DE1930875A1

DE1930875A1 - Feder

Info

Publication number: DE1930875A1
Application number: DE19691930875
Authority: DE
Inventors: Sidan Dipl-Ing Heribert; Russold Ing Maximilian
Original assignee: Steirische Gusstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1968-06-18
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1970-10-15
Also published as: YU154669A; YU32158B; SE348816B; CH485139A; BE734647A; PL80068B1; DE1930875C2; NL6909128A; FR2011151A1; NL157693B

Description

Steirische Gußstahlwerke Aktiengesellschaft Wien, Österreich

Feder

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feder, welche aus in der Richtung des Kraftangriffes geschichteten Ringen besteht und bei welcher radial geschlitzte, federnde Innenringe mit starren Außenringen abwechseln, wobei die Außenringe mit den Innenringen zusammenwirkende Gleitflächen mit gegen die Achse geneigten Erzeugenden aufweisen. Federn dieser Art sind an sich bekannt und weisen den Vorteil auf, daß sie verhältnismäßig große Kräfte aufnehmen können. Bei den bekannten Federn dieser Art berühren sich die Innenringeund die Außenringe mit kegelförmigen Gleitflächen, wodurch sich eine lineare Federcharakteristik ergibt.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine solche Ausbildung zu verbessern und besteht im wesentlichen darin, daß die Gleitflächen der Innenringe und der Außenringe an den Beriihrungsstellen gekrümmte oder geknickte Erzeugende aufweisen. Durch eine solche Form-

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gebung der Gleitflächen wird es ermöglicht, die Charakteristik der Feder beliebig zu wählen. Je nach der Krümmung bzw. Knickung der Erzeugenden der Gleitflächen kann eine progressive oder degressive Feder— charakteristik erzielt werden. Es können beispielsweise die Gleitflächen der Außenringe konkav und die Gleitflächen der Innenringe konvex ausgebildet sein. In diesem Falle ergibt sich eine progressive Federcharakteristik. Wenn beispielsweise die Gleitflächen der Außenringe konvex und die Gleitfläehen der Innenrin-ge gleichfalls konvex ausgebildet werden, ergibt sich eine de-

" gressive Federcharakteristik. Es sind noch weitere Varianten der Krümmung bzw. Knickung der Erzeugenden der Gleitfläehen der Ringe möglich,. wodurch die Federcharakteristik entsprechend geändert werden kann. Bei einer progressiven Federcharakteristik werden hohe End— kräfte erzielt. Eine Feder mit degressiver Federcharakteristik weist wieder eine große Arbeitsaufnahme auf. In den verschiedenen Verwendungsfallen der Feder ist die eine oder die andere Ausbildung vorteilhaft und die Erfindung ermöglicht die Feder an die Bedürfnisse des betreffenden Konstruktionsfalles anzupassen. Die erfindungsgeraäße Feder ist beispielsweise in be-

f sonderem Maße für die Abfederung von Puffern von Eisenbahnwaggons geeignet und in diesem Falle weist eine degressive Federcharakteristik, welche bei einer Feder gemäß der Erfindung erreicht werden kann, besondere Vorteile auf, da sie einerseits ein großes Arbeitsvermögen hat, sodaß sie die Vernichtung großer Energien bei einem Zusammenprall ermöglicht, wobei die verhältnismäßig geringe Endkraft eine Gefährdung des Waggons und die Entgleisungstendenz desselben verringert. Die erfindungsgemäße Feder ist in besonderem Maße für Mittelpufferkupplungen von Eisenbahnwaggons

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geeignet. In allen Fällen kann unter Beibehältung der gewünschten Art der Federcharakteristik der Federweg durch Vergrößerung der Anzahl der miteinander zusammenwirkenden Ringe vergrößert werden.

Die geschichteten Ringe können in verschiedener Weise in axialer Richtung geführt und gegen radiale Verschiebung gesichert sein. So können beispielsweise gemäß der Erfindung die benachbarten Außenringe einander mit Führungsflächen teleskopartig übergreifen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch sind die Außenringe als schalenförmige Elemente ausgebildet, die an einer zentralen Achse geführt sind. Die Führung an einer zentralen Achse, welche durch die schalenförmige Ausbildung der Außenringe ermöglicht wird, ist präziser und konstruktiv günstiger als die Führung am äußeren Umfang der Außenringe. Überdies weist die schalenförmige Ausbildung der Außenringe den Vorteil auf, daß im Falle eines Federbruches gebrochene federnde Innenringe in ihrer Lage gehalten werden, sodaß die Funktion der Feder durch einen Federbruch nur wenig beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung ist die Ausbildung zweckmäßig so getroffen, daß die federnden Innenringe an allen Stellen einen Querschnitt aufweisen, dessen Breite ungefähr gleich der Höhe ist. Ein solcher gedrungener Querschnitt der federnden Innenringe ermöglicht eine starke Ausbildung derselben Tind die Erreichung großer F'ederkräfte bei verhältnismäßig geringer Baulänge der Feder.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtanordnung einer Feder.

Fig. 2 stellt einen federnden Innenring und

Fig. 3 ein aus Außenring und Tnnenring bestehendes Federelement in größerem Maßstab dar.

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Fig. 4 zeigt das Kraft-Weg-Diagramm (Charakteristik) einer solchen Feder mit Federelementen nach Fig. 3.

Die Fig. 5, 7 und 9 stellen abgewandelte Ausbildungen von aus Innenring und Außenring bestehenden Federelementen für die Anordnung nach Fig. 1 dar, wobei die

Fig. 6, 8 und· 10 jeweils die dazugehörigen Feder— diagramme zeigen.

Fig. 11, 12, 13, 14 und 15 zeigen Ausbildungen

^ einer Feder, bei welcher die Außenringe zu beiden Seiten Gleitflächen aufweisen. Jliebei stellt Fig. 15 einen Schnitt nach Linie XV - XV der Fig. 14 dar.

Die Fig. 16 und 17 zeigen eine abgewandelte Ausführung einer Feder nach Fig. 1, wobei Fig. 16 die Feder in spannungslosem Zustand und Fig. 17 die Feder in der zusammengepreßten Endlage darstellt.

Fig. 18 zeigt ein Beispiel einer auf Druck und Zug beanspruchbaren Feder.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Feder aus übereinan— dergestapelten Elemeiitenpaaren 1, 2, welche an einer zentralen ¹AcIiSe 3 geführt sind. 1 sind von schalenförmigen Elementen gebildete Außenringe, innerhalb welcher W radial geschlitzte, federnde Innenringe, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, gelagert sind. Die schalen— förniigen Elemente 1 weisen Gleitflächen 4 auf, welche mit den Innenringen 2 zusammenwirken. Wenn diese Federringe 2 in die schalenförmigen Elemente 1 hineingedrückt werden, so. muß sich ihr Durchmesser infolge der Konizität der .Gleitflächen 4 verringern, wodurch sich die Federwirkung ergibt. Die schalenförmigen Elemente 1 weisen bordartige Ansätze 5, 6 auf, welche bei Bruch eines Federringes 2 aneinander zur Anlage gelangen können. Der untere starre Anschlag 7 ist von einem Bund

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der zentralen Achse gebildet, während der obere bewegliche Anschlag 8 ringförmig ausgebildet ist.

Wie in Fig. 3 in größerem Maßstab dargestellt ist, weisen die Gleitflächen h konvex gekrümmte Erzeugende auf. Dadurch ergibt sich eine degressive Federcharakteristik und die Feder weist ein großes Arbeitsvermögen auf. Das Kraft-Weg-Diagramm der Feder ist in Fig. h dargestellt, wobei die Kraft P in der Ordinate und der Weg s in der Abszisse dargestellt ist. a ist die Federkennlinie beim Belasten der Feder, b ist die Federkennlinie bei der Entlastung und die Fläche c stellt die Dämpfung dar. Eine solche Feder weist somit ein großes Arbeitsvermögen auf.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 weist die Gleitfläche h konkav gekrümmte Erzeugende auf. Es ergibt sich dadurch die in Fig. 6 dargestellte progressive Federkennlinie a¹.

Bei der Anordnung nach Fig. 7 weist die Gleitfläche k eine geknickte Erzeugende auf, deren Teile geradlinig sind. Hiedurch ergibt sich die in Fig. 8 dargestellte Federkennlinie a '·.

Bei der Anordnung nach Fig. 9 weist die konische Fläche k Erzeugende auf, welche zuerst geradlinig verlaufen und dann in einem Kniek in eine konvexe Linie übergehen. Das sich hiedurch ergebende Federdiagramm ist in Fig. IO dargestellt.

Bei der Anordnung nach Fig. 11 weisen die von schalenförmigen Elementen gebildeten Außenringe 9, welche wieder an einer zentralen Achse 3 geführt sind, an beiden den Nachbarelementen zugekehrten Seiten Gleitfläehen 10 und 11 auf, welche mit federnden Innenringen 2, 2' zusammenwirken. An einer Seite sind die von schalenförmigen Elementen gebildeten Federringe 9 mit einem

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topfförmigen Ansatz 12 versehen, welcher die federnden Innenringe 2, 2¹ umgibt und sie bei entlasteter Feder schützt.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform ist an Stelle der beiden einen kreisringförinigen Querschnitt aufweisenden Innenringe 2, 2' ein einziger federnder Innenring 13 vorgesehen, der einen in Achsrichtung des Kraftangriffes langgestreckten Querschnitt aufweist. Durch diesen langgestreckten Querschnitt wird ermöglicht, lediglich einen einzigen federnden Innen-

^ ring zwischen zwei von schalenförmigen Elementen gebildeten Außenringen 9 anzuordnen, wobei dennoch der gewünschte Federweg erhalten bleibt.

Die Ausbildungsform nach Fig. 13 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 12 im wesentlichen dadurch, daß die federnden Innenringe radial in einen inneren Ringteil 13a und in einen äußeren Ringteil 13b unterteilt sind. Die wieder von schalenförmigen Elementen gebildeten Außenringe Ik unterscheiden sich von den Außenringen 9 nach Fig. 12 nur dadurch, daß der topfförmige Ansatz 12 weggelassen ist. Die beiden Ringteile 13a und 13h liegen mit profilierten Ringflächen 15 aneinander an und sind durch die Profilierung die—

" ser Ringflächen 15 gegen axiale Verschiebung gesichert. Der innere Ringteil l-3a erleidet beim Zusammendrücken der Feder eine größere Deformation als der äußere Ringteil 13b und es ist daher dieser innere Ringteil aus einem Material von höherer Streckgrenze ausgebildet.

Bei der Anordnung nach Fig. 1Λ und 15 weisen die Außenringe 16 wieder an beiden Seiten Gleitflächen 10, 11 auf, welche mit den federnden Innenringen 17 zusammenwirken. Die Außenringe 16 sind bei dieser Ausführungsf orm nicht als schalenförmige Elemente ausgebildet und nicht an einer zentralen Achse geführt. Die

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Führung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel außen durch Borde bzw. topfförmige Ansätze 18, welche Zylinderflächen 19 der Außenringe l6 übergreifen und an diesen gleiten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein federnder Innenring gewählt, dessen Querschnitt sich gegen den Schlitz 20 zu verjüngt.

Die Ausführungsform nach Fig. 16 und 17 entspricht ungefähr der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei jedoch die federnden Innenringe 21 einen anderen Querschnitt aufweisen. Die Außenringe 22, welche wiederum als schalenförmige Elemente ausgebildet und an einer zentralen Achse 3 geführt sind, weisen einen äußeren Bord 23 auf, welcher so hoch bemessen ist, daß sich die einzelnen Außenringe bei völlig zusammengedrückter Feder (Fig. 17) entlang ihres äußeren Umfanges aneinander— legen, sodaß die Borde 23 eine Endbegrenzung des Federweges darstellen. Die Anlage der schalenförmigen Elemente 22 am äußeren Umfang ergibt einen besseren Endanschlag als die Anlage der Borde 24 am inneren Umfang der schalenförmigen Elemente.

In Fig. 18 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Federanordnung auf Zug und auf Druck beansprucht werden kann. Die' Kraft greift an einem mit der zentralen Führungsstange 3 verbundenen Teil 25 an. 26 ist ein festes Widerlager. Bei dem Kraftangriff in der Richtung des Pfeiles A werden nun die von Außenringen 14 und federnden Innenringen 13 gebildeten Federelemente zwischen der Schulter 27 des Teiles 25 und dem Widerlager 26 zusammengepreßt, 28 ist ein Zwischenanschlag, der ringförmig ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser dieses Ringes größer ist als der Außendurchmesser der Außenringe 14, jedoch kleiner als der Außen—

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durchmesser eines Flansches 29 des Außenringes 14a. Bei einem Kraftangriff, in der Richtung des Pfeiles A ist somit dieser Zwischenanschlag 28 außer Wirkung.

Hei einem Kraftangriff in der Richtung des Pfeiles B wird die. Kraft über die Führungsstange 3» eine Schraubenmutter 30 und eine Ringplatte 31 auf die Federelemente 13, 14 übertragen. Da der Flansch 29 des Außenringes 14a gegen den Anschlag 28 abgestützt ist, worden bei einem Kraftangriff in Richtung des Pfeiles B lediglich die beiden federnden Innenringe 13-j und

»13,, deformiert.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Aus in der Richtung des Kraftangriffes geschichteten Ringen bestehende Feder, bei welcher radial geschlitzte, federnde Innenringe mit starren Außenringen abwechseln, wobei die Außenringe mit den Innenringen zusammenwirkende Gleitflächen mit gegen die Achse geneigten Erzeugenden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen der Innenringe und der Außenringe an den Berührungsstellen gekrümmte oder geknickte Erzeugende aufweisen.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe als schalenförmige Elemente ausgebildet sind, die an einer zentralen Achse geführt sind.

3. Feder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Innenringe an allen Stellen einen Querschnitt aufweisen, dessen Breite ungefähr gleich der Höhe ist.

4. Feder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe an ihren beiden den federnden Inn'enringen zugekehrten Seiten mit diesen federnden Innenringen zusammenwirkende Gleitflächen aufweisen.

5. Feder nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Außenringen je zwei einander berührende, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Federringe vorgesehen sind, von welchen jeder an einer Gleitfläche des benachbarten Außenringes anliegt.

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6. Feder nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten, als schalenförmige Elemente ausgebildeten Außenringen ein federnder Innenring mit in der Achsrichtung des Kraftangriffes langgestrecktem Querschnitt angeordnet ist, der an den Gleitflächen der beiden benachbarten Außenringe anliegt.

7. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe einen die federnden Innenringe umgebenden und den benachbarten Federring übergreifenden, topfförmigen Ansatz aufweisen.

8. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Außenringe einander mit Führungsflächen teleskopartig übergreifen.

9. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Innenringe radial in zwei Ringteile unterteilt sind, welche dicht aneinander anliegen.

10. Feder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringteil aus einem Material von höherer Streckgrenze besteht, als der äußere Ringteil.

11. Feder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringteil und der äußere llingteil mit profilierten Ringflächen aneinander anliegen und relativ zueinander gegen axiale Verschiebung gesichert sind.

12. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg durch Anschlag der Außenringe aneinander begrenzt ist, wobei die Anschlagflächen vorzugsweise am äußeren Rande der Außenringe liegen.

•10- 16.7.70/ Ml/

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