DE1966435B2

DE1966435B2 - Laminated metal/rubber spring

Info

Publication number: DE1966435B2
Application number: DE19691966435
Authority: DE
Original assignee: Ausscheidung aus: 19 59 298 Jörn, Raoul, Dipl.-Ing., 8992 Heng-
Priority date: 1969-11-26
Filing date: 1969-11-26
Publication date: 1976-07-22
Also published as: DE1966435A1

Abstract

Laminated spring is used in place of helical springs in train buffers, diesel locomotive torque supports etc., and comprises individual, pressure-loaded, rubber-metal spring plates. Each plate comprises a flat sheet of metal wtih vulcanised layers of rubber or rubber-type material of equal strength on both sides. A separating plane lies between the two spring plates with their rubber layers adjacent, exactly in the centre between the adhered sheets of metal. The rubber layers on one side have projections and on the others have corresponding cavities, so that the plates fit together. Pref. part of the elastic rubber portions are of a highly elastic rubber mixture and the rest is highly vaporisable rubber mixture, e.g. chlorobuty rubber, or highly evaporable plastics material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schichtfeder aus mehreren hintereinandergeschalteten, druckbeanspruchten Gummi-Metall-Federscheiben, deren einzelne Federscheibenelemente aus ebenen Blechen mit beidseitig festhaftend aufvulkanisierten Körpern aus Gummi oder gummiähnlichem Material gleicher Stärke bestehen, wobei die Trennebene zwischen zwei benachbarten, unmittelbar mit ihren Gummikörpern aufeinanderliegenden Federscheibenelementen genau in der Mitte zwischen den angehafteten Blechen liegt und die aufvulkanisierten Gummikörper der einzelnen Federscheiben konzentrisch zueinander liegende kreis- und kreisringförmige Querschnitte aufweisen oder als ovale Ringe ausgebildet sind.The invention relates to a layered spring composed of several pressure-loaded springs connected in series Rubber-metal spring washers, the individual spring washer elements of which are made from flat sheet metal vulcanized bodies made of rubber or rubber-like material of the same kind that are firmly adhered on both sides Strength exist, the parting line between two neighboring, directly with their rubber bodies spring washer elements lying on top of one another lies exactly in the middle between the adhered metal sheets and the vulcanized rubber bodies of the individual spring washers that are concentric to one another Have circular and circular cross-sections or are designed as oval rings.

Derartige Schichtfedern sind z. B. aus der DT-PS 8 87 666 bekannt. Die Gummischicht ist genau in der Mitte zwischen zwei Blechen geteilt, denn nur in dieser mittleren neutralen Faser findet beim Zusammendrücken keine horizontale Verschiebung der unmittelbar aufeinanderliegenden Gummischichten zueinander statt. Radial verlaufende Schubspannungen treten nur in der Symmetrieebene nicht auf. Diese bekannten Federscheibenelemente haben noch grundlegende Nachteile, die eine Verwendung für Stoßpuffer verhindert. Die aufvulkanisierten Schichten sind aus dem gleichen hochelastischen Material hergestellt. Sie weisen daher keine genügende Hysteresis auf und geben den größten Teil der aufgenommenen Stoßenergie mit starker Rückprallwirkung wieder ab. Für Waggonpuffer haben sich daher Ringelemente der bekannten Ausführungen als unbrauchbar erwiesen. Bei Elementen aus stark dämpfenden und daher nur wenig elastischen Kunstkautschuk- oder Kunststoff-Mischungen zeigt sich eine stark plastische Verformung, die sie nach kurzer Zeit unbrauchbar macht, wenn auch der Rückpralleffekt vermieden wird. Aber auch, wenn es bei den bekannten Ausführungen gelangt, die einzelnen parallel geschalteten Gummiteile einer Federscheibe aus Kautschuk-Mischungen verschiedener Elastizität bzw. verschiedener Dämpfung herzustellen, wie das allenfalls durch die DT-GMS 19 06 288 angeregt sein könnte, so hätten diese doch nicht den gewünschten Erfolg, weil das Fließverhalten bzw. das dynamische Verhalten der elastischen und unelastischen Mischungen sich sehr stark unterscheidet. Die stärker fließenden unelastischen Mischungen drücken sich schneller zusammen, als die elastischen und das Teil wird damit unbrauchbar.Such layer springs are z. B. from DT-PS 8 87 666 known. The rubber layer is exactly in that Middle divided between two sheets, because only in this middle neutral fiber takes place when pressed together no horizontal displacement of the rubber layers lying directly on top of one another instead of. Radial shear stresses do not occur only in the plane of symmetry. These known spring washer elements still have fundamental disadvantages that require a use for shock buffers prevented. The vulcanized layers are made of the same highly elastic material. They therefore do not have sufficient hysteresis and give most of the recorded Impact energy with a strong rebound effect is released again. Ring elements have therefore been used for wagon buffers the known designs proved to be unusable. With elements made of strong damping and therefore only slightly elastic synthetic rubber or plastic mixtures shows a strong plastic deformation, which makes them unusable after a short time, even if the rebound effect is avoided will. But even when it comes to the known designs, the individual connected in parallel Rubber parts of a spring washer made of rubber mixtures of different elasticity or different Establish damping, as could possibly be suggested by DT-GMS 19 06 288, this would not have the desired success because of the flow behavior or the dynamic behavior of elastic and inelastic mixtures is very different. The more flowing Inelastic mixtures compress faster than the elastic ones and the part becomes with it unusable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in Rede stehende Schichtfeder mit hoher Arbeitsaufnahme zu schaffen, die in der Lage ist, ohne Rückprallwirkung schnell in die Ausgangsstellung zurückzukehren; sie soll außerdem billig, einfach herstellbar und wartungsfrei sein.The invention is based on the object of providing a layered spring in question with a high level of work absorption to create that is able to quickly return to the starting position without rebounding; it should also be cheap, easy to manufacture and maintenance-free.

Die Erfindung sieht dazu eine Schichtfeder der anfangs beschriebenen Art vor und das Neue besteht darin, daß ein Teil der Gummikörper aus einer hochelastischen Gummimischung und der restliche Teil aus einer stark dämpfenden Gummimischung, vorzugsweise Chlor-Butyl-Kautschuk, oder einem stark dämpfenden Kautschuk hergestellt ist, wobei der restliche Teil der Gummikörper in unbelastetem Zustand über die Stirnfläche des einen Teils der Gummikörper hervorsteht. Bei dieser Ausführung werden unter Stoßbeanspruchungen die parallel geschalteten Ringe jeder Federscheibe mit der Stoßgeschwindigkeit des aufprallenden Fahrzeuges verformt. Eine sofortige schnelle Rückverformung findet jedoch nur bei dem elastischen Teil der Federscheiben statt, deren Rückstellkraft so bemessen ist, daß sie eine schnelle Rückstellung des Puffers in die Ausgangsstellung bewirkt. Der dämpfende, weniger elastische Teil der Federscheibe benötigt infolge seiner großen inneren Werkstoffreibung zur Rückverformung einen längeren Zeitraum, der mehrere Sekunden beiragen kann. Dies ist bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Federscheiben für Stoßpuffer oder Drehmomentstützen durchaus zulässig, da bei diesen Stoßbelastungen nicht in kurzen Intervallen hintereinander auftreten. Da der Ablauf der Rückverformung bei den dämpfenden Teilen der Federscheiben gegenüber den elastischen verzögert ist, heben sich die dämpfenden, unelastischen Teile der Federscheiben voneinander ab, und daher ist während der Rückstellung der gesamten Schichtfeder keine Rückstellkraft der dämpfenden Teile wirksam. Im Arbeitsdiagramm der gesamten Schichtfeder entsteht daher eine besonders große Hysteresisschleife, welche den hohen Arbeitsverzehr eines solchen Elementes veranschaulicht. Die erzielte Hysteresis ist infolge der Phasenverschiebung des Bewegungsablaufes beim stoßartigen Zusammendrücken der Gummiteile verschiedener Elastizität gröPer, als die Summe der von allen Gummiteilen einzeln geleisteten Hysteresisschleifen. Während als Material für den hochelastischen Teil elastische Kautschukmischungen verwendet werden, sind für den dämpfenden Teil Kunststoffe oder Kunstkautschukmischungen vorgesehen. Besonders hohe Dämpfung bei erträglicher Rückbildung der Fließverformung weist Chlor-Butyl-Kautschuk auf, aber auch Buna, Perbunan, Chlorkautschuk und ähnliche WerkstoffeFor this purpose, the invention provides a layer spring of the type described at the beginning, and what is new exists in that part of the rubber body is made of a highly elastic rubber compound and the remaining part made of a strongly damping rubber compound, preferably chlorine-butyl rubber, or a strong one Damping rubber is made, with the remaining part of the rubber body in an unloaded state protrudes over the end face of one part of the rubber body. In this version, Impact loads the parallel-connected rings of each spring washer with the impact speed of the deformed impacting vehicle. Immediate rapid recovery only takes place with that elastic part of the spring washers instead, the restoring force of which is so dimensioned that they have a quick return of the buffer in the starting position. The damping, less elastic part of the spring washer Due to its high internal material friction, it needs a longer time to recover Period of time that can be several seconds. This is when using spring washers according to the invention For shock buffers or torque brackets absolutely permissible, as these are shock loads do not occur at short intervals in succession. Since the process of recovery in the case of the damping Parts of the spring washers are delayed compared to the elastic ones, the damping, inelastic ones stand out Parts of the spring washers from each other, and therefore is during the return of the entire Layered spring no restoring force of the damping parts effective. In the working diagram of the whole Layered spring therefore creates a particularly large hysteresis loop, which causes the high consumption of work such an element illustrated. The hysteresis achieved is due to the phase shift in the sequence of movements when pressing together rubber parts of different elasticity greater than the sum of the hysteresis loops performed individually by all rubber parts. While as a material Elastic rubber compounds are used for the highly elastic part, are used for the damping Part plastics or synthetic rubber mixtures are provided. Particularly high damping if the flow deformation is tolerable, chlor-butyl-rubber shows, but also Buna, Perbunan, chlorinated rubber and similar materials

sind für das dämpfende Teil geeignet. Die oben beschriebene Wirkung ist aber nur deshalb möglich, weil der weniger elastische Gummikörper im unbelasteten Zustand über die Oberfläche des elastischen Gummikörpers hervorsteht. Da die weniger elastischen Körper eine starke Setzung unter dynamischer Belastung und auch ein starkes Kriechen unter statischer Dauerlast zeigen, während die hochelastischen Gummikörper fast ohne plastische Verformung bleiben, erreichen beide Körper der gleichen Federscheibe schou nach kurzer Betriebszeit die gleiche Ausgangshöhe. Fließen und Setzen haben nach einer Anzahl von Lastwechseln einen Endwert. Die bleibenden Verformungen durch Fließen und Setzen können 40 bis 50⁰O der elastischen Verformung betragen. Dies zeigt die Wichtigkeit cL;r erfinderischen Maßnahme, ohne die ein Parallelschalten von Gummielemcntcn verschiedener Elastizität zwecklos wäre.are suitable for the damping part. The above-described effect is only possible because the less elastic rubber body protrudes beyond the surface of the elastic rubber body in the unloaded state. Since the less elastic bodies show a strong settlement under dynamic load and also a strong creep under permanent static load, while the highly elastic rubber bodies remain almost without plastic deformation, both bodies of the same spring washer reach the same starting height after a short period of operation. Flow and settle have a final value after a number of load changes. The permanent deformations due to flow and setting can be 40 to 50 ⁰ O of the elastic deformation. This shows the importance of the inventive measure, without which a parallel connection of rubber elements of different elasticity would be pointless.

Schließlich \·Λ es nach der Erfindung vorgesehen, daß die Stirnfläche der Gummikörper zum Außenrand hin flach konisch ansteigt. Da die Spannungen druckbeanspruchter Gummikörper nicht gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche verteilt sind, sondern der Anpreßdruck nach außen hin bis auf den Wen Null abnimmt, treten am Rand Relativbewegungen zwischen den aufeinanderliegenden Gummikörpern auf, die zu Abrieb, Erwärmung und Zerstörung führen. Bei starken Verformungen ist sogar ein Auseinanderklaffen an der Trennstelle der Gummikörper zu beobachten. Durch den konischen Anstieg der Stirnflächen wird eine höhere Druckspannung zu den Rändern hin erzielt und damit jede Relativbewegung zwischen den Gummikörpern mit Sicherheit vermieden. Auch diese erfinderische Maßnahme ist für die Verwendungsmöglichkeit der beschriebenen Federscheibenelemente bei Stoßpuffern von großer Bedeutung.Finally \ · Λ is provided according to the invention that the end face of the rubber body increases toward flat conically towards the outer edge. Since the stresses of pressure-loaded rubber bodies are not evenly distributed over the entire cross-sectional area, but the contact pressure decreases towards the outside down to zero, relative movements occur at the edge between the rubber bodies lying on top of one another, which lead to abrasion, heating and destruction. In the case of severe deformations, a gap can even be observed at the separation point between the rubber bodies. Due to the conical rise of the end faces, a higher compressive stress towards the edges is achieved and thus any relative movement between the rubber bodies is avoided with certainty. This inventive measure is also of great importance for the possibility of using the spring washer elements described in shock buffers.

Die Abbildungen veranschaulichen die Erfindung an Ausführungsbeispielen, und zwar zeigtThe figures illustrate the invention using exemplary embodiments, namely shows

F i g. 1 eine Federscheibe mit einem ringförmigen und einem kreisförmigen Gummikörper im Axialschnitt, F i g. 1 a spring washer with an annular and a circular rubber body in axial section,

Fig. 2 eine Draufsicht zur Federscheibe nach Fig. 1,FIG. 2 is a plan view of the spring washer according to FIG. 1,

Fig? den Querschnitt durch einen einzelnen aufvulkanisierten ringförmigen Gummikörper im Axialschnitt, Fig? the cross-section through a single vulcanized annular rubber body in axial section,

F i g. 4 den Verlauf der Druckspannungen über den Querschnitt Fi g. 3,F i g. 4 shows the course of the compressive stresses over the cross section Fi g. 3,

F i g. 5 ein Kraft-Weg-Diagramm der Schichtfeder undF i g. 5 a force-displacement diagram of the layer spring and

F i g. 6 eine Schichtfeder, die aus einzelnen Federscheiben mit ringförmigen Gummikörpern zusammen gesetzt ist, in belastetem Zustand.F i g. 6 a layer spring, which is composed of individual spring washers with annular rubber bodies is set, in a loaded state.

Nach den Fig. 1 und 2 sind auf eine kreisförmige Blechscheibe 1 mit den für den Ausgleich des Gummis während des Vulkanisiervorganges vorgesehene!, Bohrungen 2, 9 die kreisringförmigen Gummikörper 3,4 mit der zur Zentrierung dienenden Ringnut 7 und der Ringwulst 8 und die kreisförmigen Gummikörper 5, 6 mit der Vertiefung 10 und dem Vorsprung 11 aufvulkanisiert. Die kreisförmigen Gummikörper S, 6 und die kreisringförmigen Gummikörper 3, 4 sind durch Ringspalte 12, 13, die bis zur Blechscheibe durchlaufen, voneinander getrennt. Die kreisförmigen Gummikörper 5, 6 sind aus einer unelastischen Kautschuk- oder Kunststoff-Mischung gefertigt und stehen über die kreisringförmigen Gummikörper 3, 4, die aus hochelastischem Kautschuk bestehen, in unbelastetem Zustand hervor. Bei mehrfacher Belastung tritt eine plastische Verformung der dämpfenden Gummikörper 5, 6 ein, bis ein Verformungsendzustand erreicht ist. Bei stärkerer Belastung kommen die Seitenwände der Gummiteile zur Anlage und die Spalte 12, 13 werden geschlossen. Die Gummikörper 5, 6 bilden dann mit den Gummikörpern 3, 4 einen Gummikörper mit geschlossenem Querschnitt.According to FIGS. 1 and 2 are on a circular sheet metal disc 1 with the for balancing the rubber Bores 2, 9 provided during the vulcanization process, the annular rubber bodies 3.4 with the centering ring groove 7 and the annular bead 8 and the circular Rubber body 5, 6 with the recess 10 and the projection 11 vulcanized. The circular Rubber body S, 6 and the annular rubber body 3, 4 are through annular gaps 12, 13, which up to Sheet metal disc pass through, separated from each other. The circular rubber body 5, 6 are made of an inelastic Made of rubber or plastic mixture and stand over the circular rubber body 3, 4, which are made of highly elastic rubber, emerge in an unloaded state. With multiple Under load, a plastic deformation of the damping rubber bodies 5, 6 occurs until a deformation end state is reached. When the load is greater, the side walls of the rubber parts come into contact and columns 12, 13 are closed. The rubber bodies 5, 6 then form with the rubber bodies 3, 4 a rubber body with a closed cross-section.

F i g. 3 zeigt den Querschnitt ringförmiger Körper 14, 15 mit den zentrierenden ringförmigen Vertiefungen 16 und Vorsprüngen 17 und den nach außen und innen flach konisch ansteigenden Stirnflächen 18, 19, die die Trennebenen zwischen zwei aufeinanderlegenden Federscheiben bilden. Durch die konische Ausbildung wird, wie F i g. 4 zeigt, statt der bei ebener Fläche auftretenden Druckverteilung 20 eine gleichmäßigere Verteilung 21 und eine bedeutendeF i g. 3 shows the cross section of annular bodies 14, 15 with the centering annular depressions 16 and projections 17 and the outwardly and inwardly flat conically rising end faces 18, 19, which form the parting lines between two spring washers placed one on top of the other. Due to the conical Training is, as F i g. 4 shows, instead of the pressure distribution 20 occurring with a flat surface, a more even distribution 21 and a significant one

3. Erhöhung der Druckspannungen an den Rändern erhielt. 3. Increase in compressive stresses received at the edges.

F i g. 5 stellt ein Kraft-Wcg-Diagramm einer erfindungsgemäßen Schichtfeder dar, deren Federscheiben aus parallel geschalteten elastische und gedämpften Körpern bestehen. Im Diagramm gibt die Ordinate P di" Größe der Federkraft, die Abszisse / die Größe des Federweges an. Die Kurve 0-22 ist das Kraft-Weg-Diagramm der elastischen, die Kurve 0-23 das der gedämpften Körper. Durch Addition der Kräfte bei gleichen Federwegen entsteht die resultierende Kurve 0-24. Unter dynamischer Belastung der gesamten Schichtfeder tritt die Federkennung 0-24 mit der Endlast im Punkt 24 auf. Bei der unmittelbar darauf folgenden Entlastung fällt die Kraft von 24 auf 22 ab, da die Rückbildung der dämpfenden und daher weniger elastischen Körper eine längere Zeit in Anspruch nimmt und die Rückstellkraft sich noch nicht auswirkt. Die elastischen Körper bilden sich auf dem Diagramm 22-0 schnell zurück, während die zurückbleibenden gedämpften Körper abheben und unwirksam sind. Das dynamische Diagramm der gesamten Schichtfeder hat bei Be- und Entlastung die Form 0-24-22-0. Die eingeschlossene Fläche stellt die in eine andere Energieform umgewandelte Stoßenergie dar.F i g. FIG. 5 shows a force / Wcg diagram of a layered spring according to the invention, the spring washers of which consist of elastic and damped bodies connected in parallel. In the diagram, the ordinate P di "indicates the size of the spring force, the abscissa / the size of the spring deflection. The curve 0-22 is the force-displacement diagram of the elastic, the curve 0-23 that of the damped body. By adding the forces with the same spring travel the resulting curve 0-24 is created. Under dynamic loading of the entire layer spring, the spring code 0-24 occurs with the final load at point 24. In the immediately following relief, the force drops from 24 to 22, as the regression of the damping and therefore less elastic body takes a longer time and the restoring force does not yet have an effect. The elastic bodies quickly regress on Diagram 22-0, while the remaining damped bodies lift off and are ineffective. The dynamic diagram of the entire layered spring has the form 0-24-22-0 for loading and unloading. The enclosed area represents the impact energy converted into another form of energy.

F i g. 6 zeigt zwei aufeinanderliegende Federscheiben in belastetem Zustand. Der volumbeständige Gummi wölbt sich seitlich heraus, die Spalte 12, 13 schließen sich.F i g. 6 shows two spring washers lying on top of one another in a loaded state. The volume-stable Rubber bulges out to the side, the gaps 12, 13 close.

Hierzu 1 Blau ZeichnungenFor this 1 blue drawings

Claims

Patent claims:

1. Layer spring made up of several one behind the other compression-loaded rubber-metal spring washers, their individual spring washer elements made of flat metal sheets with rubber bodies vulcanized onto both sides or rubber-like material of the same thickness, whereby the dividing line between two i » neighboring spring washer elements lying directly on top of one another with their rubber bodies lies exactly in the middle between the attached metal sheets and the vulcanized rubber body of the individual spring washers concentric to one another circular and circular ring-shaped Have cross-sections or are designed as oval rings, characterized in that that part of the rubber body (3, 4) consists of a highly elastic rubber mixture and the rest of the ao borrowed part (5, 6) made of a strongly damping rubber mixture, preferably chloi-butyl rubber, or a strong damping plastic is made, the remaining part of the Rubber body (5, 6) in the unloaded state as over the end face of one part of the rubber body (3,4) protrudes.

2. Layer spring according to claim 1, characterized in that the end face (18,19) of the Rubber body rise flat conically towards the outer edge.