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Fedexgelenk Die Erfindung betrifft ein Federgelenk, bei dem die äußeren
Kräfte auf zwei parallele, in einem Gehäuse in Gummi eingebettete, gegeneinander
verdrehbare Bolzen wirken.
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Solche Federgelenke werden allgemein an Stellen benutzt, an denen
Kräfte mit bestimmter Richtung übertragen werden sollen oder können, während anders
gerichtete Kräfte durch das Gelenk aufgefangen bzw. gedämpft werden. Im weiteren
Sinne gehören zu den Vorrichtungen, die eine derartige Aufgabe erfüllen, auch elastische
Kupplungen, bei denen es z. B. bekannt ist, Scheiben aus elastischem Material zu
verwenden, in die von der treibenden und der angetriebenen Seite aus achsparallele
Übertragungsstifte eingreifen. Anstatt der Scheibe wird für elastische Verbindungen
mit ähnlicher Wirkungsweise auch vielfach ein die Verbindungsstifte umschließendes
gemeinsames Gehäuse vorgesehen. Es sind weiter Vorrichtungen bekannt, die zur gegenseitigen
Abfederung von durch Kräfte beanspruchten Maschinenteilen' benutzt werden, bei denen
der eine Maschinenteil selbst als glockenförmiges Gehäuse ausgebildet ist, das kugelschalenartig
einen entsprechenden ringförmigen Gummikörper umfaßt, der seinerseits auf dem wellenförmigen
Vorsprung eines zweiten Maschinenteiles sitzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Federgelenk der eingangs
beschriebenen Art zu Schaffen. Bei diesem Federgelenk soll die Ablenkung; die in
dem Federgelenk infolge der -Deformation der Gummieinlage . durch eine Belastung
hervorgerufen wird, in Richtung, dieser Belastung gehen. Diese Ablenkungen sollen
für-einen Bereich von Belastungen, die aus sehr verschiedenen Richtungen auf das
Federgelenk wirken, dieselben bleiben.
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Die Erfindung-besteht darin, daß .die benachbarten Flächen der in
c'las Federgelenk eingreifenden Bolzen der damit verbundenen Maschinenteile eben
sind, während die nach außen -gerichteten Flächen und -die gegenüberliegenden Flächen
des Federgelenkgehäuses eine teilkugelförmige Gestalt haben; wobei -der Gummi im
Raum zwischen den benachbarten Flächen vorkomprimiert wird-. Weiter zeichnet sich
.ein nach der Erfindung hergestelltes Federgelenk dadurch aus, daß- die beiden teilkugelförmigen
Flächen an- den Enden des Gehäuses durch zylindrische Flächen verbunden sind, die
senkrecht zu den ebenen Flächen der Bolzen stehen Durch die Verwendung von- teilkugeligen
Gummizwischenlagen -wird erreicht, däß der Gummi sowohl unter horizontalen, einschließlich
axialen Belastungskräften als auch unter vertikalen Belastungskräften auf Druck
beansprucht wird, so daß er große Lasten ;tragen kann. Der vo'rkompriniierte mittlere-
Gummiblock verhindert, daß unter normalen Belastungen die Gummieinlagen in den teilkugeligen
Zwischenräumen unter Zugspannung kommen. Während der mittlere Gummiblock infolge
seiner Vorkomprimierung eine Vorbelastung der Gummieinlagen in den teilkugeligen
Zwischenräumen - bewirkt, - trägt er gleichzeitig zur Aufnahme vertikaler und- axialer
Belastungen durch Schubbeanspruchungswiderstand bei. Unter axialen Belastungen sind
hierbei Belastungskräfte zu verstehen, welche längs der Befestigungselemente wirken.
Das gleiche gilt für Belastungen, die in irgendeiner Neigungsrichtung zwischen der
vertikalen und der axialen Richtung wirken. -Durch die Kombination- des Schubwiderstandes,
und.. des Kompressionswiderstandes gegen vertikale--und axiale Belastungen wird-
erreicht, daß man eine $-förmige- Last-Weg-Kurve erhalten kann, -und diese charakteristische
Kurve für die in einen- Diagramm zu den Belastungen aufgetragenen Ablenkungen oder
Ausschläge gilt auch für Belastungen, die in einer zur Vertikalen und Horizontalen
geneigten Richtung wirken.
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Auf diese Weise wirkt- das Federgelenk, ausgenommen bei reiner- Zugspannung
oder Kompression, unter verschieden gerichteten Belastungen in der gleichen Weise,.
d. h., es gestattet eine Ablenkung oder einen Ausschlag in der Richtung der wirkenden
Belastung, und die Last-Weg-Kurve ist, wie auch immer die Richtung der Belastung
sein mag, S-förmig und für sämtliche Richtungen praktisch die gleiche.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand der Beschreibung näher
erläutert, und zwar zeigt die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche
in diesem Falle zur Lagerung einer- Schiffsmaschine gebraucht wird.
Fig.
1 der Zeichnung zeigt eine Seitenansicht der mittels zweier Federgelenke nach der
Erfindung ausgeführten Lagerung, welche teilweise nach der Linie 1-1 der Fig. 2
geschnitten ist; Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Lagerung, welche teilweise nach
der Linie 2-2 der Fig. 1 geschnitten ist, und Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach
der Linie 3-3 der Fig. 1.
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Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung hat ein Paar Federgelenke
11 und 12, welche eine Lagerung zwischen einem Tragstück 13, das mit einem der Maschinenlagerflansche
verbunden ist, und einem Tragstück 14 bilden, das mit einem der Schiffsträger oder
Holme verbunden ist. Die Maschinenlagerflansche und Schiffsholme sind in der Zeichnung
fortgelassen. Die Kurbelwelle der Maschine verläuft parallel zu der in Fig. 3 dargestellten
Schnittebene.
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Jedes der Federgelenke 11 und 12 besteht aus einem länglichen Metallgehäuse
15 und zwei gleichen, metallischen Bolzen 16 und 17, welche in dem Gehäuse 15 nach
den Enden desselben hin untergebracht sind, so daß ein Zwischenraum zwischen ihnen
in dem mittleren Teil des Gehäuses verbleibt. Die abgerundeten Endteile des Gehäuses
15 sind derart geformt, daß ihre Innenflächen 18 Teile eines Kugelmantels oder ähnlichen
Körpers bilden. Die Außenflächen 19 der Bolzen 16 und 17 sind in gleicher Art geformt,
so daß der Zwischenraum zwischen diesen beiden Flächen, wenn er in der nachstehend
beschriebenen Weise gefüllt ist, eine etwa gleichmäßige Höhe aufweist. Die benachbarten
Flächen 20 der Bolzen 16 und 17 sind eben und liegen praktisch parallel zueinander.
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Die Zwischenräume zwischen den kugeligen Flächen 18 und 19 des Gehäuses
15 bzw. der Bolzen 16 und 17 sind mit Gummi 21 gefüllt.
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Der Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden ebenen Flächen
20 der Bolzen 16 und 17 ist mit Gummi 22 gefüllt. Diese Gummifüllung
22 ist zweckmäßig geschichtet; wobei der Gummi mit zwei metallischen Endplatten
23 verbunden und durch eine metallische Zwischenplatte 24 in zwei Lagen geteilt
ist. Dadurch wird die Steifigkeit des Gummis gegen Kompressionsbelastungen erhöht,
die auf die Endplatten 23 wirken.
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Beim Zusammenbau der beiden Federgelenke 11 und 12 zur Bildung einer
Lagerung werden die inneren Bolzen 17 der beiden Federgelenke mit je zwei Schrauben
25 an dem U-förmigen Tragstück 13 befestigt. In gleicher Weise ist jeder der äußeren
Bolzen mittels zweier Schrauben 26 an dem U-förmigen Tragstück 14 befestigt. Durch
die Anordnung von zwei Verbindungsbolzen für jeden Bolzen wird gewährleistet, daß
die Bewegung des Tragstückes 13
relativ zu dem Tragstück 14 geradlinig erfolgt.
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Die Teile der Lagerung befinden sich in der geradlinigen Stellung
wie gezeigt, wenn sie der normalen Belastung unterworfen sind. Beim Auftreten eines
Stoßes. oder Rückpralles in der einen oder anderen Richtung werden sie dagegen aus
dieser geradlinigen Stellung verschoben.
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Bei der Herstellung der einzelnen Federgelenke 11 oder 12 werden die
Teile so bemessen, daß sich die Gummischichtung 22 in einem Zustand der Vorkompression
befindet, welche senkrecht zu den Flächen 19 und 18 der Bolzen 16 und 17 bzw. des
Gehäuses 15 gerichtet ist. Die Endplatten 23 der Gummischichtung sind nicht an den
Bolzen 16 und 17 befestigt; infolgedessen ist es auch hier niemals möglich, daß
der Gummi- der äußeren Schicht 21 in einen Zugspannungszustand versetzt wird. Die
Gummifüllung 21 zwischen den Bolzen 16 und 17 und dem Gehäuse 15 ist mit diesen
Bauteilen verbunden und erstreckt sich nicht nur um die Enden, sondern auch quer
über die Mitte des Federgelenks, wobei eine Aussparung für die Gummizwischenschichtung
22 beim Formen durch einen herausnehmbaren Kern gebildet wird. Durch diesen Zusammenhang
der Gummischicht 21 über die Mitte zwischen den beiden Bolzen 16 und 17 wird die
übliche Begrenzung des Inhaltes von Lagerbuchsen mit teilringförmigen Gummielementen
vermieden. Die Bolzen 16 und 17 führen bei einem Ausschlag der Lagerung
gleiche Winkelbewegungen aus, so daß der Teil der Gummifüllung 21 längs der Mitte
des Federgelenkes, obwohl verdreht, doch keiner merklichen Belastung ausgesetzt
ist.
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Die ebenen Flächen 20 der Bolzen 16 und 17 bleiben bei einem Ausschlag
des Federgelenkes parallel und äquidistant und beanspruchen somit die Gummischichtung
22 zwischen sich auf Scherung. Im freien Zustand sind die ebenen Flächen 20 zu der
Normalen der Gelenkachse geneigt, so daß sie, wenn sie zusammengebaut und unter
statische Belastung gebracht werden, wie in Fig. 1 gezeigt, senkrecht zu der Längsachse
des Federgelenks zu stehen kommen. Wenn die Teile zusammengebaut sind, ist dort
keine Belastung vorhanden und das Tragstück 13 steht in bezug auf das Tragstück
14 höher, als in Fig. 1 gezeigt ist. Die Bolzen 25 und 26 können dann frei in ihre
entsprechenden Löcher eingesetzt werden. Es tritt hierbei keine Änderung des Zwischenraumes
zwischen den Bolzen 16 und 17 wie zwischen freien und belasteten Bedingungen ein.
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Bei einem entsprechend der Zeichnung ausgebildeten und gelagerten
Federgelenk wird die anfängliche Längskompression des Gelenkes hauptsächlich durch
Druckbeanspruchung der Gummifüllung zwischen den Gelenkbolzen getragen. Das Nachlassen
der Anfangskompression des Gummis 21 während des Ausschlages bzw. der Biegung aus
der freien Stellung in die normale belastete Stellung verringert die Steifigkeit
zufolge der Verdrehungsbelastung der Gummifüllung 21 zwischen den Bolzen und dem
Gehäuse. Bei größerem Ausschlag über den Punkt hinaus, in welchem die Gesamtheit
der Anfangskompression wiederhergestellt ist, wird das Federgelenk durch Kompression
der Gummifüllung 21 ausgedehnt, welche zufolge der Torsionsbeanspruchung desselben
Teiles der Gummifüllung beträchtlich zu der Steifigkeit beiträgt. Die Lagerung zeigt
somit eine S-förmige Last-Weg-Charakteristik und erreicht dies nicht nur durch erhöhten
Widerstand gegen eine Bewegung bei großen Ausschlägen, sondern auch durch verringerte
Steifigkeit über einen begrenzten Bewegungsbereich unter kleinen Ausschlägen.
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Unter »Gummi« ist im vorstehenden nicht allein natürlicher Gummi,
sondern auch irgendein künstliches Material zu verstehen, welches die gleichen oder
ähnlichen Eigenschaften aufweist wie der Naturgummi.