DE1247079B - Als Ring ausgebildete Druckfeder aus gummielastischem Material - Google Patents

Als Ring ausgebildete Druckfeder aus gummielastischem Material

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DE1247079B
DE1247079B DEM64845A DEM0064845A DE1247079B DE 1247079 B DE1247079 B DE 1247079B DE M64845 A DEM64845 A DE M64845A DE M0064845 A DEM0064845 A DE M0064845A DE 1247079 B DE1247079 B DE 1247079B
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Germany
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spring
compression spring
ring
compression
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DEM64845A
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Joachim Mozdzanowski
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GES fur TECHNISCHEN FORTSCHRITT MBH
GESELLSCHAFT fur TECHNISCHEN FORTSCHRITT MBH
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GES fur TECHNISCHEN FORTSCHRITT MBH
GESELLSCHAFT fur TECHNISCHEN FORTSCHRITT MBH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/36Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/371Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by inserts or auxiliary extension or exterior elements, e.g. for rigidification
    • F16F1/3713Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by inserts or auxiliary extension or exterior elements, e.g. for rigidification with external elements passively influencing spring stiffness, e.g. rings or hoops

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

  • Als Ring ausgebildete Druckfeder aus gummielastischem Material Die Erfindung betrifft eine Druckfeder aus gummielastischem Material, z. B. Naturgummi oder Kunstgummi, in Gestalt eines Ringes mit unsymmetrischem Ringquerschnitt, der zwischen Federtellern angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gummiringfeder zu schaffen, die beim Einbau als Druckfeder zwischen starren Tellern od. dgl. große Federwege zuläßt. Bei massiven Gummifedern sind mit den heute üblichen Konstruktionen Einfederungswege von etwa 10 bis 25 %, bezogen auf die Federhöhe, möglich. Der Höchstwert des Einfederungsweges ist durch die Häufigkeit der auftretenden Stöße bestimmt. So kann man bei intermittierend auftretenden Pufferstößen 25% als Höchstwert des Einfederungsweges zulassen, während bei Dauerbelastung für eine solche Feder nur eine Einfederung von 10 bis 15% praktisch möglich ist.
  • Ein Bedarf an massiven Gummifedem mit größerem Einfederungsweg besteht insbesondere im Straßen- und Schienenfahrzeugbau. Wegen der Fortschritte der Leichtbauweise nehmen die Differenzen zwischen Leergewicht und Belastungsgewicht immer mehr zu, und die Federwege werden entsprechend größer. Außerdem wird die Forderung gestellt, daß die Federkennung möglichst progressiv sein soll, um die Eigenfrequenz möglichst unabhängig vom Belastungszustand zu halten. Diese Forderungen konnte man bisher nur mit einer Luftfederung, d. h. einer Gummihohlfeder erfüllen. Solche Federungen erfordern aber einen großen baulichen Aufwand. Im Aufbau solcher Gummihohlfedern sind empfindliche Teile, wie Regelventile, vorhanden, deren Fertigung hohe Genauigkeit erfordern und die einer sehr sorgfältigen Wartung bedürfen. Alle Versuche, mit bekannten massiven Federn im Fahrzeugbau die Aufgaben zu erfüllen, die mit einer Luftfederung gelöst werden, sind nicht befriedigend ausgefallen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Druckfeder aus gummielastischem Material derart zu gestalten, daß sie bei Druckbelastung in Achsenrichtung sich stark verformen kann, wobei ein großes Volumen des Federmaterials an der Verformung beteiligt ist, so daß die Feder ein großes Arbeitsvermögen hat. Gleichzeitig soll eine möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung stattfinden, da hierdurch das Gesamtarbeitsvermögen und der Einfederungsweg wesentlich vergrößert wird.
  • Bei bekannten Druckfedem mit kreisrundem Querschnitt oder einem solchen, der diesem entspricht, entsteht eine ungleiche Spannungsverteilung mit Bezug auf die durch die Wirkungslinie geteilten Bereiche.
  • Andere bekannte Druckfedem dieser Art haben meist außen und innen zylindrische Begrenzungsflächen und Auflageflächen zur Einleitung der Druckkräfte, die auch schon im unbelasteten Zustand meist eben sind. Außerdem sind die bekannten Federn in vielen Fällen oben und unten an Blechen fest anvulkanisiert, wodurch die Feder sich kaum in der horizontalen Ebene ausdehnen kann. Schon bei kleinen Federwegen muß ein sehr großes Volumen verdrängt werden. Die Auflageflächen bleiben dabei konstant, und - der Gummi wandert sehr wenig nach außen, d.h. ei wird sehr wenig gedehnt. Das ergibt eine sehr unterschiedliche Spannungsvertehung im Gummi und damit, bezogen auf das Volumen, eine geringe Energiespeichermenge. Das Verhältnis von Höhe zu Dicke ist relativ niedrig, meist unter 1. Dieser Wert gilt auch für die ungebundene Druckfeder, da auch bei ihr die Formgebung nicht für eine hohe Energieaufnahme ausgelegt ist.
  • Eine als Ring ausgebildete Druckfeder mit unsymmetrischem Ringquerschnitt aus gummielastischem Material, die zwischen Federtellem od. dgl. liegt, ist gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Ringquerschnitt der Feder durch eine Kurve begrenzt ist, deren Krümmungsradius an der Außenfläche kleiner ist als an der Innenfläche. Die Wirkungslinie der Krafteinleitung kommt bei Beginn der Belastung näher zum Innendurchmesser der Druckfeder als zu deren Außendurchniesser zu liegen, d.h. die Resultierende der eingeleiteten Kräfte liegt näher zur inneren Begrenzung der Druckringfeder als zur äußeren, und bei zunehmender Belastung kommen weitere Teile der Krafteinleitungsfläche mit der Druckfeder derart in Berührung, daß die Wirkungslinie der Krafteinleitung nach außen verschoben wird. Dadurch wird die vorstehend erörterte günstige Verschiebung des Gummimaterials und die günstige Beanspruchungsverteilung erreicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise die größte Ringdicke der Feder senkrecht zu ihrer Formachse etwa in der Mitte ihrer Höhe liegt.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der neuen Feder ist, wie an sich bekannt, deren größte Ringdicke kleiner als ihre Höhe.-Weiterhin kann auch in an sich bekannter Weise eine etwa elliptische äußere und/oder innere Begrenzung des Querschnitts der unbelasteten Feder vorgesehen werden, wodurch man ein für die Funktion der Feder günstiges »Abrollen« der Druckfeder auf dem Federteller od. dgl. erhält.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Druckfeder gemäß der Erfindung in nichtbelastetem Zustand, Fig.2 dieselbe Feder in belastetem Zustand, F i g. 3 mehrere der in F i g. 1 dargestellten Federn, übereinander angeordnet, und F i g. 4 übereinander und ineinander liegende Druckfedem.
  • Die Druckfeder 1 hat zwischen den Federtellern 2 und 3 in unbelastetem Zustand die Höhe h. Die Begrenzung des Querschnitts der Feder 1 ist nach innen und nach außen kurvenförnüg, wobei die Krümmung an der Außenseite der Feder stärker ist.
  • In F i g. 2 ist veranschaulicht, daß die neue Druckfeder eine starke Einfederung in senkrechter Richtung zuläßt. Die verformte Druckfeder ist mit l! bezeichnet; sie hat die Höhe h' und liegt zwischen den einander genäherten Federtellern 2 und 3.
  • Das Gummimaterial, das sein Volumen beibehält, wird im wesentlichen nach außen verlagert, wobei aber überbeanspruchungen im Querschnitt oder im Bereich der Oberfläche infolge der neuen Gestaltung der Feder vermieden sind. Eine Verlagerung von Material nach innen findet nur in sehr begrenztem Umfang statt. Die Wülste auf den der Druckfeder 1 bzw. l! zugekehrten Seiten der Federteller 2 und 3 dienen zur Zentrierung der Feder. Sie hegen am Rand der runden Ausnehmung der Federteller. . F i g. 3 zeigt drei Federn 1 zwischen dem oberstpn Federteller 2 und dem untersten Federteller 3. Die dazwischenliegenden Federteller 16 haben auf der Oberseite und auf der Unterseite Wülste.
  • Bei der Ausführungsform, die in F i g. 4 dargestellt ist, liegen Druckfedern 11, 12 und 13 konzentrisch ineinander und übereinander. Der oberste und der unterste Federteller haben nur auf der den Druckfedern zugekehrten Seite Wülste; sie sind mit 14 bezeichnet, während die dazwischen liegenden Federteller 15 beiderseits mit Wülsten versehen sind.
  • Eine Druckfeder gemäß der Erfindung von etwa 75 mm Höhe, etwa 150 mm Innendurchinesser und 220 min Außendurchmesser wurde von einer dynamischen Prüfmaschine bei einer statischen Einfederung von 30 % der Höhe bis auf 50 % dynamisch bei einer Frequenz von 10 Hz beansprucht. Bei rund einer Million Lastwechsel zeigten sich noch keine Beschädigungen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Druckfeder in Gestalt ein-es Ringes mit unsymmetrischem Ringquerschnitt, der zwischen Federtellern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringquerschnitt der Feder (1) durch eine Kurve begrenzt ist, deren Krümmungsradius an der Außenfläche kleiner ist als an der Innenfläche.
  2. 2. Druckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die größte Ringdicke der Feder (1) senkrecht zu ihrer Formachse etwa in der Mitte ihrer Höhe liegt. 3. Druckfeder nach Anspruch 1 oder c2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die größte Ringdicke der Feder (1) kleiner als ihre Höhe ist. 4. Druckfeder nach Anspruch 3, dadurcla ge- kennzeichnet, daß die innere und/oder äußere Begrenzung des Querschnitts der unbelasteten Feder (1) in an sich bekannter Weise etwa elliptisch verläuft. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 413 327; schweizerische Patentschrift Nr. 369 321; britische Patentschriften Nr. 530 630, 891238; französische Patentschrift Nr. 1093 823; USA.-Patentschrift Nr. 2 382 372.
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Citations (5)

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