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Drehfedersystem. Die Erfindung hat ein Drehfedersystem mit mehreren Federlamellen zum Gegenstand, bei welchem die Übertragung einer Zugkraft durch freie Achsialverschieblich- keit mindestens eines der beiden Enden der Federlamellen ausgeschaltet ist.
Der Zweck der Erfindung liegt darin, ein Drehfedersystem zu schaffen, bei dem die Federhärte im wesentlichen im einfachen Verhältnis mit der Zahl der Elemente wächst. Es besteht also die Absicht, für ein Drehfedersystem ungefähr die gleichen Verhältnisse zu schaffen wie für ein auf Biegung beanspruchtes Blattfedernpaket, bei dem im wesentlichen ebenfalls nur eine einfache Summenwirkung der einzelnen Blattfedern vorliegt.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Federlamellen mit ihren beidem ;Enden an ihren Einspannköpfen drehbar gelagert sind. In der Zeichnung zeigen die Fig. 2 bis 9 und 12 bis 16 beispielsweise Ausführungs- formen des erfindungsgemässen Drehfedersystems, während Fig. 1, 10 und 11 zur Erläuterung dienen.
Fig. 1 :stellt zwei mit ihren. Zapfen 1, 1' drehbar und achsial verschieblich gelagerte Scheiben 2, 2' dar, die mittels der Federlamellen 3, 3' verbunden sind. Die Federlamellen sind mit den Scheiben fest verbunden, so da.ss sie als an beiden Enden eingespannte stabförmige Elemente anzusehen sind. Werden die Scheiben durch die Momentkräfte m, m\ gegenseitig um einen Winkel a verdreht, so treten in den Stäben neben den durch die Kräfte t, t' dargestellten Torsions- beanspruchungen Schubspannungen s, s' und Biegungsspannungen b, b' auf.
Die durch die Schub- und Biegungsspannungen bewirkten. Rücks.tellkräfte wirken auf die Scheiben 2, 2' mit einem Rückstellmoment, das ausser dem Verdrehungswinkel a auch dem Radius
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r der Scheiben proportional ist. Lediglich da.s Torsionsmoment t, t' der Lamellen ist vom Radius unabhängig und nur dem Winkel a proportional. Das Rückstellmoment t, t' ist also unabhängig von dem radialen Abstand der Lamelle gegenüber den Zapfen 1 und stets nur der Verdrehung der Lamelle in sich entsprechend.
Werden die Lamellen 3, 3', wie in der Ausführungsform nach Fig. \? dargestellt, um radiale Zapfen 4, 4' drehbar gelagert, so können weder Schub- noch Biegungsspannungen auftreten, es bleibt lediglich das Rüekstellmoment t, t' der Lamelle durch ihre Verdrehung in sich übrig, unabhängig davon, welchen Abstand die Lamellen von der geometrischen Achse der Zapfen 1, 1' besitzen. In der Ausführungsform nach Fi. 3 sind die Federlamellen 3 um Zapfen 4 drehbar und in Fassungen 5 gelagert, die ihrerseits mit dem Zapfen 1 drehbar --elagert sind. Bei Vernachlässigung der ReiLimg ist das für eine bestimmte Verdrehung er@or@lcrliehe :Moment gleich der Summe d#,i- lIomente, die für die Verdrehung der einzelnen Lamellen um den gleichen Winkel erforderlich sind, wobei die mittleren und die iinruni Lamellen die gleiche Torsionsbeanspritchutig aufweisen.
Die Anordnung ist vergleichbar ein-er Blattfeder, wobei die Reibung zwischen den Lamellen auch hier eine gewisse schwingungsdämpfende Wirkung ausübt. Die Achsialverschieblichkeit der Lamellenenden ergibt sich bei den Ausführungsformen nach Fig. ? und 3 dadurch, dass die Einspa.nnköpfe mit den Zapfen 1 achsialv erschieblich gelagert sind. Die Art der Übertragung der Drehmomente auf die Einspani:köpfe ist nicht dargestellt. --Man könnte sich z. B. hierzu in Fig. ? Seilrollen vorstellen. Statt um einen materiellen Zapfen. 4 können die Lamellen, wie in Fij. 4 darbe1tellt, auch um einen ideellen Drehpunkt o drehbar angeordnet sein, indem ihre Köpfe kreissegmentförmig ausgebildet und zwischen Führungen 6 gelagert werden.
Weisen die Einspannköpfe der Federlamellen 3, wie in Fig. 5 dargestellt, Kerne
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beliebiger Form auf, in welchen die Drehpunkte der eilize lnen Lamellen angeordnet sind, so kann auf giinstigstem Raum eine möglichst grosse Anzahl einzelner Federlamellen untergebracht und eine starke Geamtfeder irkung erzielt erden; sind die Lamellen nicht el)en, sondern als Zylinderabschnitte ausgebildet, wobei jede Lamelle einen Drehzapfen 4 besitzt und alle Lamellen aussen durch eine Schelle 7 umfasst sind, so treten neben der Torsionsbeansprucliun- noch Biegungsbeanspruchungen verwiclzelter Art auf, da bei der Schwenkung uin die Zapfen 4 die Krümmung der einzelnen. Lamellen in der Umfangsrichtung abeflacht wird. Diese Beanspruchungen wirken andruckend und klemmend zwiselien Fern 8 und Schelle 7 und ergeben dämpfende Wirkungen beim Rückschwingen der Feder.
Je nach dem Umfangsteil, den eine Lamelle einnininit und je nachdem. ob deren Kanten achsparallel oder in Schraubenlinien verlaufen, wie Fig. 5 zeigt, ergibt =ich eine in weiten Grenzen -,vählbare Torsionssteifheit. Fig. 6 zeigt den Schnitt nach VI-VI der Fig. 5, Fig. '7 und 8 eine Anordnung von zwei Federlaniellenlagen, die in einem Fall um einen krcisförniigen und im andern Fall um einen sechseckigen Kern angeordnet sind. Die in doppelten oder mehrfachen Ligen iibereinander angeordneten Lamellen ermöglicben durch entsprechende Versetzung der Drehzapfen einzelnen Lamellen eine Torsionvorpannnng zu gehen, so dass die Wirkung dei- Feder nach beiden Drehrielitun-en verschieden ist. Fig. 9 zeigt die Lamellen um einen kreissägeblattartigen Kern an-"eordnet.
In dieseln Falle sind die einzelnen L amellendrehaclisen nicht radial, sondern mir annähernd radial zur Achse des Federsystem.:. Die nach beiden Seiten versclliedene )Virkung des Federsystems kann nicht nur durch Vorspannen der einzelnen Lamellen oder Laniellenlagen erreicht werden, sondern auch durch die Form der Lamellen bezw. Anordnung ihres Drehpunkte. Bei einem z. B. nach Fig. 6 oder Fig. 9 ausgebildeten Federsystem haben die Lamellen,
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welche schraubengängig geformt oder nicht zentral zu den Drehpunkten gelagert sind, die zusätzlichen Biegungsbeanspruchungen, Urelche das Rückschwingender Feder dämpfen, nach beiden Drehrichtungen verschieden.
Natürlich kann auch bei einfacher Federlage durch Versetzung der Zapfen 4 gegeneinander einzelnen Lamellen eine Vor- spannung erteilt werden.
Die Fig. 10 und 11 einerseits und 12 bis 14 anderseits. zeigen Drehfedersysteme, bei denen die Drehpunkte der Lamellen, wie schon in Fig. 5 dargestellt, an beiden Federenden gegeneinander im greis versetzt, angeordnet sind, so dass die Lamellenkanten in steilen Schraubenlinien verlaufen. Bei den dargestellten Federsystemen sind die Lamellen in mehreren konzentrischen Schichten angeordnet, wobei die einzelnen Lamellenschichten einzeln oder in Gruppen entgegengesetzte Steigung besitzen. Hierbei kann die Zahl der Lamellenschichten einer Gruppe im Verhältnis auf die Zahl der Lamellenschich- ten .der andern Gruppe mit entgegengesetzter Steigung eine verschiedene sein.
Da beim Verdrehen, des Federsystems die Lamellen mit im Drehsinn verlaufender Steigung sich stärker wölben, die Lamellen mit entgegengesetztem Drehsinn sich hingegen abflachen, so entstehen zwischen den aneinanderliegen- den, Lamellen Reibungsdrücke, die im besonderen Masse schwingungsdämpfend wirken. Es können auch achsial verlaufende Federlamellen mit schraubenförmig verlaufenden kombiniert werden.
Da Drehfedern mit schraubenförmig verlaufenden Federlamellen im Drehsinn des Schraubenganges weicher wirken als im Gegensinn, kann durch die Wahl der in einem und dem andern Sinne verlaufenden Lamel- lenzahl die Eigenschaft des Federsystems weitgehend beeinflusst werden.
Die besondere Bauweise der DreUfeder- systeme nach den Fig. 12 und 13 bezw. 14 und 15 ist in ihrer Wirkung mittels der Fig. 10 und 11 erläutert. In Fig. 10 ist die Drehfeder F mit dem Hebelarm H ausgestattet, an dessen Ende die abzufedernde Kraft p wirkt. Die gleiche Kraft wirkt am Federende und erfordert an der Einspannstelle ein Moment M = p X 1, das durch einen starren Rahmen oder dergl. aufgenommen werden muss.
Wie Fig. 11 zeigt, ist die Ausgestaltung derart, dass in einem Mittelkörper K zwei Federn F, F achsgleich festgelegt sind, an deren Hebeln H,
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wirken, so dass das Summenmoment
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das gleiche ist wie bei Fig. 10. Da die an den Federenden angreifenden Kräfte
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am Körper K entgegengesetzte Momente aus- üben, wird auf diesen Körper keinerlei Drehmoment, sondern lediglich die Kraft p ausgeübt, so dass@ dieser Körper K nur als diese Kraft aufnehmendes Element, z. B. ebenfalls als, Hebelarm ausgebildet werden kann. Das Drehfedersystem kann daher selbst als Drehgelenk verwendet werden.
Die Drehfedersysteme nach Fig. 12 und 13 bezw. Fig. 14 und 15 setzen sieb, aus einem bie- gungsfesten, mit dem Mittelstück K verbundenen Element, an dem die Hebel H drehbar gelagert sind, und aus den zwischen dem Mittelstück K und den Hebeln H wirkenden Federlamellen zusammen. Das Mittelstück und die Hebelenden sind hierbei mit .den Einspannköpfen versehen.
Fig. 12 zeigt ein Drehfedersystem im Achsschnitt, bei dem das Biegungsmoment
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durch eine biegungsfeste Hülle aufgenommen wird. Fig. 13 zeigt den Schnitt nach A-B der Fig. 12. In. dem biegungs- festen, als Hülle für die Federn wirkenden Rohr 1 ist in der Längsmitte das Mittelstück 2 gelagert, das die in der Achsrichtung versetzten radialen Zapfen 3, 3' trägt, auf die jeweils die innern Enden der rechts- und linksgängigen Federlamellen 4 mit Bohrungen aufgesteckt sind.
Die Federlamellen sind in doppelter Anordnung vorhanden, und zwar achsgleich symmetrisch auf beiden Seiten des Mittelstriches 2, an dem sie angreifen. An den Enden ist das Rohr durch
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Lagerstücke 5 geschlossen, in denen mittels der Zapfen 6 der Mitnehmerkörper 7 drehbar gelagert ist. Aussen sind auf den Vierkanten 8 die Schwinghebel 9 aufgesteckt. Die 11Iitnehmerkörper 7 sind im wesentlichen zylindrisch und mit Längsnuten 10 versehen. Auf dem Körper 7 sind je zwei Ringe 11 und 12 gleitbar. In den Ringen sitzen im Kreis versetzt radiale Bolzen 13 bezw. 14, die mit. den innern Enden in Kuten 10 eingreifen. Auf den äussern Enden der Bolzen 13 sitzen z. B. die rechtsgängig gewundenen Federlamellen mit Bohrungen aufgesteckt, auf den Bolzen 14 die linksgängig gewundenen Lamellen.
Da sich beim Verdrehen des Mitnehmerkörpers 7 die Federlamellen der einen Lamellenschicht verlängern, die der andern Lamellenschicht verkürzen, werden sieh die Ringe 11 und 12 gegenseitig verschieben, so dass die Lamellen keinerlei Knickbeansprilchungen erfahren. Die längsversehieblichen Ringe können natürlich auch an den innern, einander zugekehrten. Federenden vorgesehen sein. Es kann auch ein verschiebbarer Rin>' am äussern, der andere am innern Ende angeordnet werden. Dies hat die Wirkung. dass beim Längsausgleich die Federlamellen sich gegenseitig der Länge nach verschieben und infolge der Reibung eine erhöhte Seh -iugungsdä-mpfung des Federsystems bewirken.
Statt der verschiebbaren Ringe können auch bei einfacheren Ausführungen Längsschlitze in den Federlamellen zum Längsaus-'leicb vorgesehen werden. Über die Lamellen ist der mit Ausnehmungen für die Zapfen 13. 14 versehene, geschlitzte, federnde Ring 1,5 aufgeschoben, der durch die Rohrhülse 1. ani Aufgehen gehindert ist, so dass die Lamellenenden, die sich beim Verdrehen stärler wölben bezw. abflachen wollen, nur mit: einem gewissen Reibungsdruck bewegen können und daher eine schwingungsdämpfende Bremsung erfahren, die mit der Grösse der Verdrehung wächst. Je nach der beabsiehtig-ten Federhärte können mehr oder weniger Schichten von Federlamellen allenfalls verschiedener Stärke angeordnet werden, z.
B. abwechselnd Schichten von links- und rechts-
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gängig gewundenen Lamellen, und zwar etwa. drei Schichten von linksgängigen und zwei Schichten von i'echtsg'ängigen Lamellen. Da die Lamellen beim Verdrehen im Sinne ihrer Schraubenwindung weicher sind als im entgegengesetzten. Sinne. können durch verschiedene Zahl der links- und i'eehtsg äng'igen Lamellen Federsysteme zlisammellestellt werden, die von der Nulla\-'e in dem einen Drelisilin weielier wirken als in dem andern Drehsinne, also z. B. im einen Sinne elastisclier, im and,rn Drehsinne als Stossdämpfer. Das Hüllenrohr 1 kann in beliebiger Weise, z. B. durch Schweissen an dem Fahrgestell, befestigt sein. Im vorliegenden Ausfiihrun"-sii;,i;piel sitzi es ini Rin; 1!, der z. B. ebenfalls einen Schwinghebel 17 trägt, so c?ass das Feilf@i'svsteni ein Gelenk mit zwei Schwinl.'hehelsysleinen '.a und 17 bildet.
Da\.ili@hllll'l@n\T@ie'plel 111_'h den Fig. 14 und 15 unterscheidet sich gegenüber dem Beschriebenen dadurch, dass nicht das Hüllenrohr träg']-, sondern das Mittelstiiek als biegllngsfeste Aelis.e ausgebildet ist, indem sie auf beiden Seiten zu Körpern 2' gleicher Bieglingsfesti-ht-it verlängert ist. Zur Gewiehtsverminderung kann die .Xcllse ausgebohrt sein. An den Reblenden sitzen Büchsen 18 auf den Lag(,i'flächen 19 und 19' drehbar und auf den Büchsen die Hebel 9 fest. Die Biiclisen ])(-sitzen Schlitze 20 und 21, durch die die Bolzen 13 bezw. 14 eingreifen, die ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch die Gleitringe 11 arid 12 greifen, und auf deren äussern Enden die Federlaiiiellen aufgesteckt sind, die durch die geteilten Federringe 15, 15' umfasst werden.
Ein äusseres dichtendes Rohr 1' gestattet, die Federn wie beim ersten Beispiel in ein Schmiermittel zu legen. Das Mittelstiick 2' ist in einem Lagerbock 1.6' oder dergl. undrehbar gelagert. Fig. 16 zeigt sehaubildlieh ein Drehf edersystem mit mehreren Lagen von abwechselnd rechts- und linksgängig verlaufenden Federlamellenschicliten. Es können auch achsparallele Lamellensvsteme mit. rechts- oder linksgängigen Lamellensystemen kombiniert werden. Im einfachsten Falle können meh-
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rere Schichten von im greis versetzten zur Drehachse parallelen: Federn angeordnet sein. Diese Bauart ist dort vorzuziehen, wo eine geringere Federdämpfung erwünscht ist. Diese Konstruktionen können z.
B. bei den in Fig. 5 bis 9 dargestellten Ausführungsformen vorgesehen sein.