wandstärke durchsetzt.
Wird diese mittlere Metallplatte so ausgebildet und angeordnet, dass sie von aussen her nur die halbe Wandstärke der Gummidruckfeder durchsetzt, eine Massnahme, die nur bei weiten Hohlräumen derselben vorteilhaft ist, dann wird bei einer Belastung innen eine stark anwachsende Querschnittsfläche erzielt und aussen eine Querausdehnung, d. h. ein Anwachsen der Querschnittsfläche, verhindert.
Anfänglich ist die Progressivität der kombinierten Druckfeder wunschgemäss sehr schwach, da die Auswölbungen noch klein sind und noch keine wesentliche Flächenvergrösserung auftritt. Die in der Mitte einvulkanisierte Zwischenplatte verhindert ausserdem, dass unter den Knick- bzw. Biegespannungen, die bei axialer Belastung des Körpers auftreten, die mittlere Gummizone zur Körperebene hin wandert oder zusammenknickt. Die Zwischenplatte mässigt durch ihre Stützwirkung den progressiven Verlauf.
Der Druckfeder ist also eine überraschend neuartige Wirkung zu eigen, die ein ideales, mässig progressives Federdiagramm mit annähernd konstanter Subtangente, d. h. von der Belastung unabhängiger gleicher Schwingungsfrequenz, in sich einschliesst und ausserdem eine im Verhältnis zur Grösse grosse zu-
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Stutzwirkungfall angepasst werden.
Es ist selbstverständlich möglich, Metall- oder Kunststoffteile im inneren Hohlraum des Elements anzubringen und damit zu erreichen, dass die sich herauswölbenden Teile dort zur Anlage kommen und daher eine weitere Verformung erschwert wird. Der Diagrammverlauf ist infolgedessen sehr stark progressiv.
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h.erforderlich sind.
Die Zeichnungen zeigen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel, u. zw. zeigen Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Federelement, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein abgewandeltes Federelement, Fig. 3 das Federelement nach Fig. 2 in zusammengedrücktem Zustand, Fig. 4 den Diagrammverlauf eines Federelementes, Fig. 5 mehrere hintereinandergeschaltete Federelemente nach Fig. 2 und.
Fig. 6 mehrere hintereinandergeschaltete Federelemente nach Fig. 5 in zusammengedrücktem Zustand.
Nach Fig. l ist die Aussenkontur des Federelementes in zwei äussere, konisch zur Mitte hin zulaufende Zonen 1 und 2 und eine mittlere, zylindrisch verlaufende Zone 3 durch scharfe Rinnen 4 und 5 unterteilt. Der innere Hohlraum 6 läuft in seiner Kontur 7 von den stirnseitig anvulkanisierten Platten 8 und 9 zur mittleren Metallplatte 10 hin konisch zu.
Nach Fig. 2 verlaufen die zu den Stirnseiten hin liegenden Aussenkonturen la und 2a sowie die der mittleren Zone 3a konvex. Ferner ist die Kontur 7a des Hohlraumes 6a konvex nach innen gewölbt und verengt sich zur einvulkanisierten Zwischenplatte 10a hin. Dabei bildet der mittlere Hohlraum 6a im Querschnitt ein regelmässiges Vieleck. Die eihvulkanisierte Zwischenplatte 10a ragt bis zur Mitte des Gummiquerschnines in den Gummi hinein.
In Fig. 3 ist das in Fig. 2 beschriebene Element in zusammengedrücktem Zustand dargestellt. Die Aussenkonturen sind stark herausgewölbt und liegen an ihren Oberflächen zum Teil aufeinander. Die Innenkonturen sind ebenfalls nach innen herausgedrückt und legen sich teilweise an die anvulkanisierten Metallplatten an.
In Fig. 4 ist das durch die Elemente in Fig. 1 und 2 erzielbare Federdiagramm gezeigt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass für jeden Punkt eine Subtangente gleicher Grösse vorhanden ist.
Nach Fig. 5 können mehrere Einzelelemente hintereinandergeschaltet werden. In den Zeichnungen ist eine Knickstütze, die ein seitliches Ausknicken verhindert, vorgesehen.
Fig. 6 stellt die hintereinandergeschalteten Elemente nach Fig. 5 in zusammengedrücktem Zustand dar.