DE2353868C3 - Kombinierte Gummi-Gasfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Gummifeder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart. Eine solche Feder ist durch die US-PS 31 60 407 bekannt. Hierbei weist die obere Stirnwand eine zentrale öffnung und nach außen vorstehende Flansche auf, die über ein glockenförmiges Bauteil die Lastträgerplatte abstützen. Der glockenförmige Bauteil bildet demgemäß eine Begrenzung der Druckkammer und stützt sich auf der stirnseitigen oberen Ringfläche des Hohlzylinders ab, sobald die Last die Stützwirkung des Innendrucks überschreitet. Der Hohlzylinder selbst ist zur Erhöhung der Elastizität mit ringförmigen Ausnehmungen versehen. Dieser Federaufbau ist kompliziert herzustellen und im wesentlichen nur für vertikale Belastungen geeignet, weil der Federaufbau nur eine sehr geringe Seitensteifigkeit besitzt. Im oberen Lastbereich besteht die Gefahr, daß die vom Hohlzylinder gebildete Gummifeder seitlich ausknickt, ohne einen wesentlichen Deformationswiderstand entgegenzusetzen, so daß beim Fehlen eines Innendrucks oder bei erhöhter Belastung, die die Abstützwirkung des Innendrucks überschreitet, ein Zusammenbrechen der Feder zu befürchten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Gummifeder zu schaffen, die bei einfacher Herstellbarkeit leicht den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann und statische und dynamische Belastungen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung günstig aufnehmen kann.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Dadurch, daß die Lastträgerplatte auf der verdickten oberen Stirnwand befestigt ist, wird erreicht, daß die Belastung von innen her auf die Wände des Gummizylinders übertragen wird, wobei die massiven Stirnwandabschnitte zwischen dem Auge und dem

ίο Zylinder infolge ihrer Deformation bereits eine Stützkraft liefern, die insbesondere auch in horizontaler Richtung wirksam ist, während im bekannten Fall die nach außen reichenden Flansche bei einer seitlichen Belastung oder bei einer Kippbelastung im wesentlichen keinen Widerstand entgegenzusetzen vermögen. Der nach der Erfindung vorgesehene Aufbau gewährleistet, daß ein definierter Anschlag für die Lastträgerplatte am Stirnende des Zylinders erhalten wird, wobei in dem unteren Lastbereich auch dann eine Federwirkung infolge der Deformation der Stirnwand erhalten wird, wenn der Innendruck dem Außendruck entspricht

Im oberen Lastbereich wird eine Federwirkung ebenfalls selbst dann bewirkt, wenn keine pneumatische Stützwirkung vorhanden ist, weil die Wände des Zylinders durch die Stützringe versteift sind und ein Ausknicken verhindert wird. Derartige Stützringe sind zwar bei einer Gummi-Federung für Kraftfahrzeuge bereits durch die DT-AS 10 06 275 bekanntgeworden. Hierbei sind in den Wandungen eines Gummihohlkörpers zur Versteifung Drähte eingebettet, die den Zweck haben, eine Verformung des Gummikörpers in einer vorbestimmten Richtung sicherzustellen. Diese Drähte sind schraubenförmig gewunden und in die Zonen des Gummikörpers eingebettet, die nicht zur Federung beitragen. Mit dem Problem der Ausknickung einer axial belasteten zylindrischen Gummihohlfeder haben diese bekannten Versteifungsdrähte nichts zu tun.

Es ist ferner durch die US-PS 20 37 033 bereits eine Gummifeder bekannt, bei der eine Stirnwand einer zylindrischen Gummihülse einen Mittelzapfen trägt, der seinerseits die Lastträgerplatte in Gestalt einer Kappe abstützt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Gasfeder mit zwei unterschiedlichen Lastbereichen, sondern die Federwirkung wird allein durch Deformation des Gummis bestimmt.

Demgegenüber wird durch die Erfindung eine pneumatische Gummifeder geschaffen, die durch Änderung des Innendrucks leicht den jeweils erforderlichen Verhältnissen angepaßt werden kann, so daß es möglich wird, mit ein und derselben Type und Größe einfach durch Änderung des Innendrucks weite Lastbereiche zu erfassen. Die Feder besitzt außerdem eine hohe Seitensteifigkeit und bietet einen Schutz gegen Kippbeanspruchungen. Sie wirkt sowohl als Vibrationsdämpfer zur Absorption und Dämpfung von mechanischen Schwingungen relativ hoher Frequenz. Sie wirkt aber auch als Stoßdämpfer zur Absorption relativ niedrigerer Frequenzen im Bereich von z. B. 3 Hz. Ferner bietet die erfindungsgemäße Feder einen hohen Sicherheitsfaktor bei Ausfall des Innendrucks, weil dann infolge der alleinigen elastischen Deformation eine zuverlässige Notabstützung auch schwerer Lasten gewährleistet wird, weil ein Zusammenbrechen und Ausknicken nicht zu befürchten ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der

Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten kombinierten Gummi-Gasfeder im nichtdeformierten Zustand (Innendruck — Belastungsdruck),

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Abschnittsansicht, wobei der Innendruck so weit erhöht ist, daß er den Belastungsdruck Oberschreitet,

F i g. 3 eine der F i g. 1 und 2 entsprechende Schnittansicht der erfindungsgemäßen Feder mit einer Belastung im oberen Lastbereich.

Die in F i g. 1 dargestellte kombinierte Gummi-Gasfeder besteht aus einem Gummihohlzylinder 2, dessen Innenraum durch zwei Stirnwände 4 und 6 abgeschlossen ist und eine abgedichtete Luftkammer 7 bildet Die untere Stirnwand 4 besteht aus einer steifen Platte, vorzugsweise aus Stahl, die an dem Block beispielsweise durch chemische Verbindung mittels eines Klebemittels befestigt ist, das in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet ist Die starre Platte 4 erstreckt sich über den äußeren Umfang des Zylinders, so daß ein Flansch 10 mit Löchern 12 gebildet wird. Die obere Stirnwand 6 ist einstückig mit dem Block oder unabhängig von diesem hergestellt Vorzugsweise sind jedoch Stirnwand 6 und Block 2 als Einheit geformt.

Die Stirnwand 6 ist mit einem zentralen Auge 14 an der äußeren Oberfläche vorgesehen, welches einen zentralen Hohlraum 16 umschließt. Am Auge ist eine Lastträgerplatte 18 mit einem Ringabschn.tt 20 abgestützt, der die benachbarte Oberfläche des Auges überdeckt und einen Hülsenansatz 22 trägt, der den Hohlraum 16 ausfüllt. Die sich berührenden Oberflächen von Trägerplatte 18 und Auge 14 sind durch Verklebung miteinander verbunden. Der Fortsatz 18 ist mit einem Gewindesackloch 24 versehen.

Der Mantel des Hohlzylinders 2 ist gegen radiale Ausdehnung durch mehrere im Abstand zueinander angeordnete Versteifungsringe 26 verstärkt, die vorzugsweise aus Stahl bestehen, aber auch aus anderem Werkstoff mit hoher Zugfestigkeit, z. B. einer Aluminiumlegierung, bestehen können. Die Ringe dienen dazu, ein übermäßiges Aufweiten unter Luftdruck zu vermeiden, und außerdem verbessern sie die horizontale Stabilität, wodurch sich eine Verbesserung der statischen Last-Deformationscharakteristik ergibt, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Die Ringe 26 sind vorgeformt, und vorzugsweise wird der Zylinder 2, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, an den. Ringen angeformt, wobei die Ringe teilweise in der äußeren Oberfläche 28 eingebettet und mit dieser verbunden sind. Statt dessen kann der Block auch in der Weise hergestellt werden, daß die Ringe völlig in dem Block eingebettet sind. Eine weitere Alternative ergibt sich mit Ringen 26, die über den Zylinder gestreift werden, nachdem der letztere ausgeformt ist und indem diese Ringe durch chemische Verbindung an Ort und Stelle verankert werden. In jedem Fall sind die Ringe so im Abstand zueinander angeordnet, daß der Block nur in Bereichen verstärkt wird, die im Abstand zueiander liegen, so daß eine axiale elastische Deformation des Zylinders nicht verhindert wird. Der am weitesten oben liegende Ring liegt in einer Ebene, die sich durch die Stirnwand 6 erstreckt, und er liegt vorzugsweise dichter der äußeren Oberfläche 32 jener Wand an, wie dies dargestellt ist, so daß zusätzlich die horizontale Steifheit und Stabilität für das obere Ende vergrößert wird.

Ein Ventil 34 ist in ein Seitenloch 36 des Zylinders 2 eingebaut, und sein inneres Ende besitzt einen Flansch 38, der die innere Oberfläche 40 des Zylinders berührt, so daß ein Herausziehen verhindert ist Das Ventil ist mit dem Block mittels eines geeigneten Klebemittels 42 verbunden. Das äußere Ende des Ventils ist mit einer Schraubkappe 44 versehen.

Die in F i g. 1 dargestellte Feder kann als zweistufig angesehen werden. Sie umfaßt eine primäre pneumatische Federstufe und eine zweite elastomere Federstufe, die auch als Puffer wirkt Die Stirnwand 6 wirkt als flexible und verstellbare Membran, die durch die Luftsäule innerhalb der Kammer 7 getragen wird, und die Membran und die Luftsäule wirken in der Weise zusammen, daß eine pneumatische Feder gebildet wird, die dynamisch einen getragenen Aufbau, z. B. eine Maschine, von einem Trägeraufbau isoliert oder umgekehrt Die zweite Stufe umfaßt den Zylinder 2, der elastisch deformierbar und demgenäß in der Lage ist Vibrationen und Stöße zu dämpfen.

Die Stirnwand 6 ist in der Lage, als Membran bzw. als Platte zu wirken, weil sie aus elastomerem Material besteht, das sich ausdehnen und soweit als erforderlich biegen und von der Zylinderwand wegbewegen kann. Obgleich im wesentlichen die gesamte Stirnwand 6 als Membran betrachtet werden kann, da im wesentlichen die gesamte Wand gebogen wird und auf die Luftsäule wirkt, ist es auch möglich, diesen Teil als (1) Membranabrchnitt zu betrachten, der aus dem ringförmigen Abschnitt besteht, der in F i g. 1 durch die Linien 46 und 47 charakterisiert ist, und (2) einen relativ steifen Kolbenabschnitt, bestehend aus dem mittleren kreisförmigen Abschnitt, der durch die Linie 47 umschlossen ist, wobei der Kolben zur Verbindung mit ein oder zwei Teiler, geeignet ist die geschützt werden sollen, und die meiste elastische Verzerrung, die bei der Verbiegung der Wand auftritt wird im wesentlichen innerhalb des ringförmigen Membranabschnitts zu erwarten sein.

Die elastomere Natur der Stirnwand 6 ergibt sich ohne weiteres durch einen Vergleich der F i g. 1 mit den Fig.2 und 3. In Fig. 1 ist die Feder ohne Belastung dargestellt, wobei der Luftdruck innerhalb der Kammer 7 gleich dem äußeren Luftdruck ist Unter diesen Umständen ist die Stirnwand 6 in ihrem Ruhezustand unverzerrt. F i g. 2 zeigt die Gestalt, die die gleiche Feder einnimmt, wenn sie von innen her unter Druck gesetzt wird, ohne daß irgendeine äußere Belastung aufgebracht ist, so daß der Innendruck beträchtlich den Außendruck übersteigt. Hierbei wird die Stirnwand 6 gestreckt und von der Stirnwand 4 weggebogen.

F i g. 3 zeigt die Verformung der Stirnwand 6 nach innen, wenn die Feder mechanisch belastet wird und atmosphärischer Druck innerhalb der Kammer 7 herrscht.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, kann eine Grundplatte 50 an der Lastträgerplatte 18 mittels eines Bolzens 52 festgelegt sein. Die Kammer 7 wird derart unter Druck gesetzt, daß die statische Belastung des abzustützenden Gegenstandes ausgeglichen wird und die Feder keinerlei Deformationen erleidet, d. h., die Stirnwand 6 ist im wesentlichen eben und die Höhe der Platte 18, gemessen vom Flansch 10, ist die gleiche wie bei unbelastetem Stoßdämpfer, wenn der Innenluftdruck gleich dem äußeren Luftdruck ist. Diese Lastausgleichsbedingung wird als »Nennlast«-Bedingung bezeichnet.
W»nn der Stoßdämpfer mit Nennlast belastet ist.

dann zeigt die luftgetragene Wand 6 keine Durchbiegung (Zustand gemäß Fig. 1). Der größte Teil der Kompressivbelastung wird durch die pneumatische Feder getragen, während der Rest von dem Zylinder 2

aufgenommen wird.

Unter der Annahme, daß die aufgebrachte Belastung innerhalb des Lastbereiches liegt, für den die Feder ausgelegt ist, und die Kammer 7 unter einem Druck steht, der für Nennlast erforderlich ist, isolieren Stirnwand 6 und die Lufttragsäule dynamisch den getragenen Gegenstand vom Grundaufbau.

Wenn die aufgebrachte Last den Nennlastbereich überschreitet oder wenn der Luftdruck in der Kammer 7 wesentlich unter jenen Luftdruck absinkt, der für eine Nennlast erforderlich ist, dann wird die Membran nach unten in den Zylinder 2 verformt. Diese Verformung führt nicht nur zu einer elastischen Verzerrung der Stirnwand 6, sondern es wird auch ein sich vergrößernder Zug durch jene Wand auf das obere Ende des Zylinders 2 ausgeübt, mit der Folge, daß letzterer einen zunehmenden Anteil der Last aufnimmt. Wenn sich die Verformung so weit fortsetzt, daß das obere Ende des Blockes berührt wird, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, wo die Platte 50 der getragenen Anordnung in Berührung mit dem oberen Ende des Zylinders 2 steht, dann wird die Last im wesentlichen ganz durch den Zylinder getragen, der axial zusammengepreßt und radial in einem Ausmaß expandiert wird, das durch die Steifigkeit des Zylinders und die aufgebrachte Last bestimmt wird.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zufriedenstellend unterschiedliche Lasten innerhalb eines vorbestimmten Lastbereiches abgestützt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß unterschiedliehe Luftdrücke für unterschiedliche Lasten benutzt werden.

Die horizontale Steifigkeit der Feder gegenüber Verformungen wird in erster Linie durch die horizontale Steifheit der Stirnwand 6 bestimmt, wenn die Last durch die Luftfeder getragen wird, und in erster Linie durch die horizontale Steifigkeit des Zylinders 2, wenn die Last primär durch den Block getragen wird.

Es ist offensichtlich, daß die horizontale und vertikale Steifheit des Blocks 2 durch seine Zusammensetzung (Härte), Gestalt und Abmessung sowie die Ringe 26 bestimmt wird. Die horizontale und vertikale Steifheit der pneumatischen Feder wird durch die Zusammensetzung, Gestalt und die relativen Abmessungen von Stirnwand 6 und durch den Druck bestimmt, der durch die tragende Luftsäule ausgeübt wird.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Feder mit horizontaler und vertikaler Steifheit so hergestellt werden kann, daß sie relativ geringe Horizontal- und Vertikal-Eigenfrequenzen besitzt, unabhängig davon, ob die Last primär durch die Stirnwand 6 und die Luftsäule oder primär durch den elastomeren Zylinder getragen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder so ausgelegt, daß innerhalb des Arbeitshubbereiches der Membran das Verhältnis der vertikalen Eigenfrequenz zur horizontalen Eigenfrequenz etwa 1 :1 beträgt, wobei die beiden Frequenzen bei etwa 3 Hz liegen. Wenn der Arbeitshubbereich der Membran überschritten wird, dann besitzt die Feder ein Verhältnis von Vertikaleigenfrequenzen zu Horizontaleigenfrequenzen von etwa 2:1, wobei die Vertikalfrequenz etwa ! 2 Hz nicht überschreitet. Der Arbeitshubbereich wird als das Zweifache der Höhe der oberen Oberfläche der Platte 18 über den Umfangsabschnitt der Stirnwand 6 angesehen, da bei der gewöhnlichen Installation das größte Ausmaß, in dem die Platte 18 aus ihrer Nennlaststellung nach unten verformt werden kann, jener Punkt ist, wo das getragene Aggregat auf den Umfangsabschnitt der Stirnwand 6 aufsetzt.

Durch die Anordnung der Ringe 26 wird der Vorteil erlangt, daß die Lastauslenkcharakteristik des Zylinders 2 verbessert wird. Ohne die Ringe 26 wird der Zylinder 2 einer Ausbauchwirkung unterworfen, wenn die axiale Belastung vergrößert wird. Wenn jedoch Ringe 26 vorgesehen werden, wird diese Ausbauchwirkung verhindert und der Zylinder verformt sich linear mil ansteigender Axialbelastung.

Der Zylinder 2 arbeitet als Anschlagpuffer, um eir totales Zusammenfallen der pneumatischen Feder zt verhindern, wenn die pneumatische Feder überlastet wird oder die Kammer 7 Luftdruck verliert Solange die Last nicht den Zylinder 2 berührt hat, wirkt die Feder primär als Vibrationsdämpfer. Wenn die Last voll durch den Zylinder 2 getragen wird, arbeitet die Anordnung sowohl als Vibrationsdämpfer als auch als Stoßdämpfer.

Die Platte 18 kann, falls keine verbreiterte Grundplatte 50 vorgesehen ist, seitlich, wie durch die strichlierter Linien 60 dargestellt (F i g. 1), verbreitert werden, und es können Löcher 62 vorgesehen werden, um niehl dargestellte Bolzen aufzunehmen, die die abzustützende Einrichtung an der Platte befestigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kombinierte Gummi-Gasfeder, bestehend aus einem abgedichteten Gummi-Hohlzylinder, an dessen oberer Stirnwand eine Lastträgerplatte befestigt ist, die in einem ersten unteren Lastbereich durch den Gasdruck unter elastischer Deformation der oberen Stirnwand in einem axialen Abstand von der Endfläche des Hohlzylinders gehalten ist und in einem zweiten oberen Lastbereich unter elastischer Deformation des Zylindermantels auf der Zylinderendfläche aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die obere den Innenraum (7) abdichtende Stirnwand (6) ein zentrales nach oben vorstehendes Auge (14) aufweist, das mit der Lastträgerplatte (18) verbunden ist, und daß der Mantel (28) des Hohlzylinders (2) von mehreren im axialen Abstand angeordneten starren Ringen (26) umschlossen ist.

2. Gummi-Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auge (14) einen zentralen Hohlraum (16) aufweist, in den ein Ansatz (22) der Lastträgerplatte (18) eingreift, und daß dieser Ansatz (22) ein Gewindeloch (24) besitzt

3. Gummi-Gasfeder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastträgerplatte (18) als Scheibe ausgebildet ist und den gleichen Durchmesser hat wie das Auge (14), und daß über einen Bolzen (52) eine seitlich ausladende Grundplatte (50) auf der Trägerplatte (18) verspannt ist.

4. Gummi-Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastträgerplatte (18) selbst nach außen über den Umfang des Zylindermantels (28) vorsteht

5. Gummi-Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Versteifungsring (26) in einer Ebene liegt, die durch die obere Stirnwand (6) verläuft.