DE1009500B

DE1009500B - Federungshohlkoerper aus Gummi oder elastischem Kunststoff, insbesondere zum Auffangen von Stoessen bei Fahrzeugen

Info

Publication number: DE1009500B
Application number: DEJ8231A
Authority: DE
Original assignee: Mueller Wilhelm H & Co KG
Current assignee: Mueller Wilhelm H & Co KG
Priority date: 1954-01-29
Filing date: 1954-01-29
Publication date: 1957-05-29
Also published as: NL110891C; NL258915A; BE550183A; FR1157837A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Federungshohlkörper aus Gummi oder elastischem Kunststoff, insbesondere zum Auffangen von Stößen bei Fahrzeugen, die vorzugsweise in Richtung der Längsachse belastet werden, an beiden. Enden mit durchbohrten Stirnflächen zur Anbringung von Druck-, Zug- und Verdrehungskräfte übertragenden Befestigungselementen versehen sind und bei· denen einer Querausdehnung des elastischen Materials in einer oder mehreren Querschnittsebenen Einschnürungein oder Verstärkungen entgegenwirken.

Die Erfindung bezweckt, den Federungshohlkörper so auszubilden, d&ß er bei kleinem Durchmesser einen im Verhältnis zur Bauhöhe großen Federweg hergibt und bei hohem Schlankheitsgrad vollkommen seitenstabil ist, d, h. beim Zusammenpressen weder nach der einen Seite hin umknicken noch, was meistens zum Umknicken führt, sich nach einer Seite hin im verstärkten Maße ausbauchen kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Federungshohlkörper mit einer Federkennlinie zu schaffen, die einen zunächst möglichst flachen, zum Schluß nach einer Exponentialfunktion stark progressiv ansteigendien stetigen Verlauf ohne Wendepunkte aufweist. Damit soll vor allem die namentlich im PersonenfahErzeugbau erwünschte Anpassung des Stoßauffangvermögens des Federungselementes an die jeweilige Belastung bei leerem, wenig besetztem und vollbeladenem Fahrzeug verwirklicht werden. Mit der Erfindung wird schließlich angestrebt, einen Federungshohlkörper von möglichst kleinen Abmessungen zu schaffen, die den Einbau in die meistens sehr beengten Fahrwerkskonstruktionen gestatten, um den Federungshohlkörper als Stoßdämpfungselement im Fahrzeugbau verwenden zu können. Kleine Abmessungen des Federungshohlkörpers setzen eine vollkommene Ausnutzung des gesamten Federvolumens und eine gleichmäßige Verformung über die gesamte Bauhöhe des Federungskörpers in der Längsachse voraus ohne jede Einschränkung durch ein- oder anvulkanisierte Teile.

Gummiabfederungen sind im Maschinen- und Fahrzeugbau in Form von festen und hohlen elastischen Körpern zur Dämpfung der Schwingungsübertragungen und zur Geräuschisolierung bekannt, und zwar als Vollgummi- wie auch als Gummihohlkörper, die für sich als einzelnes Element bei Druckbeanspruchung nur einen, verhältnismäßig kleinen Fedierweg hergeben. Für diese Zwecke werden Gummifedferungskörper auch so ausgebildet, daß in ihnen Schub- und Zugbeanspruchungen zur Belastungsaufnahme ausgenutzt werden.

. Bekannt sind schließlich Federungshohlkörper aus Gummi, welche vorzugsweise in Richtung der Längsachse belastet werden und bei denen einer Querausdehnung dtes elastischen Materials in einer oder Federungshohlkörper aus Gummi

oder elastischem Kunststoff, insbesondere zum Auffangen von Stößen bei Fahrzeugen

Anmelder:

Wilhelm Herrn. Müller & Co. K.-G.,
Hannover, Klagesmarkt 5

mehrere« Querschnittsebenen Einschnürungen oder Verstärkungen entgegen wirken. Bei einer Ausführungsform dieser vorbekannten Federungshohlkörper ist dieser als innen- und außengewellter harmonikaartiger Faltenbalg odler als lediglich an der Außenmantelfläche gewellter Körper ausgebildet und an mindestens einer Einschnürungs- oder Verstärkungsstelle mit einem Band¹ umgeben. Die Vorspränge und die Einschnürungen sind dabei nadh Krümmungsradien abgerundet, so daß alle Teile in Rundungen fließend ineinander übergehen. Eine längs axiale Druckbelastung eines solcher Art ausgebildeten Gu-mmihohlkörpers führt, wie praktische Versuche gezeigt haben, in erster Linie zu einem Stauchen des elastischen Materials im Bereiche dter Einschnürungszonen. Die für einen zügigen harmonischen Verlauf der Federkennlinie notwendige gleichmäßige Verformung des elastischen Materials läßt sich auf diese Weise nicht erreichen. Die fließenden Übergänge zwischen den Einschnürungen und den ringförmigen WulstvorSprüngen haben zudem den Nachteil, daß der Fedterungshohlkörper bei schon verhältnismäßig geringer Druckbelastung unstabil wird¹ und zum seitlichen Umknicken neigt. Wenn von einer solchen Gummihohlfedeir ein größerer Federweg verlangt wird, bedarf es einer Führung des Gummihohlkörpers, z. B. in der Weise, daß er auf einer Führungsstange angeordnet wird.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß ein Fedbrungshohlkörper von im wesentlichen zylindrischer schlanker Form beiderseits der beim einzelnen Federungshohlkörpeir lediglich in beschränkter Anzahl vorhandenen Einschnürungs- bzw. .Verstärkungsebene oder -ebenen mit parallel zur Längsachse verlaufenden Wandabschnitten ausgeführt ist, deren elastische Verformung senkrecht zur Längsachse durch die benachbarte Einschnörungs- bzw. Verstärkungsstelle oder -stellen beeinflußt wird.

709 546'289

Wird ein so gestalteter Gummihohlkörper in axialer Richtung belastet, dann werden die * zylindrischen Wandabschnitte, die bei unbelastetem Federungshohlkörper zu dessen Längsmittelachse parallel verlaufen, mit zunehmendem Belastungsdnuck m immer stärkerem Maße nach beiden/ Seiten gleichmäßig ausgebaucht. Hierbei findet eine dem Belastungsdruck proportionale, über:die ganze Bauhöhe des Fede-rungskörpers gleichmäßige Verformung des ..elastischen Materials statt unter erst flachen und zunehmend- immer steiler werdendem Anstieg der Federkennlinie. Die in der Achsrichtung wirkenden-Belastungskräf te werden innerhalb des Gummikörpers in Schub-, Zug- und Drehschubbeänspruchüngen ' umgewandelt: Die Schwingungsknoten der Querausdehnungsschwiingungen liegen da- bei in den- Belastungsauf lageflächen an den beiderseitigen . Enden des Federungshohlkörpers, wodurch offene. Schwingumgsbäuehe an den Enden, durch welche der zugige Verlauf der Federkennlinie" erfahrungsgemäß gestört wk-d¹,- vermieden sind. Die Einschnü- ao rungen bzw. Verstärkungen an einer oder an einigen wenigen Stellen des Federüngshohlkörpers verhindern in örtlich bestimmten Mittelbezkken die Ausbauchung des Gummikörpers und bilden oberhalb und unterhalb dieser Stellen neue Quer aus dehnungsebenen, so daß alle Schwingungsknoten in den Auflageebenen und in der Ebene bzw. den Ebenen der Einschnürung oder Verstärkung liegen. Die Einschnürungen bzw. Verstärkungen setzen der sich gleichmäßig und stetig vollziehenden Quer aus dehnung der zylindrischen Wandabschnitte des Hohlkörpers schließlich ein Ende; sie begrenzen somit die Zusammendrückbarkeit der Hohlfeder und bewirken ..ein Starrwerden des Federüngshohlkörpers. Trotz :der hohen schlanken Form des Fedterungshohlkörpers. .und obwohl keinerlei Führungsmittel vorgesehen sind, kann dabei der Federungshohlkörper nicht nach der Seite umknicken. Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlfeder läßt sich ein-Federweg bis zu 70% der Bauhöhe des Federungselementes erzielen, was mit den bisher bekannten Gummihohlkörpern nicht erreichbar war.

. Mit den Mitteln der Erfindung ist es möglich, durch Wahl der Wandstärken in Verbindung mit der Formgestaltung des Hohlraumes, durch Wahl des Abstandes der Querausdehnungsebenen von der Einschnürungs-. bzw. Verstärkungsstelle und durch Wahl der Größe der belasteten Fläche für jede gewünschte Belastung bei größtmöglichem Federweg ein ideales Dämpfungsdiagramm zu verwirklichen.

Zur Erzielung eines flachen Verlaufes des Anfanges der Federkennlinie ist es zweckmäßig, die Einschnürung bzw. die Einschnürungen an der Außenmantelfläche des Federungshohlkörpers mit geradlinig verlaufenden Flanken auszuführen, die in scharfen Knicken ineinander übergehen und einen Knickwinkel einschließen, der kleiner ist als 90°. Dabei wirken die die Einschnürungsstelle .bzw. Einschnürungsstellen umschließenden Wandteile des Federungshohlkörpers bei, erster Druckbelastung wie ein Gummigelenk, was eine besonders weiche Anfangsfedierung ergibt. Erst wenn sich die Wandteile hebelartig gegeneinander gelegt haben, setzt die. Ausbauchung der beiderseits der Einschnürungsebene " bzw. Einschnüirungsebenen befindlichen zylindrischen Wandungsabschnitte der Gummihohlfeder ein.

Der erwünschte weiche Federungsanlauf kann auch dadurch erreicht bzw. noch, verbessert werden, daß der Federungshohlkörper innenseitig mit schraubenlinienförmig verlaufenden oder in der bzw. in den Einschnürungs- bzw. Verstärkungsebenen in einem Winkel aufeinanderstoßenden, nebeneinanderliegenden Rippen und Rillen versehen ist, die sich bei zunehmender Belastung des Federungshohlkörpers aneinander- und ineinanderiegen.

Zur Erhöhung der Seitenstabilität des Federungshohlkörpers ist es zweckmäßig, die von den beidlen durchbohrten Stirnflächen gebildeten Lastaufnahmeflächen unter Verdrehen der Längsmittelachse des Federüngshohlkörpers um einen bestimmten Winkel unter gegenseitiger Vorspannung festzuliegen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Diagramm handelt es sich um eine Kennlinie eines Gummikörpers bekannter Bauart mit seitlicher Ausdehnungsmöglichkeit in der Mitte, bei der durch die eine Querwelle Wendepunkte α und b in der Kennlinie- hervorgerufen werden und der zügige Verlauf gestört' wird. Dieselben Störungen treten auch beim Verlauf der Eigenfrequenz in Abhängigkeit von der Belastung auf.

Bei der in Fig. 2 im Längsschnitt gezeigten Ausführungsform einer aus einem Stück bestehenden Gummi- oder Kunststoffeder ist der im wesentlichen zylindrische Körper 1 mit dem Hohlraum 2 durch die mit den Maßen m und s bzw. dem Winkel α bestimmte Einschnürung3 in zwei Quer wellenebenen 4 aufgeteilt, wobei die Lage der beiden Ebenen zueinander durch den Abstände bestimmt ist. Die durch die tiefste Stelle der Einschnürung .gedachte Ebene ist durch die strichpunktierte Linie 3_α-3_α angedeutet. Die Lastaufnahmeflächen 5 sind der Größe der aufzunehmenden Belastung entsprechend ausgebildet, wobei der Übergang dieser Flächen zu dem zylindrischen Außendurchmesser allmählich erfolgt.

Die Verbindung der Feder beispielsweise mit den abgefederten und nicht abgefederten Massen eines Fahrzeuges erfolgt mittels bekannter Befestigungselemente, für deren Aufnahme die Lastaufnahmeflächen 5 mit zentralen Bohrungen 6 versehen sind.

Fig. 2 a zeigt einen Querschnitt durch den Federungskörper nach der Linie I-II der Fig. 2;

Fig. 3 zeigt eine durch eine Feder nach Fig. 2 verwirklichte Kennlinie;

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform einer Gummifeder, bei der von der Einschnürungsebene 3_o-3_a ausgehend abwechselnd nebeneinanderliegend Rippen 7 und Rillen 8 nach oben und unten verlaufen, wobei sich bei Belastung die Rippen aneinander bzw. in die Rillen legen und hierbei eine Drehschubbeanspruchung des mittleren Teiles des Gummihohlkörpers hervorgerufen wird bei gleichzeitig in den Wandungen des Gummihohlkörpiers auftretenden Druck- und¹ Zugkräften;

Fig. 4 a zeigt einen Querschnitt durch einen solcherart ausgebildeten Fedenungshohlkörper nach der Linde TII-IV der Fig. 4;

Fig. 5 zeigt einen Gummihohikörper 1 in der Ausführungsforrn mit einer wulstförmigen Ausbildung des mittleren Teiles. Die durch die wulstförmige Ausbildung gedachte mittlere Verstärkungsebene ist durch eine strichpunktierte Linie mit dem Bezugszeichen 4_a-4_a kenntlich ,gemacht. Ein im verstärkten mittleren Teil des Gummikörpers 1 eingebetteter Ring 15 aus festem oder elastischem Material wirkt der Querartisdehnung des Körpers in der Ebene 4_B-4_O ebenfalls entgegen.

Fig. 5 bringt zugleich ein Ausführungsbeispiel für den Anschluß der Gunimihohlfeder an die abgefederten und nicht abgefederten Massen eines Fahrzeuges. Das obere Federende ist mittels eines durch die Boh-

rung 6 der oberen Lastaufnahmefläche 5 vom Hohlraum 2 her hindurchgeführten Befestigungsbolzens 11 und mittels einer von außen her unter Zwischenschaltung einer federnden Unterlegscheibe 13 auf den Gewindeschaft des Bolzens 11 aufgeschraubten Mutter 12 an der Druckplatte 9 bzw. am Rahmenteil des Fahrzeuges festgelegt. Zur Festlegung des unteren Federendes an der Gegenplatte 10 bzw. am Achsenteil des Fahrzeuges dient eine in den Hohlraum 2 der Feder eingebrachte, gegen die Innenseite der unteren Lastaufnahmefläche 5 anliegende Platte 12 mit einer zentralen" Muttergewindebohrung, in die ebenfalls unter Zwischenschaltung einer federnden Unterlegscheibe 13 von außen her der Gewindebolzen 11 eingeschraubt ist. In das Durchtrittsloch 6 der unteren Lastaufnahmefläche ist ein Ring 14 eingesetzt, der die Gewindemutterplatte 12 in bestimmtem Abstand von dier Gegenplatte 10 hält.

Fig. 6 zeigt als Beispiel einen Gummihohlkörper, bei dem in der Einschnürungsebene 3_a-3_a eine Trennwand 16 angeordnet ist.

Über den Wortlaut der Ansprüche hinausgehende Teile der Beschreibung, des Ausführungsbeispiels und der. Zeichnung dienen nur der Erläuterung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Claims

Patentansprüche:

1. Federungshohlkörper aus Gummi oder elastischem Kunststoff, insbesondere zum Auffangen von Stoßen bei Fahrzeugen, der vorzugsweise in Richtung der Längsachse belastet wird, an beiden Enden mit durchbohrten Stirnflächen zur Anbringung von Druck-, Zug- und Verdrehungskräfte übertragenden Befestigungselementen versehen ist und bei dem einer Querausdehnung des elastischen Materials in einer oder mehreren Querschnittsebenen Einschnürungen oder Verstärkungen entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der eine im wesentlichen zylindrische, schlanke Form aufweisende Hohlkörper (1, 2) beiderseits der beim einzelnen Federungshohlkörper lediglich in beschränkter Anzahl vorhandenen Einschnürungsbzw. Verstärkungsebene (-ebenen 3_a, 4_a) mit parallel zur Längsachse verlaufenden Wandabschnitten ausgeführt ist, deren elastische Verformung senkrecht zur Längsachse (Querausdehnungsebenen 4, 4) durch die benachbarte Einschnürungsbzw. Verstärkungsstelle (-stellen 3 bzw. 15) beeinflußt wird.

2. Federungshohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (Einschnürungen 3) eine durch eine geradlinig verlaufende, scharfkantig geknickte Linienführung der die Außenmantelfläche des Federungshohlkörpers (1, 2) Erzeugenden bestimmte Form aufweist (aufweisen), wobei der Knickwinkel kleiner ist als 90°.

3. Federungshdhlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er innenseitig mit schraubenlinienförmig verlaufenden oder in der bzw. in den Einschnürungs- bzw. Verstärkungsebenen (Einschnürung 3 bzw. Verstärkung 15) in einem Winkel aufeinanderstoßenden, nebeneinanderliegenden Rippen und Rillen (7 bzw. 8) versehen ist, die sich bei zunehmender Belastung des Federungshohilkörpers (1, 2) aneinander- und ineinanderlegen.

4. Federungshohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gummi- bzw. Kunststoffmaterial (1) in der (den) Einschnürungs- bzw. Verstärkungsebene (-ebenen 3_α, 4_α) ein oder mehrere Ringe (15) aus starrem oder elastischem Werkstoff zur Behinderung der Querausdehnung des elastischen Materials in dieser Ebene (in diesen Ebenen) eingebettet sind.

5. Federungshohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in der (den) Einr schnürungs- bzw. Verstärkungsebene (-ebenen 3_a, 4„) mit (je) einer ununterbrochenen oder nur durch eine kleine Bohrung.unterbrochenen Trennwand (16) als Mittel zur Behinderung der Querausdehnung des Gummi- oder Kunststoffmaterials in dieser Ebene (in diesen Ebenen) versehen ist.

6. Federungshohlkörpei· nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Stirnflächen (5) gebildeten Lastaufnahmeflächen unter Verdrehen der Längsmittelachse des Federungshohlkörpers (1, 2) um einen bestimmten Winkel unter gegenseitiger Vorspannung befestigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 15 141 Jahre 1910, 698 322.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen