DE2319425A1

DE2319425A1 - Gummifeder

Info

Publication number: DE2319425A1
Application number: DE2319425A
Authority: DE
Inventors: Reginald Harrison; Michael John Smedley; Bernard Ridge Wing
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-17
Publication date: 1973-10-31
Also published as: AU5448173A; AU469387B2; IT986976B; US3920231A; GB1429308A

Description

Dr. F. Zumstefn sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberuer - DIpL-P^yp. R. HoFzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 22534t TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÜNCHEN 2.

Case PY.5146 3/By.

DUNLOP LIMITED, St.James's, London, England

Gummifeder

Die Erfindung betrifft eine Gummifeder, die insbesondere bei Fahrzeugaufhängungen verwandt werden kann.

Die erfindungsgemässe Gummifeder weist wenigstens ein ringförmiges elastisches Gummiteil, das zwischen ein Paar metallische Endplatten einvulkanisiert ist, um eine mittlere geschlossene Kammer zu bilden, und ein nahezu unelastisches Fluid auf, das diese Kammer füllt, wobei der Druck des Fluides beim Zusammendrücken oder Ausdehnen der Feder auf das ringförmige Gummiteil einwirkt, um den Widerstand der Feder gegenüber einem Zusammendrücken und Ausdehnen zu verändern.

Die Feder kann einige Gummiteile, die in einem Stapel zwischen die Endplatten einvulkanisiert sind, und ringförmige metalli-

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sche Zwischenlagen aufweisen, die zwischen die angrenzenden Gummiteile einvulkanisiert sind. In diesem Falle ist jede Zwischenplatte ringförmig, um eine gemeinsame Kammer für das Fluid zu bilden.

Das Fluid wird vorzugsweise mit Hilfe eines verschliessbaren Einlasses in einer Endplatte in die Feder eingeleitet und. kann unter atmosphärischem Druck, unter einem Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes oder unterhalb des atmosphärischen Druckes stehen, was von den erforderlichen Eigenschaften der Feder, nämlich der Einpasslänge und der Federkonstante bei einer Kompression oder Dehnung und einer Scherung abhängt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Schienenfährzeugaufhängung, die wenigstens zwei Gummifedern der oben beschriebenen Art aufweist, die jedes Achsengehäuse des Fahrzeuges vom Fahrgestell des Fahrzeuges aus halten, wobei jede Feder mit einer Neigung nach unten bezüglich der horizontalen Ebene angeordnet ist und zum Tragen des Gewichtes der Fahrzeugfederung geschert und komprimiert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Aufhängung werden zum Halten des Achsengehäuses vier Federn der oben genannten Art verwandt, zwei für jede Federeinheit, und sind dazvd-schenliegende Anschläge vorgesehen, die am Achsengehäuse befestigt sind, wodurch alle vier Federn im unbeladenen Zustand des Fahrzeugs durchgebogen werden und eine weitere Beladung eine Ineingriffnähme des zwischenliegenden. Anschlags mit den Federn zwischen den Federn jeder Einheit verursacht und die zusätzliche Belastung eine Durchbiegung nur des äusseren Federpaares jeder Aufhängungseinheit bewirkt, so dass im Verlauf der Kennlinie der Federkonstante der Aufhängung eine Stufe erhalten wird. -

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Um die erforderliche Fahrhöhe des Fahrzeuges zu liefern, wird das Fluid vorzugsweise in die Federn eingeleitet und werden die Einlasse dann geschlossen. Es kann eine einstellbare Kolbeneinrichtung vorgesehen sein, um eine spätere Einstellung der Fahrhöhe zu ermöglichen, um Änderungen des Eigengewichtes und ein Setzen der Feder auszugleichen.

Im Inneren der mittleren Kammer der Feder kann ein innerer Widerstandskörper vorgesehen sein. Der Widerstandskörper ist an einer Endplatte oder einer der Zwischenplatten angebracht und liefert einen Widerstand gegenüber der Fluidströmung in der Kammer, der als Dämpfung für die Bewegung der Feder wirkt. Der Widerstandskörper kann so angeordnet sein, dass er verschiedene Y/iderstandswerte gegenüber der Fluidströmung in verschiedenen Richtungen liefert und damit beispielsweise der Scherverformung der Feder in unterschiedliche Richtungen in unterschiedlichem Ausmass Widerstand geleistet werden kann. Der Widerstandskörper kann mit Löchern oder öffnungen versehen sein, um eine Strömung des Fluides dadurch zusätzlich zur Strömung um den Widerstandskörper herum zu ermöglichen,und es können Einwegventile in den Löchern enthalten sein, um verschiedene Dämpfungsfaktoren bei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen zu liefern.

Im folgenden werden beispielsweise bevorzugte Ausführungsfor- nen der Erfindung'anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert;

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsforrn einer erfindungsgemässen Gummifeder.

Fig. 2 zeigt die Kennlinien der in Figur 1 dargestellten Feder.

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Fig. 3 zeigt die Seitenansicht einer Schienen- - fahrzeugaufhängung,, in einer Hälfte im ' unbeladenen Zustand und in der anderen ' Hälfte im voll beladenen Zustand.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Aufhängung in Figur 3.

Fig. 5 ist eine Endansicht auf V-V in Figur 3.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer in Figur dargestellten Federeinheit.

Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Federeinheit. ..

Fig. 8 zeigt die Kennlinien einer Fahrzeugaufhängung gemäss Figur 3 bis 8.

Gemäss Figur 1 weist eine Feder■zwei parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnete Stahlendplatten 1 und 2 sowie eine Reihe ringförmiger Gummiteile 3 auf, die zwischen den Endplatten 1 und 2 gestapelt sind. Zwischen angrenzenden Gummiteilen sind Zwischenplatten 4 angeordnet, die im Grundriss ringförmig und aus einer Stahlplatte gebildet sind. Die Gummiteile 3 sind an die Zwischenplatten 4 und an die Endplatten 1 und 2 vulkanisiert, so dass ein mittlerer geschlos- ■ sener Kammerhohlraum 5 in der Feder gebildet ist.

Die mittlere Kammer 5 ist mit einem Gemisch aus Alkohol und Wasser mit Hilfe einer Öffnung 6 gefüllt, die in einer mit der Kammer 5 in Verbindung stehenden Endplatte 1 vorgesehen und durch einen nicht dargestellten Stöpsel verschlossen ist.

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Die ringförmigen Gummiteile 3 und die ringförmigen Zv/ischenplatten 4 können im Grundriss kreisförmig oder rechteckig sein. Weiterhin können die Platten 1, 2 und 4 eben oder gebogen sein, um eine Feder zu bilden, die als Chevronfeder bekannt ist..

Die Kennlinien der Feder sind in Figur 2 dargestellt, in der die Federkonstante gegenüber der Federverformung für die Scherverformung (Kurve A) und die Kompressionsverformung (Kurve B) aufgetragen ist. Kurve C zeigt zum Vergleich die Kurve der Kompressionsverformung einer Feder ohne die Fluidfüllung. Die Scherkennlinie A bleibt gleich, gleichgültig ob sich ein Fluid in der Kammer 5 befindet oder nicht, wohingegen die Kompressionskennlinie sich infolge der Druckänderung im Fluid, das nach aussen auf die ringförmigen Gummiteile 3 wirkt, ändert und die Federkonstante mit der Verformung stärker ansteigt als in dem Fall, in dem sich in der Feder kein Fluid befindet. Das Fluid hat ebenfalls einen Einfluss auf die Federkonstante_r wenn die Feder einer Dehnung ausgesetzt wird (nicht dargestellt).

Weiterhin ermöglicht die Einstellung des Fluidvolumens, beispielsweise dadurch, dass das Fluid mit einem Druck beaufschlagt wird oder unter einem Vakuum eingefüllt wird, die Einstellung der freien Länge der Feder.

Das Vorhandensein des Fluides ermöglicht es, die Federkonstante bei der Scherung kleiner zu machen, als es sonst bei einer gegebenen Federkonstante für die Kompression der Fall wäre.

In den Figuren 3, 4 und 5 ist eine Anwendung der Federn der oben beschriebenen Art auf eine Schienenfahrzeugaufhängung dargestellt.

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Ein Rad 7 wird von einer Achse getragen, die in den Lagern eines Achsengehäuses 8 läuft. Das Achsengehäuse wird vom Fahrzeugfahrgestell 9 mit Hilfe von zwei F_edersätzen 10, 11 getragen, die in einer Ebene parallel zur Mittelebene in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind, wobei jeder Satz an einem Ende an einer Seite des Achsengehäuses und'am anderen Ende an einer geneigten Auflageplatte 9a anliegt.

Jeder Federsatz weist zwei Federn 12 und 13 auf, von denen jede von der oben beschriebenen Art ist, die endweise durch einen Distanzblock miteinander verbunden sind, so dass sie bei einem Teil ihrer Verformungsbewegung in Reihe wirken. Die Federsätze 10 und 11 sind nach unten zum Achsengehäuse¹ geneigt, so dass das Gewicht des Fahrzeuges die Federsätze 10 und 11 gleichzeitig unter eine Scher- und Kompressionsbe- lastung setzt. ■ ··

Der Distanzblock 14 des Federsatzes 10 ist starr mit dem Distanzblock 14 des Federsatzes 11 mit Hilfe eines Paares paralleler gebogener Platten 15 und 16 verbunden, die an einer Seite der Federn angebracht sind und sich nach oben wölben, um einen Spielraum für das Achsengehäuse zu liefern.

Das Achsengehäuse 8 weist zwei vorspringende Arme 17, 18 auf, die vom unteren Abschnitt des Achsengehäuses in Längsrichtung des Fahrzeuges vorragen,und ist mit Auflagern 19, 20 versehen, die sich etwa 2,5 cm unterhalb des Distanzblockes 14 befinden, wenn das Fahrzeug unbelastet ist. Die Auflager 19 und 20 und die Distanzblöcke bilden zwischenliegende Anschläge, deren Funktionsweise später beschrieben wird.

Ein sich nach oben erstreckender Arm 21 (siehe Figuren 3, 4 und 5) ist am oberen Abschnitt des Achsengehäuses 8 ausgebildet und ein Paar Gummipuffer 22 sind an einer Seite des

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nach oben verlaufenden Armes 21 vorgesehen, wie es in Figur 5 dargestellt ist, wodurch ein Raum von etwa 25 mm für eine Querbewegung des nach oben verlaufenden Armes 21 in einer Richtung quer zur Mittellinie des Fahrzeuges gelassen ist.

In den Figuren 6 und 7 ist ein Federsatz 10, 11 im einzelnen dargestellt. Die Feder 12 weist eine mittlere Kammer 12A und die Feder 13 eine mittlere Kammer 13A auf. Die Kammern sind mit getrennten Fluideinlassöffnungen 17 und 18 verbunden. Jede Öffnung ist mit einem Kolben 19 versehen, der eine Dichtung 20 trägt, die mit Hilfe eines Schraubengewindes bewegbar ist, so dass das Fluid in die Kammer der Feder gefördert werden kann. Der Distanzblock 14 bildet eine Endplatte für jede der Federn 12 und 13 und es sind Widerstandskörper 32 vorgesehen, die sich vom Distanzblock 14 in die Kammer 12A und 13A jeder Feder erstrecken. Die Widerstandskörper sind im allgemeinen im Querschnitt kreuzförmig und liefern einen Widerstand gegenüber der Fluidströmung in jeder Kammer.

Während des Betriebes im unbelasteten Zustand oder im Zustand des Eigengewichtes werden die Kolben durch Betätigung der Schrauben 31 eingestellt, bis die erforderliche Fahrzeugfahrhöhe erreicht ist. Diese ist so festgelegt, dass ein Spielraum von etwa 25 mm zwischen den Distanzblöcken 14 und den Auflagern 19, 20 auf den Armen 17 und 18 besteht.

Das Fahrzeug wird dann an allen vier Federn jedes Achsengehäuses im unbelasteten Zustand aufgehängt. Wenn das Fahrzeug weiter beladen wird, arbeiten die zwischenliegenden Anschläge so, dass die Distanzblöcke 14 mit den Auflagern 19 und 20 in Berührung kommen. Dann ist das Fahrzeug nur durch die äusseren Federn 13 aufgehängt, wobei die Federkonstante dann grosser · als in unbelastetem Zustand ist.

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Die Widerstandskörper 32 haben die Wirkung, dass sie der Fluidströmung der Kammern 12A, 13A Widerstand leisten und damit die Scherverformung der Federn in sämtliche Richtungen dämpfen.

Der nach oben verlaufende Arm 21 und die Gummipuffer 22 schränken die Querbewegung der Achse des Fahrzeuges dadurch ein, dass die Puffer 22 an den Seitenrahmen 9 zum Anliegen kommen.

Im folgenden wird ein typischer Einbau dargestellt, der für einen starren vierrädrigen Wagen für eine flüssige Last geeignet ist.

Gesamtgewicht des Fahrzeugs 50 to beladen

HubSchwingungsfrequenz

Änderung der Höhe Querschwingungsfrequenz Längselastizität

15 to leer

2,4 Hz leer und beladen

63,5 mm leer zu beladen 1,0 Hz leer und beladen

0,2 bis 0,4 to pro mm leer

Figur 8 zeigt die Lastverformungskennlinieh für diesen Einbau (die unterbrochenen Linien zeigen die Kennlinien für die Feder allein). \

Danach liefert das Aufhängungssystem zweifache Federkonstanten, eine Höheneinstellung und eine vollständige Dämpfung. Die Widerstandskörper können verschiedene Flächen aufweisen oder mit Übertragungslöehern oder Öffnungen versehen sein, um eine Dämpfung zu liefern, die für die Bewegung der Feder in verschiedene Richtungen unterschiedlich ist. '

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In Abhängigkeit vom Grad der erforderlichen Dämpfung und den Arbeitsbedingungen, insbesondere im Hinblick auf die Temperatur, können andere Fluide als ein Alkohol-Wasser-Gemisch verwandt werden.

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Claims

P. a te η t an s ρ r U c h e

.) Gummifeder mit wenigstens einem Gummiteil,' das zwischen
ein Paar starrer metallischer Endplatten einvulkanisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gummiteil (3) ringförmig ist, um eine geschlossene Kammer (5) zu bilden,und dass ein nahezu unelastisches Fluid diese Kammer (5) füllt, wodurch der Druck des Fluides bei einer Kompression oder Dehnung der Feder auf das ringförmige Gurnmiteil (3) einwirkt, um den Widerstand gegenüber der Kompression und
Dehnung der Feder zu verändern. ■
2. Gummifeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einige Gummiteile 0) zwischen Endpiatten (1, 2) einvulkanisiert sind, um einen Stapel zu bilden,und ringförmige
Zwischenplatten (4) aufweisen, die zwischen angrenzende
Gummiteile (3) vulkanisiert sind.
3. Gummifeder .nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüideinlass (6) in einer Endplatte vorgesehen ist.
4. Gummifeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (6) einen Fluidzylinder, der einen Kolben (19) enthält, mit der geschlossenen Kammer verbindet, wodurch die Bewegung des Kolbens (19) eine Änderung des Volumens des Fluides in der Feder bewirkt.
5. Gummifeder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Kammer eine Dämpfeinrichtung (32) befindet.

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6. Gummifeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung einen Widerstandskörper (32) umfasst, um der Fluidbewegung in der Kammer Widerstand zu leisten.
7. Gummifeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandskörper 32 wenigstens zwei Öffnungen mit unterschiedlicher Fläche aufweist, von denen jede ein Einwegventil enthält, so dass das Fluid nur in eine Richtung strömen kann, wodurch die Dämpfung in unterschiedlichen Richtungen gesteuert werden kann.
8. Gummifeder nach Anspruch 6 oder 7_S dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandskörper 32 an einer Endplatte befestigt ist.
9. Gummifeder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandskörper (32) an einer Zwischenplatte befestigt ist.
10. Schienenfahrzeugaufhängung mit wenigstens zwei Gummifedern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummifedern jedes Achsgehäuse (8) des Fahrzeuges vom Fahrgestell (9) des Fahrzeuges tragen, wobei jede Feder zur horizontalen Ebene nach unten geneigt angeordnet ist, so dass sie zum Halten des Gewichtes der Fahrzeugfederung sowohl einer Scherung als auch einer Kompression unterworfen ist.
11. Schienenfahrzeugaufhängung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vier Gummifedern (12, 13) vorgesehen sind, um das Achsgehäuse (8) zu tragen, wobei die Federn paarweise verbunden sind, so dass die Federpaare (12, 13) in Reihe wirken, und dass zwischenliegende Anschläge (19, 20) an dem Achsgehäuse angebracht sind, um mit der Verbindung (14) zwischen den Federn (12, 13) zum Anliegen zu kommen,

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wodurch sämtliche vier Federn im unbelasteten Zustand des Fahrzeuges verformt werden und die Belastung des Fahrzeuges eine Ineingriffnähme der zwischenliegenden Anschläge (19, 20) mit der Verbindung (14) zwischen den Federn bewirkt und eine v/eitere Belastung nur eine Verformung der äusseren Federn (13) jedes Paares hervorruft, so dass im Verlauf der Kennlinie der Federkonstante der Aufhängung eine Stufe erhalten wird.
12. Schienenfahrzeugaufhängung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (12, 13) jedes Federpaares unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
13. Schienenfahrzeugaufhängung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen zwischen jedem Federpaar (12, 13) durch ein starres Glied (15) miteinander verbunden sind.
14. Schienenfahrzeugaufhängung nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13,. dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidvolumen in der Kammer (12A, 12B) variiert wird, um die statische Fahrhöhe des Fahrzeuges zu korrigieren.

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