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Auf Druck beanspruchter, massiver, einteiliger Federungskörper aus
Gummi od. dgl. Die Erfindung betrifft auf Druck beanspruchte, massive, einteilige
Federungskörper aus Gummi od. dgl., die im unbelasteten Zustand höher- als breit
sind und deren Querschnittsflächen sich von den Enden zur Mitte hin vergrlößern.
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Die bisher zu Abfederungszwecken benutzten, auf Druck beanspruchten
massiven Gummikörper sind im allgemeinen so gestaltet und angeordnet, daß sie im
unbelasteten 'Zustand breiter sind als hoch. Zufolge dieser Form haben sie im unteren
Beanspruchungsbereich eine nahezu linear verlaufende, erst bei größeren Beanspruchungen
progressiv ansteigende Federkennlinie.
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Für viele technische Zwecke, beispielsweise in der Fahrzeugindustrie
zur Abfederung des Fahrzeugaufbaues gegen den Fahrzeugrafimen, wird ein Federelement
benötigt, das eine schon bei niedrigen Beanspruchungen progressiv ansteigende Federkennlinie
aufweist, gleichwohl aber einen großen Federweg hergibt. Zur Erfüllung dieser Forderung
ist bereits vorgesch!agen worden, massive Gummifederungskörper in schlanker, hoher
Form mit zu den beiderseitigen Enden hin abnehmenden Querschnittsflächen auszuführen.
Solche Federungskörper neigen naturgemäß in hohem Maße dazu auszuknicken, wenn sie
in Richtung ihrer langen Ouerschnittsachse zusammengepreßt werden, und außerdem
besteht bei ihnen die Gefahr örtlicher Überbeanspruchungen des Gummimaterials an
den den Federauflagen zugekehrten, verjüngt auslaufenden beiden Endabschnitten.
Wegen dieser Schwierigkeiten und des damit verbundenen Risikos sind schlanke massive
Gummifederungskörper, obwohl sie gegenüber den zur Verwirklichung jeweils gewünschter
Federkennlinien in verschiedenen Ausführiingsfornien bekannten Gummihohlfedern erhebliche
Vorteile in bezug auf einfachere, billigere Herstellbarkeit, geringeren Platzbedarf,
erhöhte Sicherheit gegen mechanische Beschädigung und ,größere Überbelastbarkeit
bieten, in der Praxis nur in Ausnahmefällen angewendet worden, Nach der Erfindung
ist die Knickgefahr eines Federungskörpers der eingangs angegebenenArt undForm nahezu
völlig ausgeschaltet, wenn der Federungskörper mit in Längsrichtung verlahfenden
Versteifungsrippen ausgeführt ist. Die in der Federungsrichtung verlaufenden Versteifungsrippen
erhöhen den Trägheitsradins in der gefährdeten Knickrichtung undinachen somit hohe-,
schlanke, massive Gummifederungskörper, deren Federkennlinie schon gleich im Anfangsbereich
des Federungsweges progressiv anste,-steigt, für die Anwendung in vielen Fällen
geeignet, in denen die Anwendung solcher Federungskörper wegen unzureichendet Knicksicherheit
unmöglich war bzw. bedenklich erschien. Wenn es erwünscht oder notwendig ist, ein
Federungselement zu haben, dessen progressive Federkennlinie über das übliche Maß
hinaus steil ansteigt, ohne daß man dabei eine Überbeanspruchung des Gumminiaterials
befürchten muß, können die Rippen vorzugsweise durch zurückgesetzte Anordnung ihrer
Enden hinter den Enden des Federungskörpers so ausgebildet werden, daß sie in der
bei Gunimihohlfederungskörpern bekannten Weise eine zwei- oder mehrstufige Federung
bewirken.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gummifederungskörper
die Gestalt eines H auf, dessen beide Flansche oben und unten in konvex gekrümmten
Randkanten enden. Hierbei kann eine mehrstufige Fe - derung in besonders
günstiger Weise dadurüh erzielt werden, daß der Steg des Federungskörpers an den
den Federauflagen zugekehrten Flächen, in Querrichtung gesehen, konvex gekrümmt
ist und dieFederauflagen zwischen die beiden Flansche des Federungskörpers eingreifende
Vorsprünge haben, die im unbelasteten Zustand des Federungskörpers im Abstand von
den konvex # gekrümmten Flächen des Steges liegen. Der H-förmige massive Giimmifederungskörper
k&nn unter Führung durch seine beiden Flansche lose zwischen die beiden Federauflagen
eingesetzt werden und bietet somit den großen Vorteil einer außerorde
- ntlich einfachen Montage und Auswechselbarkeit.
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Wenn die konstruktive Ausbildung der Anbringungsstelle des Gummifederungskörpers
oder dessen betriebsmUige Beanspruchungen es erforderlich machen, den Federungskörper
in zwei Richtungen zu führen, kann er an den Enden Ausnehmungen oder
Vorsprünge
aufweisen', Gegenstücke an den Federauflagen eingreifen. Durch die Führung in zwei
senkrecht zueinander stehenden Führungsrichtungen ist der Gummifederungskörper gegen
jede ungewollte Lageverschiebung zwischen den Federauflagen gesichert festgehalten,
ohne da3 -es hierzu besonderer Haltemittel wie z. B. Schrauben oder zentraler Zapfen
und eines äußeren Führungswulstes bedarf.
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Die Erfindung wird. an Hand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele
schematisch und nicht maßstäblich dargestellt sind,. näher erläutert.
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Fig. 1 bis 3 und 5 zeigen Seitenansichten von
Federelementen mit den zugehörigen Federauflagen in ver--schiedenen Ausführungen;
Fig. 4 ist die Seitenansicht zu Fig. 3;
Fig. 6 stellt ein H-förmig
gestaltetes Federelement dar, und Fig. 7 ist die Seitenansicht zu Fig.
6. -
Zwischen den Federauflagen 1, 2 ist das in hoher schlanker Form
massiv ausgeführte Federelement 3
aus Gummi oder gummiartigem Kunststoff angeordnet,
das in den Punkten A mit den Federauflagen Berührung hat. Die Verbindung
zwischen dem Federelement und den Federauflagen ist vorzugsweise reibschlüssig dadurch
gestaltet, daß das Federelement 3
auch bei unbelastet-er Federanordnung unter
einer schwachen-Vorspannung steht. Die Verhindung in den Punkten A kann aber
auch durch Vulkanisieren oder z. B. durch Schraubverbindung über fest mit dem Federelement
verbundene und beispielsweise in das Federelement eingelassene Metallteile erfolgen.
Die letztgenannten Möglichkeit-en sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Bei reibschlüssiger
Verbindung in den Punkten A können die Federeelemente 3 zwischen die
Federauflagen 1 und 2 lose eingelegt werden.
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Bei Belastung der Federanordnung nähern sich die Federauflagen
1, 2 unter - Zusammendrückung des Federelementes 3 einander.
Durch die zu den freien Enden hin in den Querschnittsflächen abnehmende Form des
Federelementes wird erreicht, daß zunächst nur eine kleine Berührungsfläche im PunktA
zwischen Federauflagen und Federelement vorhanden ist. Dadurch ergibt sich bereits
bei geringer Belastung eine fühlbaxe Federung mit verhältnismäßig großen Federwegen.
Mit zunehmender Belastung vermindert sich die Krümmungs- und/oder Winkeldivergenz
zwischen den Federauflagen 1, 2 und den Flächen F des Federelements
3 immer mehr. Hierdurch vergrößern sich die Berührungsflächen in
A immer mehr, was einer zunehmenden Verhärtung der Federung, also einer .ausgeprägt
progressiven Federkennli#nie gleichkommt. Diese Pragressivität wird- in bekannter
Weise aus--schließlich oder zumindest vorwiegend durch die besondere, aufeinander
abgestimmte Gestaltung von Federauflagen und Federelementen hervorgerufen und nicht
oder erst in zweiter Linie durch die Eigenprogressivität des Gummis bei höheren
Druckspannungen. - Uin genügend große Federwege zu erhalten, ist es wesentlich,
daß das Federelement in unbelastetem Zu-.stand seine größte Längenausdehnung in
der Federungs,richtung aufweist. Das bedeutet, daß die Höhe der Federelemente deren
Breite und auch deren Länge übersteigt. Außerdem sind einteilige Federelemente ,aus
Gründen der einfachen Konstruktion der Federanordnung und wegen der besonders leichten
Auswechselbarkeit der Federelemente vorteilhaft. Hohe, schlanke, einteilige Federelemente
neigen jedoch vor allem bei höheren Belastungen zum Ausknicken.
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Urn diese Knickgefahr- auszuschalten, ist das in Fig, 1 dargestellte
Federungse » lement, dessen eigentlicher Federungskörper etwa die Form eines
abgerundeten Rechteckkörpers aufweist, an den beiden breiten Stirnseiten mit rippenartigen
Ansätzen 9 versehen. Diese legen sich bei höherer Belastung des Federungskörpers
an die Vorsprünge 10, 11 der Federauflagen 1, 2 an und erzeugen hierdurch
eine allrnählich einsetzende zweite Federungsstufe zur Erhöhung der Progressivität.
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Bei dem etwa in der Form eines langgestreckten Ellipsoids mit
Kreisquerschnitt ausgeführten Federungselement nach Fig. 2 sind z. B. vier gleichmäßig
verteilte Rippen 12 vorgesehen, so daß der Trägheitsradius des Federelements ganz
wesentlich erhöht wird, ohne daß die Querschnittsfläche nennenswert vergrößert wird.
Das Federelement wird dadurch knicksteif und ist auch sehr großen Belastungen und
Zusammendrückungen gewachsen.
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Die Rippen 12 können, wie gezeichnet, ebenfalls wie der eigentliche
Federungskörper relativ zur Federauflage geneigt oder gekrümmt sein, damit auch
die Rippen in die gestaltungsbedingte Progressivwirkung einbezogen werden.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Federelement, das dem der Fig.
2 ähnlich ist, jedoch ist der mittlere Teil des Federelements 3 schlank-er
und höher ausgebildet. In der einen Richtung ergeben die Vorsprünge 9 eine
ausreichende Knicksteifigkeit, in der anderen Richtung verhindern die Rippen 12
ein Ausknicken. Wesentlich ist dabei, daß die Rippen 12 nicht bis zur Federauflage
herangeführt sind, was ebenfalls möglich wäre. Durch die gezeichnete Anordnung wird
erreicht, daß .das an sich schon zweistufige Federelement durch die in einem gewissen
Abstand von der Federauflage beginnenden Rippen 12 eine dritte Federungsstufe aufweist,
die ebenfalls allmählich, einsetzen und durch die Gestaltung progressiv wirken kann.
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Zur Beseitigung der Knickneigung vorgesehene Rippen -brauchen nicht
genau in der Federungsrichtung zu verlaufen, sondern können auch schwach geneigt
sein, wie das Beispiel in Fig. 5 zeigt. Bei der Federanordnung des Beispiels
der Fig. 5 trägt das Federelement 3 ein Führungselement in Form eines
Vorbprungs 13, der in eine Ausnehmung 15 der Federauflage
1 eingreift, sowie ein Führungselement in Form einer Ausnehmung 14, in die
ein Vorsprung 16
der Federauflage 2 eingreift. Durch die Führungselemente
wird das Federelement in seiner Lage zu den Federauflagen formschlüssig und eindeutig
festgelegt. Dies ist für die praktische Verwirklichung des Erfindungsgedankens deshalb
besonders wesentlich, weil es zur Erzielung der durch die Gestaltung bedingten Progressivität
auf die relative Lage von Federelement und Federauflagen genau ankommt. Bei der
Verwendung von Führungselementen ist die Verbindung zwischen Federauflagen und lose
eingelegtem Federelement entweder rein formschlüssig oder sowohl form- als auch
reibungsschlüssig. Die ausschließliche oder mitverwendete Formschlüssigkeit hat
gegenüber dem reinen Reibungsschluß den Vorteil, daß die Einbauvorspannung sehr
gering oder sogar Null sein kann, ohne daß die Gefahr des Herausfallens des Federelements
gegeben ist.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Federelement, das die Gestalt
eines H aufweist. Die Flansche 19 des H-förniigen Federungskörpers sind mit
Rippen 12 versehen, -die einerseits das Ausknicken verhindern und andererseits mit
den Vürsprängen 14 der Federauflagen als weitere Federungsstufe zusammenwirken.
Die in den Fig.- 6 und 7 - gezeigte Gestaltung von Federelement
3
und Federauflagen 1, 2 ergibt ein besonders knicksteifes
Federelement,
das vollkommen geführt und in einer Ebene schwenk- oder wälzfähig ist und das bei
hochprogressiver Federkennlinie - ein im Verhältnis zum aufzuwendenden Gummivolumen
sehr großes Arbeitsvermögen hat. Außerdem wird durch die bei großen Belastungen
auf ein Vielfaches vergrößerte Auflagefläche eine Überlastbarkeit vom Mehrfachen
der maximalen Nennlast erzielt.