DE19608860C2

DE19608860C2 - Druckfeder

Info

Publication number: DE19608860C2
Application number: DE19608860A
Authority: DE
Inventors: Bernd Zawadzki; Gerhard Seck
Original assignee: Joern GmbH
Current assignee: Joern Elza GmbH
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: DE19608860A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte gattungsgemäße Druckfeder (US-PS 3 677 535) umfaßt ein erstes Lagerteil und ein in einem Abstand dazu liegendes zweites Lagerteil, zwischen denen ein Federelement aus übereinanderliegenden Gummi scheiben mit Zwischenblechen angeordnet ist. Durch das erste und zweite Lagerteil, sowie durch das Federelement erstreckt sich ein zentraler, zylin drischer Durchgang.

Weiter ist ein Anschlagelement vorgesehen, bestehend aus einem An schlagbolzen mit endseitigen Abstützteilen. Der Anschlagbolzen erstreckt sich durch den Durchgang mit seinen beiden Enden bis über die Lagerteile hinaus. Die Abstützteile sind jeweils mit den Endbereichen des Anschlag bolzens verbunden und überdecken die Durchgangsöffnungen an den La gerteilen. Damit stützen sich die Abstützteile an den Lagerteilaußenseiten bei einer Ausfederung der Druckfeder ab und bilden einen Zuganschlag, wobei die maximale Ausfederlänge durch die Bolzenlänge zwischen den Abstützteilen bestimmt ist. Beim Einfedern heben dagegen die Abstützteile von den Lagerteilen ab, so daß der Zuganschlag nicht wirksam ist und sich das komplette Anschlagelement im Durchgangsbereich frei schwebend be wegen kann.

Die Abstützteile sind hier als Kreisscheiben ausgeführt, die im unbelasteten Grundzustand der Druckfeder vorgespannt an planen und in Querebenen zum Anschlagbolzen liegenden Lagerteilaußenflächen anliegen. Im unbela steten Druckfederzustand ist dabei die Anlage der Kreisscheiben durchge hend flächig.

Bei einer Zugbelastung auf die Lagerteile ohne Querbelastung und Scher bewegung bleibt die flächige Anlage der Kreisscheiben an den Lagerteilen erhalten, so daß eine gleichmäßige Kraftübertragung mit gleichmäßiger Belastung der Bauteile bei einem solchen Zuganschlag auftritt. Insbeson dere ergibt sich damit ausschließlich eine günstige Zugbelastung des An schlagbolzen ohne Biegebelastung.

Bei einem praktischen Einsatz solcher Druckfedern, beispielsweise als Blattfederstützlager an Nutzfahrzeugen ergeben sich aber auch betriebs mäßige Querbelastungen mit seitlichen Versetzungen der beiden Lagerteile als Scherbewegungen. In diesem Fall liegt der Anschlagbolzen etwas ge neigt und verkippt im Durchgang der Druckfeder, wobei entsprechend auch die kreisscheibenförmigen Anschlagteile gegenüber den Anlageflächen an den Lagerteilen geneigt und verkippt sind. Bei einer Ausfederbelastung der Druckfeder mit Zuganschlag ergibt sich durch die geneigten Anschlag scheiben lediglich deren punktförmige Anlage mit einem Kreispunkt des Scheibenumfangs. Dadurch ergibt sich eine ungünstige hohe, punktförmige Materialbelastung mit relativ schnellem Verschleiß an den Anlageflächen.

Um hier eine Verbesserung zu schaffen, ist im vorliegenden Stand der Technik an der Anlageseite der Anschlagscheiben eine elastische Zwi schenscheibe eingefügt. Da aber auch diese nur entsprechend punktförmig belastet wird, ist bei größeren Zuganschlagbelastungen eine Verdrängung des punktförmig belasteten, flexiblen Materials zu erwarten, so daß auch dann die stabile Anschlagscheibe an der Gegenfläche anliegt. Zudem hat durch die punktförmige Belastung auch die Zwischenscheibe einen hohen Verschleiß.

Es wird in diesem Fall auf den verkippten Anschlagbolzen zusätzlich zur Zugbelastung eine erhebliche Biegebelastung ausgeübt. Durch die punkt förmige Anlage am Umfang der Anschlagscheibe im Abstand zur Schei benmitte ergibt sich mit dem dort koaxial angebrachten Anschlagbolzen eine Winkelhebelabstützung, bei der eine Hebellänge der Scheibenradius und die andere Hebellänge die wirksame Anschlagbolzenlänge ist. Bei gro ßen Zuganschlagkräften, wie sie beispielsweise in schwerem Gelände an Blattfederstützlagern von Nutzfahrzeugen auftreten können, ergeben sich erhebliche Biegemomente in einem solchen Winkelhebel. Um diese beherr schen zu können, sind stark dimensionierte und damit relativ schwere und teuere Anschlagelemente erforderlich. Bei einer weniger starken Dimensio nierung besteht die Gefahr von spontanen Überlastungsbrüchen oder von Ermüdungsbrüchen nach mehreren starken Biegebeanspruchungen.

Es ist daher auch ein Zuganschlag in einer ähnlich aufgebauten Druckfeder bekannt (DE 36 34 426 A1), bei der anstelle eines durchgehenden An schlagbolzens eine Kette verwendet ist. Die Abstützteile bestehen hier ebenfalls aus kreisscheibenförmigen Platten, deren Anlageflächen und die zugeordneten Anlageflächen an den Lagerteilen konisch bzw. kegel stumpfförmig zur Lagermitte hin verjüngt sind. An diesen Abstützteilen ist jeweils ein Auge angeformt, wobei sich zwischen diesen Augen die Ketten glieder der Kette in einer Länge erstrecken dergestalt, daß im unbelasteten Zustand der Druckfeder die Federelemente vorgespannt sind. Bei einer Be lastung der Druckfeder werden deren Federelemente gestaucht, wodurch die Kette entlastet ist und die Abstützteile frei werden. Bei einer erneuten Zugbelastung werden die Abstützteile an den konischen Anlageflächen in der Art von Einlaufschrägen wieder ineinander geführt.

Bei einer Querbelastung der Druckfeder mit einer seitlichen Versetzung und Scherung der Lagerteile in Verbindung mit einem Zuganschlag stellt sich die Kette als flexibles Stützelement entsprechend geneigt ein. Damit treten prak tisch keine Kipp- und Biegemomente in der Kette und den angeschlossenen Abstützteilen auf. Diese liegen somit auch bei dieser Zuganschlagfunktion mit Lagerquerbelastung, umlaufend und flächig in den Konusflächen an, ebenso wie ohne Querbelastung.

Damit treten die eingangs in Verbindung mit einem durchgehenden An schlagbolzen beschriebenen Nachteile bei Verwendung einer Anschlagkette nicht auf. Nachteilig ist jedoch hier, dass eine Kette mit gleichem Durchmesser wie ein Anschlagbolzen wesentlich weniger belastbar ist. Der maximale Durchmesser des zentralen Durchgangs in der Druckfeder ist jedoch relativ gering, so dass keine entsprechend starken und voluminösen Ketten verwend bar sind. Zudem wären solche Ketten ungünstig schwer. Durch die ständige, betriebsmäßige Relativbewegung der Kettenglieder zueinander ist ein starker Verschleiß zu erwarten, der die Standzeiten reduziert. Ein Druckanschlag ist mit einer beweglichen Kette nicht realisierbar.

Weiter ist eine gattungsgemäße Druckfeder bekannt WO 94/01695, mit einem ersten Lagerteil und einem im Abstand dazu liegenden zweiten Lagerteil, zwi schen denen ein Federelement angeordnet ist. Durch das erste Lagerteil, das Federelement und das zweite Lagerteil erstreckt sich ein im unbelasteten Zu stand der Druckfeder koaxialer Durchgang. Weiter ist ein Anschlagelement aus einem Anschlagbolzen und Abstützteilen vorgesehen, wobei sich der An schlagbolzen durch den Durchgang mit seinen beiden Enden bis über die La gerteile hinaus erstreckt und die Endbereiche des Anschlagbolzens als Ab stützteile ausgebildet sind. Die Abstützteile überdecken die Durchgangsöff nungen an den Lagerteilen, so dass sich bei einer Ausfederung der Druckfeder die Abstützteile an den Lagerteilaußenseiten abstützen und ein durch die Bol zenlänge zwischen den Abstützteilen bestimmter Zuganschlag ergibt. Die Durchgangsöffnungen an den Lagerteilen sind kreisrund. Die beiden Abstütz flächen der Abstützteile weisen die Form einer Kugelschicht als Abstützteil- Kugelfläche auf.

Die diesen Abstützteil-Kugelflächen zugeordneten Abstützflächen an den La gerteilen sind entsprechend negativ geformte Kugelflächen als flache Mulden in der Materialstärke der Lagerteile, wobei die Kugelfläche nicht in die gesamte Materialstärke der Lagerteile eingeformt ist. Diese flache Muldenform hat nachteilig zur Folge, dass bei einer Scherbelastung der Druckfeder die Ab stützteile aus dem Bereich dieser flachen Mulden herausgedrängt werden und somit nicht mehr in einer umlaufenden Kontur anliegen und abgestützt werden. Eine tiefere Kugelschale in den Lagerteilen zur Abstützung der Abstützteile würde dieses Auswandern zwar verhindern, erfordert jedoch geringe Toleran zen und ist daher nur mit hohem Aufwand herstellbar.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine gattungsgemäße Druckfeder hinsichtlich der Abstützflächen an den Abstützteilen und Lagerteilen so weiter zubilden, dass eine funktionsfähige Druckfeder mit einem Zuganschlag bei re duzierten Herstellungskosten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist in der Materialstärke der Lagerteile in der jeweiligen Durchgangsöffnung eine umlaufende Abstützfläche in der Form der Innenseite eines geraden Kreiskegelstumpfs eingeformt, in der die Abstütz-Kugelfläche soweit eingreift, dass sie auch bei einer Querbelastung der Lagerteile 2, 3 und damit bei verkipptem Anschlagbolzen jeweils in einer umlaufenden Kreiskontur anliegt und abgestützt ist.

Es wird hierbei somit eine Kombination einer Kegelstumpffläche als Negativflä che jeweils an den Lagerteilen und eine Kugelfläche als Positivfläche an den Abstützteilen vorgeschlagen. Dadurch wird ersichtlich eine umlaufende, linien förmige Kreiskontur als Anlagekontur erhalten. Linienförmige Anlageflächen neigen zu höherem Materialverschleiß an diesen Stellen und werden regelmä ßig in Konstruktionen vermieden, so dass auch Anlagen zwischen Kugelflä chen und Kegelflächen nicht verwendet werden. Im vorliegenden Fall hat sich gezeigt, dass eine erhöhte Belastung und ein Materialverschleiß an der linien förmigen, umlaufenden Kreiskontur praktisch nicht auftritt, da in Verbindung mit Scherbewegungen der Lagerteile auch Kippbewegungen dieser Lagerteile re lativ zueinander stattfinden. Damit ändern sich betriebsmäßig die Berührungs stellen sowohl an den Abstützteil-Kugelflächen als auch an den Lagerteil- Kegelflächen, wodurch eine linienförmige Eingrabung eines Anlagekreises in den Kegelstumpfflächen nicht erfolgt. Somit ist hier bei einem solchen Druck lager eine Kombination zwischen Kugel- und Kegelflächen als Anlageflächen als kostengünstige, einfach herstellbare Lösung ohne erhöhten Verschleiß möglich. Damit wird in Verbindung mit einer kostengünstigen Lösung ein Aus wandern der Abstützteile auch bei verkipptem Anschlagbolzen verhindert und jeweils eine umlaufende Kreiskontur ohne Abheben an den Anlageflächen er reicht.

Um ein ausreichendes Durchgreifen der Abstützteil-Kugelflächen durch die La gerteil-Kegelflächen zu ermöglichen, wird mit Anspruch 2 eine knochenartige Ausbildung des Anschlagbolzens vorgeschlagen.

Bei einer Kombination zwischen einer aufnehmenden Kegelform und einer ab gestützten Kugelform ist es für eine gute Funktion wesentlich, dass Druck- und Gleitverhältnisse günstig dimensioniert sind und insbesondere keine Verklem mung erfolgt. Nach Anspruch 3 hat sich eine koaxial zum Durchgang ausge richtete Kegelstumpfform mit einem Kegelwinkel von ca. 30° zwischen der Ke gelachse und der Kegelfläche als besonders geeignet erwiesen.

Eine besonders günstige Weiterbildung ergibt sich mit den Merkmalen des An spruchs 4. Dabei sind die Abstützteile an ihren Endseiten ballig als Druckab stützflächen ausgeführt. Im unbelasteten Druckfederzustand liegen in Axial richtung des Anschlagbolzens und in einem Abstand zu den Druck abstützflächen Gegenabstützflächen, bevorzugt schalenförmig ausgebildete für einen Druckanschlag, wobei diese Gegenabstützflächen am Lagerteil ange ordnet sind. Die Länge des freien Druckweges der Lagerteile vor dem Druck anschlag ist durch den Abstand zwischen den Druckabstützflächen und den Gegenanschlagflächen bestimmt. Damit ist nicht nur gegen ein unzulässiges Ausfedern der Druckfeder ein Zuganschlag vorgesehen, sondern auch gegen ein unzulässiges Einfedern der Druckfeder ein Druckanschlag realisiert unter weitgehender Benützung der ohnehin vorhandenen Bauteile. Durch die ballige Ausführung der Abstützteilenden in Verbindung mit den schalenförmigen Ge genabstützflächen ist der Druckanschlag auch bei einem durch eine Lager querbelastung verkippten Anschlagbolzen funktionsfähig.

Eine zweckmäßige geometrische Anordnung ergibt sich nach Anspruch 5 da durch, dass die Lagerteile als Montageplatten ausgeführt sind, die im Bereich der Durchgangsöffnungen muldenförmig zur Lagermitte hin vertieft sind. In der Muldentiefe kann bei einer Zusammenpressung der Federelemente das jeweils zugeordnete Abstützteil bis zu einem Druckanschlag frei ausweichen.

Als Federelement wäre beispielsweise eine Spiralfeder als Druckfeder ver wendbar. Besonders zweckmäßig wird in an sich bekannter Weise nach An spruch 6 als Federelement eine Elastomerfeder, insbesondere eine Gummife der verwendet mit in Querebenen zum Anschlagbolzen und in gegenseitigen Abständen liegenden Zwischenblechen.

Nach Anspruch 7 ist ein solches Federelement durch das Anschlagelement vorgespannt, um insbesondere eine Gummifeder gegen unerwünschte Zugbe anspruchungen zu sichern.

Für eine einfache Montage wird mit Anspruch 8 vorgeschlagen, dass we nigstens ein Abstützteil auf den Anschlagbolzen aufgeschraubt, ggf. ge schweißt oder genietet ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit weiteren Ein zelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Druckfeder im vorgespannten, jedoch unbelasteten Zustand, und

Fig. 2 die Druckfeder nach Fig. 1 in einem Zustand mit Zug- und Querbela stung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Druckfeder 1 dargestellt mit einem ersten und zweiten Lagerteil, die als erste Montageplatte 2 und zweite Montageplatte 3 ausgebildet sind. Zwischen den Montageplatten 2, 3 ist ein Federelement als Gummifeder 4 mit einer Mehrzahl von Zwischenblechen 5 angeordnet.

Im mittleren Bereich der Montageplatten 2, 3 sind muldenförmige Vertie fungen 6, 7 eingeformt, in denen jeweils gegenüberliegende Durchgangs öffnungen 8, 9 eines Durchgangs 10 angebracht sind, der sich durch die Gummifeder hindurch fortsetzt.

Weiter ist ein Anschlagelement 11 vorgesehen, das aus einem Anschlag bolzen 12 besteht, der mit seiner Länge im Durchgang 10 liegt und an sei nen Endseiten zu Abstützteilen 13, 14 verbreitert ist. Das obere Abstützteil 14 ist dabei auf den Anschlagbolzen 12 aufgeschraubt.

In der Materialstärke der Durchgangsöffnungen 8 und 9 sind jeweils um laufende Abstützflächen 15, 16 in der Form der Innenseite eines geraden Kreiskegelstumpfs entsprechend einer zur Lagermitte hinweisenden Ko nusform eingearbeitet, wobei der Kegelwinkel 17 zwischen der Kegelfläche und der Mittellinie 18 etwa 30° beträgt.

Die zugeordnete Anlagefläche am jeweiligen Abstützteil 13, 14 entspricht als Abstützteil-Kugelfläche 19, 20 jeweils einer Kugelschichtfläche. Die kleineren Kugelabschnittflächen sind dabei einander zugewandt. Deren Durchmesser entspricht dem Durchmesser des Anschlagbolzens 12, wobei die Abstützteile 13, 14 in einer Art von Knochenform miteinander verbun den sind. Mit Bezugszeichen 21 ist der Mittelpunkt der Kugelschichtfläche angegeben, der im Schnittpunkt der Normalen auf die Lagerteilkegelflächen liegt.

Die stirnseitigen Enden der Abstützteile 13, 14 sind ballig als Druckab stützflächen 22, 23 ausgeführt. Im Abstand dazu liegen als Deckel der muldenförmigen Vertiefungen 6, 7 schalenförmige Gegenabstützflächen 24, 25.

Die dargestellte Druckfeder 1 hat folgende Funktion:

Bei einer senkrechten Federbelastung entlang der Mittellinie 18 werden die beiden Lagerteile bzw. Montageplatten 2, 3 unter Zusammenpressung der Gummifeder 4 gegeneinander geführt. Dabei kommen die Abstützteile 13, 14 von den Durchgangsöffnungen 8, 9 frei, so daß die Federbewegung durch das Anschlagelement 11 nicht beeinflußt ist. Auch bei einer zusätzli chen Querbelastung der Druckfeder in Verbindung mit einer Verkippung des Anschlagelements 11 entsprechend Fig. 2 kommt dieses bei einer Druckbelastung von den Durchgangsöffnungen 8, 9 frei und beeinflußt die weitere Federbewegung nicht.

Erst bei einer weiteren Einfederung der dem Abstand zwischen den Druck abstützflächen 22, 23 und den zugeordneten Gegenabstützflächen 24, 25 entspricht, erfolgt eine Anlage und Abstützung dieser Flächen in der Form eines Druckanschlags. Ein weiterer höherer Einfederdruck wird über den stabilen Anschlagbolzen 12 als Druckanschlag abgestützt. Die Anlageflä chen liegen dabei auch in einer verkippten Stellung des Abstützelements 11 durch die Kugel- bzw. Schalenform weitgehend flächig und gleichmäßig an.

Bei größeren Zugbelastungen ergeben sich die Zustände, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Dabei liegen die Abstützteile 13, 14 mit ihren Abstützteil-Kugelflächen 19, 20 an den kegelförmigen Abstützflächen 15, 16 der Durchgangsöffnungen 8, 9 in einer umlaufenden Anlagekontur (umlaufende Linie bei Bezugszeichen 26) an. Eine nach wie vor umlau fende Anlagekontur ergibt sich bei Bezugszeichen 26 auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Zustand, wo das Anschlagelement 11 durch eine Quer bewegung der Montageplatten 2, 3 mitgenommen und verkippt wurde.

Auch wenn unter Beibehaltung eines Zuganschlags die Querbelastung ver schwindet, ist eine Rückstellung des Zustands von Fig. 2 in Fig. 1 einfach gewährleistet, da die Abstützteil-Kugelflächen 19, 20 in den kegelförmigen Abstützflächen 15, 16 der Durchgangsöffnungen 8, 9 auch unter Belastung leichtgängig verschiebbar und einstellbar sind. Über einen stabilen durch gehenden Anschlagbolzen 12 ist eine hohe Zugbelastung bei einem Zugan schlag möglich.

Claims

1. Druckfeder,
mit einem ersten Lagerteil (2) und einem im Abstand dazu liegenden zweiten Lagerteil (3), zwischen denen ein Federelement (4) angeordnet ist,
mit einem im unbelasteten Zustand der Druckfeder (1) koaxialen Durchgang (10) durch das erste Lagerteil (2), durch das Federelement (4) und durch das zweite Lagerteil (3),
mit einem Anschlagelement (11) aus einem Anschlagbolzen (12) und Abstützteilen (13, 14), wobei sich der Anschlagbolzen (12) durch den Durchgang (10) mit seinen beiden Enden bis über die Lagerteile (2, 3) hinaus erstreckt und die Endbereiche des Anschlagbolzens (12) als Ab stützteile (13, 14) ausgebildet sind, wobei
die Abstützteile (13, 14) die Durchgangsöffnungen (8, 9) an den Lager teilen (2, 3) jeweils überdecken, so daß sich bei einer Ausfederung der Druckfeder (1) die Abstützteile (13, 14) an den Lagerteilaußenseiten abstützen und ein durch die Bolzenlänge zwischen den Abstützteilen (13, 14) bestimmter Zuganschlag gebildet ist,
die Durchgangsöffnungen (8, 9) an den Lagerteilen (2, 3) kreisrund sind, und
die beiden Abstützflächen der Abstützteile (13, 14) die Form einer Kugelschicht als Abstützteil-Kugelfläche (19, 20) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Materialstärke der Lagerteile (2, 3) in der jeweiligen Durch gangsöffnung (8, 9) eine umlaufende Abstützfläche (15, 16) in der Form der Innenseite eines geraden Kreiskegelstumpfs eingeformt ist, in der die Abstützteil-Kugelfläche (19, 20) soweit eingreift, daß sie auch bei einer Querbelastung der Lagerteile (2, 3) und damit bei verkipptem Anschlagbolzen (12) jeweils in einer umlaufenden Kreiskontur (26) anliegt und abgestützt ist.

2. Druckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagbolzen (12) im Durchmesser den kleineren Kugelabschnitt flächen der Abstützteil-Kugelflächen (19, 20) entspricht und diese in einer Knochenform verbindet.

3. Druckfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstumpfform (15, 16) im unbelasteten Druckfederzustand koaxial zum Durchgang (10) ausgerichtet ist mit einem Kegelwinkel (17) zwi schen der Kegelachse (18) und der Kegelfläche (15, 16) von ca. 20° bis 60°, bevorzugt ca. 30°.

4. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net,
daß die Abstützteile (13, 14) an ihren Endseiten ballig als Druckab stützflächen (22, 23) ausgeführt sind, und
daß im unbelasteten Druckfederzustand in Axialrichtung des An schlagbolzens (12) und in einem Abstand zu wenigstens einer Druck abstützfläche (22, 23) schalenförmige Gegenabstützflächen (24, 25) für einen Druckanschlag am zugeordneten Lagerteil (2, 3) angeordnet sind, wobei die Länge des freien Druckweges vor dem Druckanschlag durch den Abstand zwischen den Druckabstützflächen (22, 23) und den Gegenabstützflächen (24, 25) bestimmt ist.

5. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß die Lagerteile Montageplatten (2, 3) sind, die im Bereich der Durchgangsöffnungen (8, 9) muldenförmig zur Lagermitte hin vertieft (6, 7) sind.

6. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß das Federelement eine Elastomerfeder, insbesondere Gummi feder (4) ist, mit in Querebenen zum Anschlagbolzen (12) und in ge genseitigen Abständen liegenden Zwischenblechen (5).

7. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß das Federelement (4) durch das Anschlagelement (11) vorge spannt ist.

8. Druckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens ein Abstützteil (14) auf den Anschlagbolzen (12) endseitig aufgeschraubt ist.