DE1262079B

DE1262079B - Zellelastischer Federkoerper

Info

Publication number: DE1262079B
Application number: DE1964O0010020
Authority: DE
Inventors: Richard L Olson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-05-26
Filing date: 1964-03-13
Publication date: 1968-02-29

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F16f

Deutsche Kl.: 47 a-17

Nummer: 1262079

Aktenzeichen: O 10020 XII/47 a

Anmeldetag: 13. März 1964

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen zellelastischen Federkörper, der in einer Vertiefung eines starren Lagerteils liegt und so ausgebildet ist, daß er beim Zusammendrücken durch wachsende Umschließung eine progressive Kennlinie erhält.

Es sind bereits derartige zellelastische Federkörper bekannt, die um einen verhältnismäßig bewegliehen Teil herum angeordnet sind und deshalb in hohem Maß einem Einklemmen und Abnutzen und damit einem Zerbrechen des Zellelastomers unterworfen sind.

Es sind auch bereits Federungsvorrichtungen bekannt, bei denen zwei Schalen mit einer elastomeren, kompressiblen Kunststoffmasse ausgegossen sind. In die Schalen sind gelochte Scheiben eingesetzt, welche nach Art von Käfigen in die Kunststoffmasse mit eingegossen sind. Über ihre Durchtrittsöffnungen gewährleisten diese Scheiben einen strukturellen Zusammenhang zwischen der seitlich der Scheibe liegenden Kunststoffmasse und der zwischen den gelochten Scheiben befindlichen, frei tragenden Kunststoffmasse. Es handelt sich also um eine einfache Pufferanordnung, bei der die Halterungen mit eingegossen sind. Sind die Ränder der Schalen seitlich nur in geringem Maß hochgezogen, so weicht bei einem entsprechenden Druck die Masse seitlich aus und wird möglicherweise abgequetscht. Sind die Ränder der Schalen, um eine solche Möglichkeit zu vermeiden, entsprechend hochgezogen, so ist der verbleibende Hub zwischen den beiden Schalen sehr begrenzt.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines zellelastischen Federkörpers, der eine progressiv und schnell anwachsende Steifigkeit, d. h. Federkonstante hat, bei dem die angegebenen Nachteile vermieden sind und dessen Form möglichst einfach ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß einerseits die Vertiefung am Lagerteil schon bei nichtbelastetem Federkörper ganz ausgefüllt ist.

Andererseits ist es bereits bei Gummipuffern aus Massivgummi, die alle Nachteile einer Massenverschiebung und damit einer inkompressiblen Verformung aufweisen, bekannt, daß der Federkörper mit einem Vorsprung über die Vertiefung nach außen vorsteht, derart, daß der Vorsprung bei fortschreitender Zusammenpressung in der Vertiefung aufgenommen wird. Dieses an sich bekannte Merkmal wurde bei dem zellelastischen Federkörper gemäß der Erfindung zur Lösung der Erfindungsaufgabe herangezogen.

Zwischen dem Federkörper und der Wand der Vertiefung entsteht nun beim Zusammenpressen Zellelastischer Federkörper

Anmelder:

Richard L. Olson, Chicago, JIl. (V. St. A.)

Vertreten

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Richard L. Olson, Chicago, JIl. (V. St. A.)

keine Reibung mehr. Der Vorsprung des Federkörpers kann genau in Form und Größe vorausberechnet werden. Wird er im Lauf des Federungsvorgangs in den in der Vertiefung liegenden Massenkörper hineingedrückt, so ergibt sich eine genau vorausberechenbare Kurve für die Federkonstante. Da der Federkörper von Anfang an die ganze Vertiefung ausfüllt, muß er nicht erst am Anfang des Zusammenpressens ausweichen, was mathematisch und versuchsmäßig nur schwer erfaßbar ist.

Bevorzugterweise verjüngt sich der Vorsprung von den Seitenwänden der Vertiefung weg in Richtung auf die Mittelachse des Federkörpers zu. Der Vorsprung kann dabei mit einem abgeplatteten Kamm und schrägen geraden Seitenwänden ausgebildet sein.

Er kann aber auch einen abgeplatteten Kamm und nach innen gekrümmte Seitenwände haben. Es ist

auch möglich, den Vorsprung vom höchsten Punkt nach jeder Seite etwa S-förmig abfallen zu lassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der größere Teil des Volumens des Federkörpers im entspannten Zustand innerhalb der Vertiefung, und der Vorsprung haftet an einem mit ihm zusammenwirkenden zweiten Lagerteil an.
Der zellelastische Federkörper kann auch zusammen mit verstellbaren Vorrichtungen zur Änderung des Volumens des im Ruhezustand im Inneren der Vertiefung liegenden Abschnitts des Federkörpers angeordnet werden.

Bevorzugterweise kann ein Teil der geschlossenen

Zellen des zellelastischen Federkörpers mit einer viskosen Flüssigkeit und ein Teil mit Gas gefüllt sein, so daß bei der Verformung eine hohe Reibung ent-

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steht. Dadurch wird auch die Dämpfung, die zunächst durch ein Aufblähen der elastomeren Zusammendurch Wegfall der Reibung an der Gehäusewand ver- Setzung, so daß man einen sich selbst tragenden

ringert wird, wieder erhöht. federnden, elastischen, mehrzelligen Körper mit einer

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei- besonderen Federungskraft erhält,

spielshalber erläutert. Es zeigt 5 Beim Aushärten findet eine Matrize Verwendung

F i g. 1 eine Federungsscheibe mit länglichen, mit Vertiefungen, welche auf die Vertiefungen 424 kreisförmig konzentrisch geformten zellelastischen passen und die zweckmäßig die Breite, Tiefe und die

Federkörpern in Vorderansicht, Form zur Bildung eines Vorsprungs 425 auf jedem

F i g. 2 einen Teilquerschnitt in vergrößertem Maß- Federkörper 420 aufweisen. Eine entsprechende

stab längs der Linie II-II von F i g. 1, io Menge Rohmaterial für die Federkörper 420 wird in

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 eines die jeweiligen Vertiefungen des Lagerteils 413 einge-

anderen Ausführungsbeispiels, bracht, und die Matrizen werden damit zusammen-

F i g. 4 einen ähnlichen Querschnitt eines weiteren gebaut, so daß mit den benachbarten Vertiefungen

Ausführungsbeispiels, Kammern gebildet werden. Das Ganze wird dann so

F i g. 5 Federungsscheiben schichtweise ange- 15 lange zusammengehalten, wie der exotherme oder

ordnet, der katalytische Härteprozeß und das Aufblähen er-

Fi g. 6 in grafischer Darstellung bestimmte Kurven folgt, wobei der zellenförmige Aufbau fortschreitet,

der Abhängigkeit der Verschiebung von der Be- Oder das Ganze wird in einen entsprechenden

lastung, d. h. Kurven der progressiv anwachsenden Trocknungsofen eingebracht und der entsprechenden

Federkonstante, 20 Temperatur über die entsprechende Zeitdauer hinweg

F i g. 7 einen Teilschnitt eines Stapels geführter unterworfen, wodurch die Federkörper gleichmäßig

Federungsscheiben, über ihre ganze Länge und Breite hinweg sich zu

Fig. 8 die Anordnung nach Fig. 7 in zusammen- einem homogenen, zellenförmigen Körper aufblähen

gepreßtem Zustand, und aushärten. Wurden einerseits die Oberflächen

Fig. 9 eine Detailansicht eines Axialschnittes 25 innerhalb der Vertiefungen424 so behandelt, daß

durch einen kopfartigen Federungsteil und den ent- sich das Material der Federkörper 42© aktiv mit

sprechenden Einbau, ihnen verbindet, was sich als Nebenwirkung beim

Fig. 10 eine Federungsanordnung nach Fig. 9, Härtevorgang ergibt, und wurden andererseits die

bei der der zellelastische Federkörper jedoch im Oberflächen der dem Lagerteil 413 benachbarten

wesentlichen zusammengedrückt ist, und 30 Matrize in jedem Fall so behandelt, daß an ihr kein

F i g. 11 eine perspektivische Ansicht eines Schnit- Material der Federkörper 420 haftet, so lösen sich,

tes einer länglichen Pufiereinrichtung mit einem zell- wenn die Matrizen von dem Lagerteil 413 nach dem

elastischen Federkörper. Härten abgenommen werden, die Federkörper 420

Bei einer Federungseinrichtung (Fig. 1 und 2) von der Matrize, bleiben jedoch mit dem Lagerteil besteht ein Lagerteil 413 aus einer verhältnismäßig 35 413 innerhalb der Vertiefungen 424 verbunden,
dünnen Blechplatine, deren Dicke der Symmetrie der Die zusammendrückbaren Federkörper 420 beauftretenden Belastungen entspricht. Die Blech- stehen entweder vollkommen oder zumindest zum platine trägt auf ihren beiden Seiten 417 und 417' großen Teil aus medium- oder gasgefüllten, geschloseine Mehrzahl geschlossener Zellen enthaltende, senen, kleinen unabhängig wirkenden blasenartigen elastomere, zusammendrückbare Federkörper 420 40 Zellen mit gemeinsamen Wänden aus biegsamem, von einer länglichen, konzentrisch kreisförmigen elastomerem Material. Wenigstens ein Teil der Zellen Ringgestalt, die in jeweils abwechselnd einander ent- ist dabei gasgefüllt. Die Federkörper sind dadurch gegengesetzt angebrachten offenen Vertiefungen 424 elastisch deformierbar und insgesamt mindestens auf den beiden Seiten der Platine sitzen. zum Teil in ihren umschlossenen Teil hinein zusam-

Jeder Federkörper 420 hat einen zellenförmigen 45 mendrückbar, wobei dieses Zusammendrücken auf

Aufbau und ist ein Elastomer mit einer hohen Elasti- Grund der elastischen Kompression des Gases erfolgt,

zität. Es kann zellenförmiger Gummi verwendet wer- das sich in den gasgefüllten Zellen und insbesondere

den oder auch unterschiedliche Arten von synthe- in dem umschlossenen Teil des zusammendrückbaren

tischen, harzartigen Materialien, die formbar sind Körpers befindet, so daß auf diese Weise der Bewe-

und aus denen ein kompressibles, zellenförmiges 50 gung des beweglichen Teils des Federkörpers in Rich-

Elastomer herstellbar ist. Das zellelastische Material tung auf den umschlossenen Teil zu ein Widerstand

paßt sich der Konturenlinie der Vertiefungen 424 an mit schnell wachsender Federkraft entgegensteht,

und haftet an ihnen so gründlich, daß der Feder- Das Material der Blasenwände kann elastomere

körper sich während des Zusammendrückens von den Eigenschaften haben. Jedoch muß mit Hinsicht auf

die Vertiefung bildenden Oberflächen nicht abhebt. 55 das Vorhandensein der zahlreichen, gasgefüllten

Das für die Federkörper 420 verwendete Material Blasen das biegsame Material der Zellenwände nur kann an Ort und Stelle durch Vulkanisieren, durch geringe oder gar keine elastomeren Eigenschaften beeine Wärmebehandlung, durch ein katalytisches Ver- sitzen, da ja die Zusammendrückbarkeit der zahlfahren od. dgl. gehärtet oder behandelt werden. Wird reichen kleinen Volumina eingeschlossenen Gases z. B. synthetisches, plastisches Material verwendet 60 die gewünschte elastische Gesamtzusammendrücknach Art von Polyurethanen u. dgl. so werden sie in barkeit und die Rückfederungseigenschaften verleiht, einem entsprechend flüssigen Zustand geformt und Die Bläschen brauchen nicht alle die gleiche Größe kalt gehärtet. Ist die Zusammensetzung vulkanisier- zu haben oder aus gleichem Material gebildet zu sein, bar, so kann sie Naturgummi oder synthetischen da verschiedene Mischungen verschiedener Arten Gummi, ein Plastifizierungsmittel, einen Vulkanisie- 65 von Materialien verwendet werden können. Beirungsbeschleuniger und einen gasabgebenden Stoff spielsweise können kleinere und widerstandsfähigere aufweisen. Der gasabgebende Stoff setzt bei Erwär- Bläschen 420^4 in solchen Bereichen angeordnet mung wesentliche Gasmengen frei und bewirkt da- werden, in denen eine größere Widerstandsfähigkeit

verlangt ist, beispielsweise in den nicht eingeschlossenen Abschnitten des Federkörpers, d. h. in den Vorsprüngen 425. Größere Blasen 4205, welche geringere Federungsgrößen haben und bei denen auch die Anfangssteifigkeit geringer ist, werden dagegen in dem gut geschützten Inneren oder den umschlossenen Teilen des Federkörpers untergebracht.

Nicht das ganze Medium, das die Bläschen füllt, muß aus elastisch zusammendrückbarem Gas bestehen. Es kann ein entsprechender Prozentsatz der Bläschen mit irgendeinem andersartigen Material, etwa einer Flüssigkeit, gefüllt sein. Da diese Flüssigkeit im wesentlichen nicht zusammendrückbar ist, entstehen andere Eigenschaften, wobei insbesondere bei der Verwendung eines hochviskosen Materials ein hoher Grad an Reibung gegeben ist. Dadurch kann bei einem deformierbaren Körper jede gewünschte Reibungswirkung erzielt werden, und dabei ergibt sich bei Reibungsfederungseinrichtungen eine Stoßdämpfung.

Diese Eigenschaft wird insbesondere bei großem Hub, d. h. bei verhältnismäßig biegsamer Deformation eines zellelastischen Federkörpers ausgenutzt. Wird ein wesentlicher Prozentsatz der Bläschen mit einer leicht verformbaren, reibungserzeugenden und in hohem Maß zähen Flüssigkeit gefüllt, so wird ihre Reibungswirkung sehr viel größer sein als diejenige, die sich durch den viel kleineren Betrag des Zellwandmaterials ergibt. Es ist ja praktisch undurchführbar, angemessen widerstandsfähige Zellwände aus sehr weichen elastomeren Materialien oder aus gummiartigen Materialien geringen Härtegrades zu schaffen, die ein hohes Maß an innerer Reibung und eine hohe Verformbarkeit haben.

Je nach den gewünschten Eigenschaften nimmt das elastomere Material der Zellwände ein Volumen ein, das von einem Maximalwert von etwa 85 bis 90% des Gesamtvolumens bei zellelastischen Federkörpern, die hohen Kompressionsdrücken widerstehen sollen, bis herunter zu etwa 10 bis 4% des Gesamt-Volumens betragen kann, so wie es bei Zellwandmaterial der Fall ist, das leichten Einheitsbelastungen ausgesetzt wird. Es können auch Materialien von hoher Widerstandsfähigkeit, beispielsweise Schäume aus Urethanen mit geschlossenen Zellen Verwendung finden.

Eine Reihe von verschiedenen Faktoren beeinflußt die zweckmäßigen oberen und unteren Grenzen der Größe der Bläschen. Bei sehr festen Materialien und sehr hohen Prozentsätzen an eingeschlossenem Medium oder Gas kann die obere Grenze der Durchmesser der überwiegenden Zahl der geschlossenen Zellen von etwa 0,5 bis 0,76 mm betragen. Die untere Grenze, insbesondere bei niedrigen Prozentsätzen an eingeschlossenem Gas, hängt vom entsprechenden Herstellungsverfahren ab. Danach liegt die untere Grenze des Durchmessers der Bläschen bei verhältnismäßig dicken Wänden etwa bei 0,025 mm. Die größeren Blasen können in den weniger kritischen Abschnitten, d. h. tief im anfänglich umschlossenen Teil des Körpers oder sogar in den inneren Abschnitten der Vorsprünge 425 angeordnet werden. In diesen Abschnitten kann auch ein höherer Prozentsatz an eingeschlossenem Gas oder können auch verhältnismäßig dünnere Wände vorhanden sein.

Die teilweise Umschließung des zellelastischen Federkörpers nimmt fortschreitend und im Zusammenhang mit den Druckbelastungen in dem Maß zu, wie der Vorsprung gemäß der Erfindung in den anfänglich schon umschlossenen Teil hineingeschoben wird. Die Federeinrichtungen können darum mit ihren gasgefüllten Zellen sehr hohen Drücken widerstehen, ohne daß die Zellen oder die Außenhaut platzt, da ja die Bläschen in wachsendem Maß umschlossen und bei wachsendem Druck am Platzen gehindert werden.

Insbesondere bei länglichen zellelastischen Federkörpern, aber auch bei allen anderen Federkörpern, soll die Oberseite des Kammes oder der Vorsprung in ihrem ganzen Umfang bzw. auf seiner ganzen Länge stets im wesentlichen im Eingriff stehen, so daß diese Außenflächen übereinstimmend und in wachsendem Maß in ihrem ganzen Umfang umschlossen werden, wenn sie entsprechend den fortschreitend zunehmenden Federkonstanten eingedrückt werden. Werden bei Hochbelastungsfederungsteilen sehr hohe Drücke verwendet, so soll längs ihres Umfangs und ihrer Länge ein plötzliches Wechseln im Druck und im Umschließungsverhältnis vermieden werden. Dadurch wird ein Platzen bei irgendeinem weniger umschlossenen Abschnitt verhindert. Bei geringer belasteten zellelastischen Federkörpern wird dadurch eine gewisse Materialermüdung und ungebührliche Biegungen an Stellen vermieden, an denen der Druck und somit die zunehmende Umschließung verschieden ist.

Der Lagerteil 413 nach F i g. 2 kann zwischen zwei flachen Metallplatten 419 und 419' zwischengefügt werden, deren Seite 418 der Seite 417 des Lagerteils 413 bzw. deren Seite 418' der Seite 417' des Lagerteils benachbart ist. Diese starren Platten 419 und 419' kommen mit allen Kammoberflächen 427 der jeweiligen Vorsprünge 425 der benachbarten Federkörper 420 in volle Anlage. Die Platten und Federkörper oder ein entsprechender Stapel können mittels eines Mittelbolzens 464 (F i g. 1) geführt werden.

Die länglichen Federkörper 420 können auch in einem anderen Muster und nicht kreisförmig angeordnet werden. Die länglichen zellelastischen Federkörper 420 können beispielsweise schlingenartig in nicht geschlossener Kurve verlegt werden.

Ein Lagerteil 513 (F i g. 3) weist eine Platte von ziemlicher Dicke auf, in der zellelastische Federkörper 520 angeordnet sind. Die Federkörper 520 weisen eine Anzahl von Blasen 520 ^4 und Bläschen 520 B auf und sind zum Teil in den Vertiefungen 524 eingeschlossen. Ihre Vorsprünge 525 werden in die Masse des jeweiligen Federkörpers hineingepreßt. Im Gegensatz zu der konkaven Form der Seitenwände nach F i g. 2, die seitliche Wandtaschen 433 von geringer Tiefe haben, und die an der Sohle mit einer Rundkurve 433^4 ausgebildet sind, sind die Federkörper 520 mit vom Kamm 577 schräg herabführenden Seitenwänden 533 versehen. Die hexagonale Querschnittsform macht die Federkörper 520 hauptsächlich für Federungen für niedrigen Druck geeignet, die für geringe Beanspruchungen bestimmt sind und bei denen nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Vorsprungs 525 in die Vertiefung 524 hineingedrückt wird.

Ein Lagerteil 613 (F i g. 4) hat zusammenpreßbare Federkörper 620 mit einem Vorsprung 625 von ganz anderem Querschnittsprofil. Die Federkörper 620 haben kleine, geschlossene Zellen 620 A und 6202?. Die Haltbarkeit der Vorsprünge 625 und ihrer eventuell darauf befindlichen Haut wird verbessert,

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wenn der Vorsprung 625 ein Querschnittsprofil mit Zellelastische Federkörper sind auch für Prelleiner weichen, stetig sich ändernden und wieder federungen, Stoßdämpfer, als Lagerangen zur Schwinrückläufigen Krümmung von einer Seite zur anderen gungsisolierang oder auch zu Lagerungen bei Vibrahat. Die Krümmung ist nach Art einer S-Kurve. Sie tions- oder Rütteleinrichtungen, bei Schwingungsist ohne Unstetigkeiten und ohne Stellen mit schneller 5 antrieben oder als kombinierte Federungs- und Rei« Krümmungsänderang oder hoher Beanspruchung, bungseinrichtungen (Fig. 9, 10 und 11) verwendbar, weder anfänglich noch später während der Durch- Ein kräftiges Gehäuse 1013 (F i g. 9 und 10), das den federung und Verformung auf eine kleinere Breite, ersten Lagerteil bildet, hat eine Vertiefung 1024 von wenn der Federkörper 620 in die Vertiefung 624 passender Tiefe und kreisförmigem Querschnitt, die hineingepreßt wird, indem er fortschreitend entweder io anfänglich den größeren Teil des Volumens eines mit einer starren Oberfläche oder mit einem anderen knopfartigen, zellelastischen Federkörpers 1020 ein·* ähnlich verformbaren Federkörper in breiteren Ein- faßt. Der Federkörper 1020 hat frei liegende Seitengriff kommt. Die S-Kurve kann sich weich und fort- kanten 1028, die horizontal und in einer Ebene mit schreitend zu einer geraden Linie verflachen. Von einer Fläche 1017 des Gehäuses liegen. Der Voreinem gebogenen Kamm 627 findet ein weicher Über- 15 sprang 1025 hat ein S-bogenförmiges Querschnittsgang zu Seitenwänden 633 und zu seitlichen Basis- profil mit Seitenkanten 1028,1033,4,1033 und einer flächen 628 statt, welche in die angrenzende Seite des Kammfläche 1027, und er ist ein Drehkörper. Die Lagerteils 613 übergehen. Wenn der Vorsprung 625 Kammfläche 1027 ist abgeplattet dargestellt. Diese beim Zusammenpressen flach wird, besteht an den Abplattung kann entweder gleich am Anfang oder Außenkanten an der äußeren Grenze des Bereichs 20 später erfolgen. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die der seitlichen Basisflächen 628 keine Gefahr für ein eindrückbare Abflachung, nach dem der Federkörper Einziehen. 1020 geformt wurde, und-die Kammfläche 1027 wird

Ein entsprechend langer Stapel von Lagerteilen mittels eines haftenden Bindemittels an einer flach 813, der zellelastische Federkörper 820 aufweist ausgebildeten Oberfläche 1018 eines plattenartigen (F i g. S), ist auf einem Stab zwischen Widerlagern 25 zweiten Lagerteils 1019 angeklebt. Der zweite Lager* 865 und 866 angeordnet, so daß Druckkräfte 834 teil 1019 ist dabei breit genug, um über die Seitenaufgenommen werden können. Mit derartigen Stapeln kanten 1028 hinauszustehen, so daß er die Fläche kann ein erwünschter Gesamthub erreicht werden, 1017 des ersten Lagerteils in Eingriff nehmen kann, und mittels der von den Metaliplatten, die diese Der Durchmesser das zweiten Lagerteils 1019 kann Stapel aufweisen, gegebenen Wärmeleitung ist es 30 auch kleiner gemacht werden, so daß er die Fläche möglich, eine viel größere Wärmeableitung als bei 1017 nicht in Eingriff nehmen kann. Der zweite bekannten Anordnungen zu bekommen, welche bei Lagerteil 1019 hat auf seiner Unterseite eine Schutz-Stoß- und Energiedämpfung sehr nützlieh ist, wenn abdeckung nach Art einer damit verbundenen die Einrichtung schnell aufeinanderfolgenden oder Gumxnistoßschicht 1018,4. Die Fläche der Gummizyklischen Schwingungen ausgesetzt wird, bei denen 35 stoßschicht 1018,4 kann stetig oder intermittierend sich möglicherweise in den Federkörpern 820 Wärme beispielsweise von einem Kolben 1019 B in Eingriff aufbaut. genommen werden, der eine Kraft in Richtung 1034

Ein Stapel von Lagerteilen 913 (F i g, 7 und 8) ausübt. Der zweite Lagerteil 1019 kann geführt wer·* sitzt auf einem Bolzen 964. Die ringförmigen Ver- den, indem (F i g. 9) seine Umfangskanten zu einem tiefungen 924, welche die zellelastischen Federkörper 40 Zylinder 1019,4 eingebogen sind, der in zylindrisch 920 einfassen, skid auf der Werkzeugmaschine her- geformten Führungsflächen eines Führungsgliedes gestellt oder gegossen. Derartige schwerere und kräf- 1089 erfaßt wird. Der Zylinder 1019^4 gleitet rings tigere Lagerteile 913 finden bei sehr hohen Belastun- um die Außenseite des Gehäuses 1013 des ersten gen Verwendung. Die Federkörper 920 können ein Lagerteils. Es kann eine einfache leichte Platte für Querschnittsprofil nach Art der in F i g. 2 und 3 ge- 45 den zweiten Lagerteil 1019 verwendet werden. Eine zeigten Profile haben und mit einem Kamm 927, derartige Platte kann weggelassen werden, wenn der einer Haut 929 und Seitenwänden 933 ausgestattet Vorsprung 1025 mit seinem unteren Ende eine entsein. Zwischenräume 981 und 982 sind einerseits sprechende Fläche z. B. im ganzen Umfang ständig zwischen einander benachbarten Ringen der Kopf an federnd in senkrechter Richtung in Eingriff nimmt. Kopf liegenden Federkörper 920 und andererseits 50 Es kann auch eine verstellbare Vorrichtung zur zwischen dem innersten Ring der Federkörper 920 Änderung des Volumens des im Ruhezustand im und dem Bolzen 964 eingeschlossen. Befinden sich Inneren der Vertiefung 1024 liegenden Abschnitts die Flächen 917 und 917' von einander benachbarten des Federkörpers 1020 angebracht werden. Eine in Lagerteilen 913 nahezu in ihren Endanschlagstellun- axialer Richtung verstellbare Schraubenunterseite gen (F i g. 8), so sind die Vorsprünge 925 der zell- 55 1013' hat eine gebogene Seite 1024' und ein selbstelastischen Federkörper 920 beinahe auf gerade sperrendes Gewinde 1055. Bei einer Verstellung der Linien abgeflacht. In diesen Stellungen ist durch die gebogenen Seite 1024' ändert sich auch die Form der Gesamtzusammenpreßbarkeit der gasgefüllten Blasen Kurve der Seitenkante 1033.

und Bläschen in den Federkörpern 920 ein Druck Eine andere Profilform des Vorsprungs 1025 ist in

von hoher Widerstandskraft gegeben, die in den 60 der strichpunktierten Querschnittkurve 1133« zu Zwischenräumen 981 und 982 eingesperrte Luft ver- sehen. Es können also verschiedene Höhen und leiht noch eine zusätzliche Widerstandskraft gegen Volumenverhältnisse des Vorsprungs relativ zum die vollständige Berührung der die zellelastischen Volumen des umfaßten Abschnitts des Federkörpers Federkörper 920 tragenden Lagerteile 913. Wenn die verwendet werden, was von der erwünschten Kurve einander benachbarten Flächen der metallischen 65 für die Federungsgröße und von dem Volumen zuScheiben der Lagerteile aneinander anstehen, sind sammenpreßbaren Gases relativ zum massiven Matedie zellelastischen Federkörper gegen einen Über- rial im ganzen Federkörper 1020 abhängt. Ein derdruck geschützt. artiger geringer durch die Kurve 1133 α definierter

Vorsprung ist im Zusammenhang mit einer größeren Dichte, d. h. mehr Gas oder Bläschen 1020 C, die im größeren Abstand voneinander liegen, wünschenswert.

Gemäß Fig. 10 wird die S-bogenförmige Oberfläche des Vorsprungs 1025 teilweise und geschmeidig zu einer anderen, aber im allgemeinen ähnlichen S-bogenförmig gekurvten Fläche zusammengepreßt. Die Breite der abgeplatteten Kammfläche 1027 ist dadurch, daß ihr mit der Oberfläche 1018 in Eingriff kommender Bereich fortschreitend zunimmt, ebenfalls wesentlich größer geworden. Die Seitenkanten 1028 bleiben (F i g. 10) im wesentlichen in einer Ebene mit der Fläche 1017 des Gehäuses 1013.

Auch der Federungskörper nach F i g. 9 kann im Inneren des Elastomers größere Blasen 1020/1 innen liegend und kleinere und widerstandsfähigere Bläschen 1020 B mehr den frei liegenden Flächen des Vorsprungs 1025 benachbart aufweisen, die fortschreitend in noch kleinere Bläschen übergehen, so daß sich eine kräftige, aber hochflexible Haut 1029 bildet. Weil die zusammenpreßbare Haut durch fortschreitend kleinere Bläschen gebildet wird, können sich die Seitenkanten 1028 unter dem Einfluß eines hohen Drucks nicht nach außen ausbeulen. Die Zusammenpreßbarkeit der Haut selbst ist besonders bei kreisförmigen, nichtlänglichen Formen nach F i g. 9 wichtig, da ja die Hautoberfläche eine zweidimensionale Verkleinerung in dem Maß, wie sie fortschreitend mehr in Eingriff kommt, aushalten muß.

Bei einer länglichen Ausführungsform eines Federkörpers 1120 ist der ursprünglich eingefaßte, verhältnismäßig große Volumanteil in einer starren Schiene eines ersten Lagerteils 1113 gehalten (Fig. 11). Eine Innenbegrenzungsfläche 1124 des verhältnismäßig starren, aus dünnem Blech bestehenden ersten Lagerteils 1113 führt um eine flache Seitenkante 1128 des Federkörpers herum, indem Abschnitte 1113' umgebogen werden. Die Einfassungsschiene des ersten Lagerteils 1113 weist außerdem eine an der Sohle in Längsrichtung verlaufende Einbuchtung 1113 B auf, die zur Versteifung der Schiene und zur Verringerung des Mittelteils des umschlossenen Volumens dient. Es können mehrere derartige der Versteifung dienende Einbuchtungen verwendet werden. Seitenkanten 1119' eines langen zweiten Lagerteils 1119 sind nach unten gebogen und ragen um die entsprechenden Seiten des ersten Lagerteils 1113 herum. Diese Formgebung verleiht ein größeres Umschließungsverhältnis, Die äußere, frei liegende Fläche des zweiten Lagerteils 1119 kann abschließend oberflächenbehandelt sein, oder sie kann eine Gummischicht 1118^4 aufweisen, die mit einem Klebemittel aufgebracht ist.

Die Anordnung nach Fig. 11 kann als Stoßstange beispielsweise für Autos verwendet werden. Der Vorsprung 1125 des Federkörpers 1120 soll in diesem Fall in seiner ganzen Länge ständig im Eingriff stehen und von der langen Deckplatte des zweiten Lagerteils 1119 zusammengedrückt werden. Die Anordnung nach Fig. 11 kann auch als Längsteil einer vibrationsdämpfenden Lagerung bei einer Schwingungsmaschine verwendet werden. Entsprechende Längsteile einer solchen Anordnung können dabei das Gewicht der Schwingungsmaschine tragen und dadurch die Schwingung abdampfen oder sie in Wärme umwandeln. Derartige Anordnungen sind für solche Zwecke auf Grund der extremen erreichbaren Weichheit allgemein überlegen. Die Weichheit und die kleinen Federkonstanten ermöglichen einen großen Hub, der bei solchen Vorrichtungen zusammen mit einer hohen Festigkeit und der Fähigkeit, hohen Grenzbelastungen zu widerstehen, erforderlieh ist. Die Platte für den zweiten Lagerteil 1119 kann auch weggelassen werden, wenn eine entsprechende Anlagefläche vorhanden ist.

Die in F i g. 6 gezeigten Kurven I und II sind typische Kurven für stark zusammendrückbare Federkörper gemäß der Erfindung. Die beiden Kurven I und II sind sich im wesentlichen ähnlich, abgesehen davon, daß die Kurve II an ihrem Kniestück zwischen ihrem verhältnismäßig steifen und ihrem verhältnismäßig weichen Bereich einen schärferen Knick hat.

Die beiden Bereiche sind durch die vertikale Linie K geteilt. Es sind neben den Kurven I und II zwei Kurven S und C von quadratischer bzw. kubischer Kurvenform gezeigt, d. h. Kurven, welche der Gleichung Y = X² bzw. Y = X^s entsprechen. Die Kurven I und II weisen also die schnell wechselnde Krümmung von Kurven mit einer hohen Exponentialzahl auf. Eine solche Exponentialzahl kann sogar wesentlich höher liegen als die Zahl 3.
Es kann durch Änderung des relativen Gasvolumens in den Bläschen und auch durch Änderung des Prozentsatzes des Umschließungsverhältnisses oder anderer Faktoren die Form dieser Kurven I und II geändert oder sie können horizontal oder vertikal verschoben werden. Auf diese Weise können Kurven entstehen, die sehr viel allmählicher in ihren Neigungen sich ändern und dann mehr quadratischen Kurven ähnlich werden. Die Kurven können sogar Werte für die Krümmungsänderung haben, die kleiner als bei einer quadratischen Kurve sind, und sie können nahezu linear werden.

Die Kurven I und II verlaufen nicht nur zur Z-Achse, die die Durchfederung angibt, sondern auch zu einer in Ordinatenrichtung verlaufenden Geraden A asymptotisch. Wenn die sehr kleinen Gas-Volumeinheiten in den Blasen und Bläschen stark zusammengepreßt werden, so daß sie eine Steifigkeit erlangen, welche sich derjenigen der die Einfassung bildenden flexiblen Wände nähert, werden die ganzen Federkörper sehr steif, und ihre Kurve nähert sich der Geraden .<4. Die Federkörper werden also allmählich unendlich starr.

Die elastisch zusammenpreßbaren Federkörper können so angeordnet werden, daß die den Verschiebungsweg begrenzende Fläche niemals bei einem Stoß in Eingriff kommt. In F i g. 6 ist dies durch eine Vertikallinie L₂ gezeigt, die sich jenseits der Geraden^ befindet.

Im Gegensatz dazu können gemäß der Vertikallinie L₁ solche Anschlagflächen in Eingriff kommen,

damit das weitere Einwirken von Druckkräften begrenzt wird und keine zerstörenden Kräfte wirken können.

Bei Anwendungsarten, bei denen eine hohe Kompression oder hohe Drücke verwendet werden, wird ebenso wie der verhältnismäßig weiche Bereich insbesondere der verhältnismäßig starre Bereich rechts der Vertikallinie K verwendet. Die schnell anwachsenden Federkonstanten sind dann besonders bei Endprellböcken u. ä. erwünscht, bei denen die Steifigkeit des Federkörpers nahe dem Ende des Zusammendrückwegs sehr schnell anwachsen soll.

Bei anderen Federungs- oder Reibungseinrichtungen soll dagegen im wesentlichen nur der verhältnis-

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mäßig weiche Bereich links der Vertikallinie K verwendet werden. Die Kombination äußerster Weichheit zusammen mit großer Festigkeit und einer schnell größer werdenden Federkonstanten ist dann besonders nützlich.

In F i g. 6 ist auch eine Kurve P dargestellt, die die äquivalente Kurve für zusammenpreßbare Federkörper zeigt, die vollständig oder überwiegend aus offenen Zellen oder aus porösem, zellenförmigem, elastomerem Material hergestellt sind.

Die Kurven I und II nach F i g. 6 zeigen Werte, die aus Testversuchen stammen, welche an zweiseitigen Scheibeneinheiten gemäß F i g. 7 durchgeführt wurden. Die Vertiefungen waren dabei an der Oberseite ungefähr 13 mm und an der Sohle 6,5 mm breit sowie 6,5 mm tief, und die Vorsprünge hatten ungefähr eine Höhe von 4 mm, eine Kammbreite von 4,8 mm und eine Basisbreite von 6,5 mm.

Für die Kurve I wurde eine einzelne, doppelseitige Scheibe von 152 mm Außendurchmesser getestet. Sie hatte an jeder Seite drei konzentrische Ringe aus einem zellelastischen Federkörper. Die Oberseiten der Vertiefungen hatten einen Außendurchmesser von annähernd 141, 102,5 bzw. 63,5 mm. Für die Kurve II mit ihrem schärferen Knick wurde eine einzelne, doppelseitige Scheibe von 102 mm Außendurchmesser getestet. Sie hatte zwei solche konzentrische Ringe auf jeder Seite, und die Oberseiten der Vertiefungen hatten einen Außendurchmesser von annähernd 89 bzw. 57 mm. Die Gesamtvolumina der Vorsprünge wurden sowohl bei der Scheibe mit 152 mm Außendurchmesser als auch bei der Scheibe mit 102 mm Außendurchmesser mittels Flüssigkeitsverdrängung gemessen und betrugen jeweils für eine Seite etwa 35 bzw. 9 cm³, und die entsprechenden Volumina von jeweils nur den gesamten anfänglich umschlossenen Teilen betrugen etwa 65 bzw. 26 cm³. Die Scheibe mit 152 mm Außendurchmesser, die die Kurve I ergab, war weicher und hatte eine geringere Dichte, d. h. einen höheren Prozentsatz an Gas, da ihre zwei inneren Ringe zu etwa 75 % und ihr Außenring zu etwa 67% aus elastomerem Material bestand (wobei etwa 25 bzw. 33 % meist Stickstoffgas übrigblieb). Die Scheibe von 102 mm Außendurchmesser, welche die Kurve II ergab, war steifer und dichter und hatte etwa 87% elastomeres Material (wobei 13% des Gesamtvolumens als eingeschlossenes Gas übrigblieb). Diese zwei Scheiben mit verschiedenen Flächen und Volumina ergeben also Kurven, die sich beide nahezu derselben Geraden^ nähern.

Die obere Grenze für die Blasengröße von 0,5 bis 0,76 mm ist für einzelne, nicht untereinander verbundene Blasen gegeben. Auf diese Weise können einige solcher Vielfachblasen auch größer sein, ohne daß Nachteile in der Leistung entstehen. Bei beiden Testversuchen ertrugen die Federkörper über 54 400 kg Druck, ohne daß Ausfälle entstanden und ohne wesentliche bleibende Formveränderung.

Sind die Federkörper aus massivem Gummi hergestellt, so ist der anfängliche Teil einer derartigen Kurve I viel steiler, wenn auch der Gummi so weich ist, wie er noch praktisch verwertbar ist. Die Form des Vorsprungs kann eine quadratische oder sogar eine leubische Kurvenform für einen verhältnismäßig begrenzten Durchfederungsbereich ergeben. Jedoch werden die nicht umschlossenen Abschnitte eines solchen massiven Gummigliedes zerplatzen oder herausgedrückt werden. Bei massivem Gummi ist auch die Dauerhaltbarkeit unter zyklischer Belastung ganz niedrig.

Die Federkörper gemäß der Erfindung können mechanisch in ihrer Lage gehalten werden und müssen nicht mit einem Binde- oder Klebemittel festgehalten werden. Jedoch ist es zweckmäßig, sie derartig mit ihrer Unterlage zu verbinden. Das die Einfassung bildende Glied muß nur verhältnismäßig steifer sein und kann sogar aus einem plastischen oder einem anderen etwas nachgiebigen, biegsamen Material sein. Die luftfederungsartigen Charakteristiken, wie sie durch die gasgefüllten Blasen und Bläschen erfindungsgemäß gegeben und aus den Kurven I und II in F i g. 6 ersichtlich sind, schaffen Vorteile gegenüber den bisher verwendeten, biegsamen Lufttaschen in Gummikörpern, bei denen verhältnismäßig große Luftvolumina eingeschlossen sind. Denn diese biegsamen Taschen versagen bei Biegebeanspruchung und erfordern verhältnismäßig dicke und feste Wände. Außerdem sind solche Vorrichtungen mit Lufttaschen verhältnismäßig kostspielig und kompliziert.

Claims

Patentansprüche:

1. Zellelastischer Federkörper, der in einer Vertiefung eines starren Lagerteils liegt und so ausgebildet ist, daß er beim Zusammendrücken durch wachsende Umschließung eine progressive Kennlinie erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (424, 524, 624, 924, 1024, 1124). am Lagerteil (413, 513, 613, 813, 913, 1013, 1113) schon bei nichtbelastetem Federkörper (420, 520, 620, 820, 920, 1020, 1120) ganz ausgefüllt ist und daß der Federlcörper mit einem Vorsprung (425, 525, 625, 925, 1025,1125) in an sich bekannter Weise über die Vertiefung nach außen vorsteht, derart, daß der Vorsprung bei fortschreitender Zusammenpressung der Vertiefung aufgenommen wird.

2. Zellelastischer Federkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (425, 525, 625, 925, 1025,1125) sich von den Seitenwänden der Vertiefung (424, 524, 624, 924,1024, 1124) weg in Richtung auf die Mittelachse des Federkörpers zu verjüngt.

3. Zellelastischer Federkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (525) mit einem abgeplatteten Kamm (577) und schrägen, geraden Seitenwänden (533) ausgebildet ist (Fi g. 3).

4. Zellelastischer Federkörper nach Anspruch 2 mit einem abgeplatteten Kamm, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (425, 925, 1025,1125) nach innen gekrümmte Seitenwände (433, 433A, 933) hat (Fig. 2, 7, 9, 11).

5. Zellelastischer Federkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (625, 1025) vom höchsten Punkt nach jeder Seite etwa S-förmig abfällt (F i g. 4).

6. Zellelastischer Federkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil des Volumens des Federkörpers (1020) im entspannten Zustand innerhalb der Vertiefung liegt und daß der Vorsprung (1025) an einem mit ihm zusammen-

wirkenden zweiten Lagerteil (1019) angehaftet ist (Fig. 9 und 10).

7. Zellelastischer Federkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch verstellbare Vorrichtungen (1013', 1024', 1055) zur Änderung des Volumens des im Ruhestand im Inneren der Vertiefung (1024) liegenden Abschnitts des Federkörpers (1020).

8. Zellelastischer Federkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil seiner geschlossenen Zellen mit einer viskosen Flüssigkeit und ein Teil mit

Gas gefüllt ist, so daß bei der Verformung eine hohe Reibung entsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 917 109, 939 059; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 058 853; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 792 803; französische Patentschriften Nr. 1 024 478, 468, 1 269 203, 1 284 689; britische Patentschriften Nr. 812 666, 952113; USA.-Patentschrift Nr. 2 263 599.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen