DE1267910B - Gummimetallfeder mit progressiver Charakteristik - Google Patents

Description

• Gummimetallfeder mit progressiver Charakteristik Die Erfindung betrifft eine Gummimetallfeder, bestehend aus zwei symmetrisch angeordneten, durch Zwischenplatten unterteilten, keilförmig zur Symmetrieebene stehenden, unter Belastung auf Schub und Druck beanspruchten Gummimetall-Federelementen, die in unbelastetem Zustand einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen und deren Außenbleche mit Gelenken versehen sind.
• Es sind Gummifedern für Fahrzeuge in verschiedenen Bauarten bekannt, bei denen der Gummi durch die auftretenden Kräfte, insbesondere das Fahrzeuggewicht, auf Druck, Schub oder Torsion beansprucht wird. Auch Kombinationen dieser Beanspruchungsarten werden vielfach solchen Federkonstruktionen zugrunde gelegt. Eine besondere Konstruktion sieht z. B. Gummimetallfedern vor, bei denen der Gummi zwischen ebenen oder abgewinkelten Blechen einvulkanisiert ist und durch das Fahrzeuggewicht auf Druck-Schub beansprucht wird. Diese Gummimetallfedern sind gegen die vertikale Mittelebene geneigt, und je größer der Anstellwinkel ist, um so größer wird die Druckkomponente. Daher nimmt das Federdiagramm bei größerem Anstellwinkel einen steileren Verlauf an. Das Federdiagramm ist bei einem festgelegten Anstellwinkel im wesentlichen geradlinig (Eisenbahn-Technische Rundschau, 1958, Heft 1). Bei Fahrzeugen, deren Federbelastungen sich im leeren und im beladenen Zustand verhältnismäßig stark unterscheiden, ergeben Federn mit einer von der Last unabhängigen Federkonstante nicht in allen Beladungszuständen gleiche gute Fahreigenschaften. Um unabhängig von der Belastung bei derartigen Fahrzeugen ein stets gleich gutes Fahrverhalten zu erreichen, ist ein von der Last abhängiger, d. h. also veränderlicher Federkennwert erwünscht, da das Fahrverhalten von der Eigenfrequenz des Fahrzeugs und damit vom Verhältnis Federkonstante der Achsfederung zur Masse des Fahrzeugs abhängt. Diese bei Straßenfahrzeugen bekannte Forderung ist auch für Schienenfahrzeuge zu erfüllen, besonders beim Leichtbau moderner Fahrzeuge.
• Es sind Federsysteme bekannt, deren Federdiagramme veränderlich sind und den auftretenden Belastungen angepaßt werden können. Hierfür sind zusätzliche Einrichtungen erforderlich, so z. B. Hebelübersetzungen bei Metallfedern oder bei Luftfedern Kompressoren mit einem Steuersystem, um den Luftdruck in der Feder den Belastungen anzupassen. Man hat auch versucht, den Anstellwinkel keilförmig zueinander stehender Gummimetall-Federelemente veränderlich zu gestalten, um damit die Federhärte zu verändern und dem Beladungszustand des Fahrzeugs anzupassen. So wurde eine lastabhängig regelbare Gummifeder für Fahrzeuge vorgeschlagen, bei der jede Gummifeder schwenkbar gelagert ist und unter Verwendung eines Gestänges der Belastung entsprechend gegen die vertikale Ebene eingestellt werden kann. Hierfür sind mechanische Einrichtungen erforderlich, die unter anderem eine erhebliche Anzahl von Gelenken notwendig machen. Auch für den Einstellmechanismus sind zusätzliche Einrichtungen mechanischer Art oder Gasfedern erforderlich, die die Winkelverstellung steuern (deutsche Patentschrift 1127 938 und deutsche Auslegeschrift 1132 949.
• Es ist weiterhin eine Gummifederung für Kraftfahrzeuge bekannt, deren Hauptteil ein auf Schub und Druck beanspruchter Gummikörper ist. Der Gummikörper ist mit parallelliegenden Außenblechen versehen und ist mittels Gummidrehfedern, die in der Mitte der Außenbleche befestigt sind, an den abzufedernden Fahrzeugteilen derartig angelenkt, daß sich der Anstellwinkel des Gummikörpers unter der Belastung ändert. Da sich der Anstellwinkei des Gummikörpers gegen die senkrechte Ebene bei zunehmender Belastung verkleinert, wird die Feder weicher, d. h., sie hat eine degressive Federcharakteristik. Mit dieser Federung wird nicht der gewünschte Effekt eines lastunabhängigen guten Schwingungsverhaltens erzielt, da das Verhältnis von Federkonstante zur Masse nicht konstant bleibt. Außerdem ist die Ausführung des Federpaketes für hohe Belastungen und für die Übernahme erforderlicher Führungseigenschaften nicht geeignet (deutsche Patentschrift 940 805).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache, wartungsfreie Federvorrichtung zu schaffen, die sich dem Belastungszustand anpaßt, also in der Hauptsache zunächst ein progressives Federdiagramm hat, wobei auf zusätzliche mechanische Hilfsmittel verzichtet wird. Dazu sollen symmetrisch angeordnete, durch Zwischenplatten unterteilte, keilförmig zur Symmetrieebene stehende Gummimetall-Federelemente benutzt werden, die im unbelasteten Zustand einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß die zum inneren Keilstück hin liegenden Außenbleche der Gummimetall-Federelemente an ihren weiter auseinander liegenden unteren Enden und die zum Außenrahmen hin liegenden Außenbleche an ihren entgegengesetzten oberen Enden als Gelenke ausgebildet sind und die an der inneren sowie an der äußeren Seite eines Federpaketes liegenden Außenbleche an ihren freien Enden mit aufgesetzten Druckfederelementen versehen sind, die sich gegen Innenkeil und Außenrahmen abstützen. Bei dieser Gummimetallfeder sind nur zwei Gelenke erforderlich. Es sind keinerlei zusätzliche Hebelsysteme vorgesehen. Die Steuerung der Federeinstellung wird lediglich von den an den freien Enden der Außenbleche angebrachten Druckfederelementen bewirkt. Bei höherer Belastung steigt die Druckkomponente der Gummifederpakete an und damit die Beanspruchung der an den freien Enden aufgesetzten Druckfederelemente, so daß sich letztere stärker zusammendrücken und damit der Anstellwinkel der auf Schub und Druck beanspruchten Elemente vergrößert wird. Der Anstellwinkel vergrößert sich kontinuierlich mit zunehmender Belastung. Die Federkonstante steigt entsprechend an, und es ergibt sich ein progressives Federdiagramm. Dieses kann weitgehend den Erfordernissen des Bedarfsfalles angepaßt werden, je nach Ausbildung und Federcharakteristik der an den freien Enden der Gummimetall-Federelemente aufgesetzten Druckfedern. Werden beispielsweise für diese Tellerfedern verwendet, so kann das Diagramm S-förmig gestaltet werden.
• Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, die Gelenke an den Endblechen der Federpakete als halbzylinderförmige Schalen mit einer auf Drehschub beanspruchten Gummischicht auszubilden. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und vor allem völlig wartungsfreie Ausbildung der Gelenke. Da der Ausschlagwinkel der Gelenke verhältnismäßig klein ist, kann die Gummischicht der Gelenkschalen dünn gehalten werden. Sie gestattet daher hohe Flächendrücke.
• Schließlich können nach der Erfindung zu beiden Seiten einer an den Enden der Außenbleche liegenden Gelenkachse radial und axial steife Gummimetallgelenke angebracht sein. Diese sind in der Lage, Seitenkräfte, die oberhalb der Gelenkachse etwa in der Mitte der Feder wirken, als Axialkräfte der Gelenke und das dabei auftretende Moment als radial auf das Gelenk wirkendes Kräftepaar aufzunehmen.
• Das gleiche Federprinzip kann auch zur Abfederung des Wagenkastens oder bei elastischen Lagerungen angewandt werden.
• Die Erfindung wird durch die Zeichnungen erläutert, und zwar zeigt A b b. 1 ein erfindungsgemäßes Federsystem zur Abfederung einer Achsbuchse, A b b. 2 eine Einzelheit (seitliche Gelenke), A b b. 3 und 4 das Federsystem und die daran wirkenden Kräfte.
• In A b b.1 ist der Einbau eines erfindungsgemäßen Federsystems zwischen Achsbuchse und Wagenkasten zum Teil im Schnitt dargestellt. Die Gummimetallfederpakete 1 stützen sich einmal über die Gelenke 4 am Achslagergehäuse 2 und über Gelenke 5 am Fahrgestellrahmen 3 und zum anderen über die Druckfederelemente 6 am Achslagergehäuse und über die Druckfederelemente 7 am Fahrgestellrahmen 3 ab. Die Gummimetall-Federelemente bestehen aus einem im Querschnitt parallelogrammförmigen Gummikörper mit den Außenblechen 8 und 9. Der Gummikörper ist durch zu den Außenblechen 8 und 9 parallelliegende Innenbleche 10 unterteilt. Die an den Außenblechen 8 und 9 vorgesehenen Gelenke 4 und 5 sind als Gummimetallteile ausgebildet, wobei die Gummischicht 11 bzw.12 bei Verdrehung der Endbleche auf Drehschub beansprucht wird. Damit ergibt sich ein völlig wartungsfreies Gelenk. Die Druckfederelemente 6 und 7, die an dem freien Ende der Endbleche 8 bzw. 9 angebracht sind, sind in der Abbildung als druckbeanspruchte Gummifedern dargestellt. Diese Federn können in der dargestellten Ausführung in ihrer Federhärte wunschgemäß durch Wahl einer entsprechenden Anzahl von Zwischenblechen variiert werden. Je mehr Zwischenbleche bei sonst gleichen äußeren Abmessungen des Gummikörpers in diesen einvulkanisiert werden, um so härter wird die Feder. Außerdem wird der Diagrammverlauf stärker progressiv. Es können aber auch andere Federelemente vorgesehen werden, so z. B. Tellerfedern, die ein S-förmiges Diagramm aufweisen. Ein Anschlagpuffer 13 begrenzt den Federweg.
• A b b. 2 zeigt das Außenblech 8 eines Federpaketes, an dessen unterem Ende ein Gelenkbolzen 14 angeschweißt ist. Auf den Enden des Gelenkbolzens sind kugelige Metallteile 15 angebracht, die von einer kalottenförmigen Gummischicht 16 umgeben sind. Die äußeren Gummischichten stützen sich gegen Metallschalen 17, 18 ab und sind mit diesen durch Anpressen oder Anvulkanisieren festhaftend verbunden.
• Nach A b b. 3 und 4 beansprucht die Radlast P den Gummi der Federpakete auf Schub durch die Komponenten T auf Druck durch die Komponenten N. Die Schubkomponente T wird in den in dieser Richtung steifen Gelenken 4, 5 aufgenommen. Die Druckkomponente N wird im Verhältnis der Abstände auf das Gelenk 4 und das Druckfederelement 6 des Innenbleches 8 und auf das Gelenk 5 und das Druckfederelement 7 des Außenbleches 9 abgesetzt. Bei zunehmender Kraft P werden auch die Kraftkomponenten N und ihr auf die Druckfederelemente 6 und 7 abgesetzter Anteil größer. Sie drücken sich zusammen, und die Federpakete 1 neigen sich stärker. Damit wird wiederum die Druckkomponente N vergrößert und eine Erhöhung der Gesamtfederkonstante bewirkt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Gummimetallfeder, bestehend aus zwei symmetrisch angeordneten, durch Zwischenplatten unterteilten, keilförmig zur Symmetrieebene stehenden, unter Belastung auf Schub und Druck beanspruchten Gummimetall-Federelementen, die in unbelastetem Zustand einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen und deren Außenbleche mit Gelenken versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zum inneren Keilstück (2) hin liegenden Außenbleche (8) der Gummimetall-Federelemente (1) an ihren weiter auseinander liegenden unteren Enden und die zum Außenrahmen hin liegenden Außenbleche (9) an ihren entgegengesetzten oberen Enden als Gelenke (4, 5) ausgebildet sind und die an der inneren sowie an der äußeren Seite eines Federpaketes liegenden Außenbleche an ihren freien Enden mit aufgesetzten Druckfederelementen (6, 7) versehen sind, die sich gegen Innenkeil (2) und Außenrahmen (3) abstützen.
2. 2. Gummimetallfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (4, 5) an den Endblechen (8, 9) der Federpakete (1) als halbzylinderförmige Schalen mit einer auf Drehschub beanspruchten Gummischicht (11,12) ausgebildet sind.
3. 3. Gummimetallfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten einer an den Enden der Außenbleche (8, 9) liegenden Gelenkachse (14) radial und axial steife Gummimetallgelenke angebracht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 940 805.