DE2757892B2 - Spring membrane - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Federmembrane mit Federzungen und zusätzlichen Ausnehmungen in den Federzungenwurzeln.The invention relates to a spring membrane with spring tongues and additional recesses in the Spring tongue roots.
Federmembranen sind im unbelasteten Zustand, je nach der gewünschten Federcharakteristik, eben bzw. mehr oder weniger steil konisch aufgestellt Dabei bildet die von den Federzungen freie Randzone in Gestalt eines Federrings das eigentliche Federelement, von dem die Federzungen je nach dem Anwendungsfall nach innen und/oder außen hin vorstehen. Diese Federzungen dienen zur Lagerung der Membrane und/oder insbesondere zur Kraftübertragung, indem sie als den Federweg verlängernde Hebel unter entsprechender Verminderung der Federkraft wirken.In the unloaded state, spring diaphragms are flat or flat, depending on the desired spring characteristics. set up more or less steeply conically a spring ring is the actual spring element, of which the spring tongues depending on the application protrude inside and / or outside. These spring tongues are used to support the membrane and / or in particular for power transmission by using them as the lever extending the spring travel under corresponding Reduce the spring force.
Im entlasteten Zustand weist eine konisch aufgestellte Membrane die Gestalt eines Kegelstumpfes auf, d. h. sowohl der Federring als auch die Federzungen sind in Umfangsrichtung gesehen entsprechend einer Kegelmantelfläche gekrümmt. Beim Durchfedern in axialer Richtung ändert sich die Konizität des Federrings, bis sich eine Planlage ergibt, nach deren Durchfahren wieder ein in die entgegengesetzte Richtung weisender Kegelstumpf entsteht. Demgegenüber verändern die Federzungen beim Durchfedern ihre Gestalt nicht, d. h. die Federzungen behalten über den gesamten Federweg hinweg ihre ursprüngliche Krümmung bei. Aus diesem Grunde kann sich der Federring in den Bereichen der Federzungenwurzeln, also in den Übergangsbereichen zwischen dem Federring und den Federzungen, wo der Federring sozusagen aufgehängt ist, beim Durchfedern nicht frei verformen. Dies hat zur Folge, daß der Federring im gespannten Zustand in Umfangsrichtung gesehen eine gewellte Form einnimmt, wobei in den Federzungenwurzeln Wellenberge und zwischen den Federzungenwurzeln Wellentäler auftreten. Diese Wellung nimmt mit zunehmendem Federweg zu. Desgleichen tritt die Wellung um co auffälliger in Erscheinung, je schmaler der Federring und je breiter die Federzungen im Bereich ihrer Wurzeln sind. Der Verlauf der Spannungslinien läßt sich dem »Bericht über spannungsoptische Untersuchungen einer Zungentellerfeder« von Prof. Dr.-1 ng. Ernst Mönch, datierend vom 29.1. 1959, entnehmen, in dem der Einfluß der Gestalt von an den federringseitigen Enden der die Federzungen voneinander trennenden Schlitze vorgesehenen Aussparungen auf die am Rand der Aussparungen auftretende Spannungserhöhung infolge Kerbwirkung untersucht wird.In the relieved state, a conically erected membrane has the shape of a truncated cone, ie both the spring ring and the spring tongues are curved in the circumferential direction corresponding to a conical surface. When deflecting in the axial direction, the conicity of the spring ring changes until a flat position results, after which a truncated cone pointing in the opposite direction is created again. In contrast, the spring tongues do not change their shape when the spring deflects, ie the spring tongues retain their original curvature over the entire spring travel. For this reason, the spring ring cannot freely deform in the areas of the spring tongue roots, i.e. in the transition areas between the spring ring and the spring tongues where the spring ring is suspended, so to speak. This has the consequence that the spring ring assumes a corrugated shape, viewed in the circumferential direction, in the tensioned state, with wave peaks occurring in the spring tongue roots and wave troughs occurring between the spring tongue roots. This corrugation increases with increasing spring deflection. Likewise, the corrugation appears more conspicuously by c o, the narrower the spring ring and the wider the spring tongues are in the area of their roots. The course of the stress lines can be found in the "Report on stress-optical investigations of a tongue disc spring" by Prof. Dr.-1ng. Ernst Mönch, dated 29.1. 1959, in which the influence of the shape of the recesses provided on the spring ring-side ends of the slots separating the spring tongues on the stress increase occurring at the edge of the recesses due to the notch effect is examined.
Die gleiche Erscheinung läßt sich analog bei der im Ausgangszustand flachen Membrane beobachten. Hier nimmt der Federring beim Durchfedern eine konische Form mit wachsendem Anstellwinkel an, während die Federzungen in ihrer ebenen Form verharren. So kommt es in den Bereichen der Zungenwurzeln zu vergleichbaren Behinderungen und Verformungen wieThe same phenomenon can be observed in the case of the membrane, which is flat in its initial state. here the spring ring assumes a conical shape with increasing angle of attack when the spring deflects, while the The spring tongues remain in their flat shape. So it happens in the areas of the roots of the tongue comparable disabilities and deformations such as
ίο beschrieben.ίο described.
Der soeben diskutierte Effekt bringt mit sich, daß bei einer dynamischen Beanspruchung den normalen Spannungen zusätzliche Biegespannungen fiberlagert sind, die ihr Maximum im Bereich des FederringsThe effect just discussed implies that a dynamic stress superimposed on the normal stresses additional bending stresses are their maximum in the area of the spring ring
is zwischen den Federzungen besitzen und dort verfrüht zu radial verlaufenden Brüchen führen. Des weiteren ergibt sich eine oft unerwünschte Beeinflussung und Verfälschung der Federkennlinie. So täuscht bei einer im Ausgangszustand konisch aufgestellten Membrane der Einfluß der Federzungen eine größere Breite und damit eine größere lichte Höhe des ungespannten Federringes vor, was einer Vergrößerung des die Federkennlinie bestimmenden Verhältnisses von lichter Höhe und Materialstärke entspricht Dies wirkt sich auf die Federkennlinie derart aus, daß eine ursprünglich stetig ansteigende Kennlinie mehr oder weniger stark degressiv verläuft bzw. daß bei einer teilweise negativ verlaufenden Kennlinie das Druckmaximum zu höheren und das Druckminimum entsprechend zu niedrigeren Kräften verschoben wird.is between the spring tongues and premature there lead to radial fractures. Furthermore, there is often an undesirable influence and Falsification of the spring characteristic. This is deceptive with a conical diaphragm in the initial state the influence of the spring tongues has a greater width and thus a greater clear height of the unstressed Spring washer in front of what an increase in the ratio of light that determines the spring characteristic Height and material thickness corresponds. This affects the spring characteristic in such a way that an originally steadily increasing characteristic curve runs more or less strongly degressively or that with one partially negative running characteristic curve the pressure maximum to higher and the pressure minimum to lower accordingly Forces is shifted.
Prinzipiell könnte man den erwähnten ungünstigen Einfluß dadurch verringern, daß man die Anzahl der Federzungen erhöht, wodurch die Zungenwurzeln schmäler werden würden. Einer solchen VergrößerungIn principle, one could reduce the aforementioned unfavorable influence by increasing the number of Increased spring tongues, which would make the tongue roots narrower. Such an enlargement
j5 der Anzahl der Federzungen sind jedoch aus konstruktiven und anderen Gründen Grenzen gesetzt. Zum Beispiel muß bei Membranen mit nach innen gerichteten Federzungen, die auf einem kleinen Innendurchmesser endigen, schon aus fertigungstechnischen Gründen die Breite der freien Enden der Vorsprünge größer als die Materialstärke sein. Auch der Verschleiß der freien Enden der Federzungen ist eine Funktion von deren Breite. Hierdurch wird die Anzahl der Federzungen bzw. der diese voneinander trennenden Schlitze nach oben hin begrenzt, so daß sich für die Zungenwurzeln eine Mindestbreite ergibt.j5 the number of spring tongues are, however, from constructive and other reasons. For example, membranes must have inward-facing Spring tongues that end on a small inner diameter, for reasons of manufacturing technology the width of the free ends of the projections be greater than the material thickness. Even the wear and tear of the free Ends of the spring tongues is a function of their width. This increases the number of spring tongues or the slots separating these from one another at the top, so that there is space for the roots of the tongue results in a minimum width.
Um unter Beibehaltung der Breite der freien Zungenenden die Zungen flexibler zu gestalten, ist bei der Kupplungsmembrane nach der FR-AS 23 11 221In order to make the tongues more flexible while maintaining the width of the free tongue ends, is at the coupling membrane according to FR-AS 23 11 221
so vorgesehen, daß innerhalb der Federzungen jeweils ein endseitig geschlossener zusätzlicher Schlitz verläuft, durch den die zugehörigen Federzungen in zwei am freien Zungenende miteinander verbundene Zungenhälften unterteilt werden. Am dem Federring zugewandten Ende laufen diese zusätzlichen Schlitze in zusätzlichen Ausnehmungen aus, die ebenso wie die Aussparungen der die Federzungen voneinander trennenden Schlitze zum Durchführen von Verbindungsbolzen dienen und deshalb die gleiche Gestalt wie die Aussparungen aufweisen sowie auf dem gleichen Radius wie diese angeordnet sind. Die zusätzlichen Schlitze und Ausnehmungen gemäß der FR-AS 2311221 mögen zwar auch eine Verbesserung des Spannungsverlaufs in den Zungenwurzelbereichen mitso provided that within the spring tongues each one End-closed additional slot runs through which the associated spring tongues in two am free end of the tongue connected to each other tongue halves are divided. On the spring ring facing At the end of these additional slots run out in additional recesses, just like the Recesses in the slots separating the spring tongues for the passage of connecting bolts serve and therefore have the same shape as the recesses and on the same Radius as these are arranged. The additional slots and recesses according to the FR-AS 2311221 may also like an improvement in the Tension in the tongue root areas with
ή5 sich bringen. Infolge der zusätzlichen Schlitze wird jedoch die Stabilität der Federzungen herabgesetzt und am dem freien Zungenende zugewandten Ende des jeweiligen zusätzlichen Schlitzes treten Kerbspannun-ή5 bring yourself. As a result of the additional slots However, the stability of the spring tongues is reduced and at the end of the tongue facing the free end of the tongue notch stress occurs in the respective additional slot
gen auf, die den Verschleiß erhöhen.genes that increase wear and tear.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der Kupplungsmembrane nach der FR-PS 23 11 221 eine Membrane der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Einfluß der Federzungen auf die Federkennlinie weiter verringert und deren Lebensdauer erhöht wird.The present invention is based on the object, proceeding from the coupling membrane according to the FR-PS 23 11 221 to create a membrane of the type mentioned, in which the influence of the Spring tongues on the spring characteristic are further reduced and their service life is increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zusätzlichen Ausnehmungen ringförmig au-gebildet sind, wobei ihre Achsen in radialer Richtung kleiner oder gleich ihren Achsen in Umfangsrichtung sind, und daß diese Ausnehmungen in radialer Richtung gesehen in die einen Federring bildende Randzone hineinragen.According to the invention, this object is achieved in that the additional recesses are annularly formed are, with their axes in the radial direction less than or equal to their axes in the circumferential direction are, and that these recesses seen in the radial direction in the edge zone forming a spring ring protrude.
Bei der erfindungsgemäßen Membrane entfallen also '5 die im Falle der FR-AS 23 11221 vorhandenen zusätzlichen Schlitze in den Federzungen, so daß bereits aus diesem Grunde die Stabilität der Zungen erhöht und deren Verschleiß vermindert wird. Des weiteren erhält man durch das Hineinragen der Ausnehmungen in die Randzone eine Verbesserung der Federkennlinie, indem hierdurch die sich in die Zungen hinein ausbauchenden Spannungslinien nach außen verschoben werden, so daß für die Spannungslinien sozusagen ein Glättungseffekt entstehtIn the case of the membrane according to the invention, therefore, '5 are omitted the additional slots in the spring tongues in the case of FR-AS 23 11221, so that already for this reason the stability of the tongues is increased and their wear is reduced. Furthermore receives by protruding the recesses into the edge zone, an improvement in the spring characteristic is achieved by as a result, the tension lines bulging into the tongues are shifted outward so that a smoothing effect, so to speak, for the tension lines arises
Die genannten Maßnahmen verringern außerdem die Gefahr von radial verlaufenden Brüchen im Bereich des Federrings zwischen den Federzungen.The measures mentioned also reduce the risk of radial fractures in the area of the Spring ring between the spring tongues.
Bei den Kupplungsmembranen nach der FR-PS 14 46 792 und der GB-PS 12 72 453 endigen die die ω Federzungen trennenden Schlitze abwechslungswjise in zwei Arten von Aussparungen, nämlich zum einen in zum Durchführen von Verbindungsbolzen dienenden größeren und zum anderen in kleineren Aussparungen, die für die Verbindungsbolzen nicht benötigt werden & und zur Erhöhung der Federsteifheit mit geringerem Querschnitt ausgebildet sind. Da die Schlitzlängen gleich sind, ist der dem Federring zugewandte Rand der kleineren Aussparungen vom Federring weg versetzt. Ganz abgesehen davon, daß es sich hier bereits wegen des Fehlens der zusätzlichen Ausnehmungen in den Federzungenwurzeln um eine gattungsmäßig andere Federmembrane handelt, so daß auch keines der sich auf die Ausbildung und Anordnung der zusätzlichen Ausnehmungen beziehenden Effekte verwirklicht ist, <"> erhält man in diesen bekannten Fällen durch das Wegrücken der kleineren Aussparungen vom Federring eine noch ungünstigere Wellenbildung a's bei den üblicherweise verwendeten Federmembranen, wie sie z.B. aus der DE-OS 19 45 234, der DE-AS 12 04 040 oder der FR-PS 20 52 476 bekannt sind, bei denen sämtliche Aussparungen auf dem gleichen Radius liegen. Aus der letztgenannten Druckschrift ist im übrigen eine ovale Form für die Aussparungen bekannt, wie sie bei der erfindungsgemäßen Federmembrane für die in den Federzungenwurzeln zusätzlich vorhandenen Ausnehmungen, die in den Federring hineinragen, vorgesehen sein kann.In the coupling diaphragms according to FR-PS 14 46 792 and GB-PS 12 72 453, the slots separating the ω spring tongues end alternately in two types of recesses, namely on the one hand in larger recesses serving to lead through connecting bolts and on the other in smaller recesses, which are not required for the connecting bolts & and are designed with a smaller cross-section to increase the spring stiffness. Since the slot lengths are the same, the edge of the smaller recesses facing the spring ring is offset away from the spring ring. Quite apart from the fact that, due to the lack of additional recesses in the spring tongue roots, this is a generic type of spring membrane, so that none of the effects relating to the design and arrangement of the additional recesses is achieved, <"> is obtained in In these known cases, by moving the smaller recesses away from the spring ring, an even more unfavorable wave formation a's in the commonly used spring diaphragms, as known, for example, from DE-OS 19 45 234, DE-AS 12 04 040 or FR-PS 20 52 476 The latter publication also discloses an oval shape for the recesses, as provided in the spring membrane according to the invention for the recesses additionally present in the spring tongue roots which protrude into the spring ring can.
Bei der erfindungsgemäßen Federmembrane kann zusätzlich noch vorgesehen sein, daß mehrere zusätzli- h0 ehe Ausnehmungen in jeder Federzungenwurzel symmetrisch mit Bezug auf die Längs- und Mittelachse der zugehörigen Federzunge angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen in radialer Richtung gesehen zueinander versetzt sind. f>5In the spring membrane according to the invention, it can also be provided that several additional h0 before recesses in each spring tongue root are arranged symmetrically with respect to the longitudinal and central axis of the associated spring tongue, the recesses being offset from one another as seen in the radial direction. f> 5
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention will now be described with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membrane in Draufsicht,Fig. 1 shows a first embodiment of the invention Membrane in plan view,
F i g. 2 die Membrane gemäß F i g. 1 in einem Schnitt entlang der Linie 11- II in F i g. 1,F i g. 2 the membrane according to FIG. 1 in a section along the line 11- II in F i g. 1,
F i g. 3 die Membrane gemäß Fig.! in einem Schnitt entlang der Linie IH-III in Teildarsiellung,F i g. 3 the membrane according to Fig.! in one cut along the line IH-III in partial dislocation,
F i g. 4 und 5 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Membrane in Draufsicht undF i g. 4 and 5 each a further embodiment of the membrane according to the invention in plan view and
F i g. 6 ein Federkraft-Federweg-Diagramm.F i g. 6 shows a spring force / spring travel diagram.
In den F i g. 1 bis 3 ist eine Federmembrane 1 aus Metall oder Kunststoff dargestellt, dit aus einem äußeren Federring 2 und von diesem in radialer Richtung nach innen hin einstückig vorstehenden Federzungen 3 gebildet wird. Diese Federzungen 3 weisen eine im wesentlichen ringsektorenartige Gestalt auf und sind durch radiale Schlitze 4 gleichbleibender Scblitzbreite voneinander getrennt, die am Federring 2 in Aussparungen 5 mit kreisförmigem Umfang endigen.In the F i g. 1 to 3, a spring membrane 1 made of metal or plastic is shown, dit from a outer spring ring 2 and protruding in one piece from this in the radial direction towards the inside Spring tongues 3 is formed. These spring tongues 3 have an essentially ring-sector-like shape and are separated from one another by radial slots 4 of constant flash width, which are attached to the spring ring 2 end in recesses 5 with a circular circumference.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist die Federmembrane 1 im entlasteten Zustand die Gestalt eines Kegelstumpfes auf. Wirkt eine äußere Kraft in axialer Richtung gemäß Pfeil 5a auf die freien Enden der Federzungen 3 bzw. in entgegengesetzter Richtung auf den Federring 2 ein, verändert die Membrane 1 ihre Konizität, wobei sie zunächst flacher wird und nach Durchfahren der Planlage einen entgegengesetzt gerichteten Kegelstumpf bildet Bei diesem Durchfedern verändert nun lediglich der über den Umfang gesehen zusammenhängend ausgebildete Federring 2 seine Krümmung in Umfangsrichtung, während die Federzungen 3 während des gesamten Federungsvorganges ihre ursprüngliche Krümmung beibehalten. Das eigentliche Federelement wird also nur von dem Federring 2 gebildet, während die Federzungen 3 keinen Beitrag zur Federung leisten und zumeist als Hebel zur Verlängerung des Federweges unter entsprechender Herabsetzung der Federkraft und/oder zur Lagerung und Führung des Federelements dienen.As shown in FIG. 2 can be seen, has the spring membrane 1 in the unloaded state on the shape of a truncated cone. An external force acts in an axial direction Direction according to arrow 5a on the free ends of the spring tongues 3 or in the opposite direction insert the spring ring 2, the diaphragm 1 changes its conicity, initially becoming flatter and gradually Driving through the flat position forms an oppositely directed truncated cone now only changes the spring ring 2, which is formed contiguously over the circumference its curvature in the circumferential direction, while the spring tongues 3 during the entire suspension process retain their original curvature. The actual spring element is so only from the Spring ring 2 formed, while the spring tongues 3 make no contribution to the suspension and mostly as a lever for Extension of the spring travel with a corresponding reduction in the spring force and / or for storage and serve to guide the spring element.
Die Kennlinie einer solchen Membrane im Federkraft-Federweg-Diagramm wird im wesentlichen durch die Abmessungen des Federringes 2 und durch das Verhältnis zwischen der lichten Höhe Ades Federringes im entlasteten Zustand und der Materialstärke s bestimmt. Die sich aus diesen Größen ergebende theoretische Federkennlinie weicht jedoch von der in der Praxis auftretenden Kennlinie ab, was auf folgenden Umstand zurückzuführen ist:The characteristic curve of such a membrane in the spring force-spring travel diagram is essentially determined by the dimensions of the spring ring 2 and by the ratio between the clear height A of the spring ring in the unloaded state and the material thickness s . However, the theoretical spring characteristic resulting from these variables differs from the characteristic that occurs in practice, which can be attributed to the following circumstance:
Wie bereits erwähnt, verändert der Federring 2 beim Durchfedern seine Konizität und somit seine Krümmung, während die Gestalt der Federzungen 3 gleich bleibt und stets entsprechend der Kegelstumpfform der entlasteten Membrane entspricht. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem Federring 2 und jeder Federzunge 3 im Bereich von deren Zungenwurzel ein Übergangsbereich 6, in dem beim Durchfedern die gleichbleibende Krümmung der Federzunge 3 in die sich verändernde Krümmung des Federrings 2 übergeht. In den Übergangsbereichen 6, in denen die Federzungen 3 mit dem Federring 2 einstückig verbunden sind, tritt also eine gegenseitige Beeinflussung auf, die den Federring 2 an einer freien Verformung beim Durchfedern hindert. In diesen Übergangsbereichen kann sich der Federring 2 an die; sich ändernde Konizität nicht frei anpassen, was zu einem komplizierten Spannungszustand führt. Es ergibt sich beim Durchfedern eine in Umfangsrichtung gesehen gewellte Gestalt des Federrings 2, wobei in den Übergangsbereichen zu den Federzungen 3 Wellenberge und zwischen jeweils zwei Federzungen, also im Bereich der Aussparungen 5, Wellentäler auftreten.As already mentioned, the spring ring 2 changes its conicity and thus its curvature when it deflects, while the shape of the spring tongues 3 remains the same and always according to the truncated cone shape of the relieved membrane corresponds. In this way there is between the spring ring 2 and each Spring tongue 3 in the area of the tongue root a transition area 6, in which the constant curvature of the spring tongue 3 merges into the changing curvature of the spring ring 2. In the transition areas 6, in which the spring tongues 3 are integrally connected to the spring ring 2, thus occurs a mutual influence that prevents the spring ring 2 from freely deforming during deflection. In these transition areas, the spring ring 2 can be attached to the; changing conicity does not freely adjust what leads to a complicated state of tension. When deflecting, there is one in the circumferential direction seen corrugated shape of the spring ring 2, with 3 wave crests in the transition areas to the spring tongues and between two spring tongues, that is, in the area of the recesses 5, wave troughs occur.
Diese Wellengestalt ist umso ausgeprägter, je schmaler der Federring 2 in radialer Richtung und je größer die Zungenwurzelbreite B der Federzungen 3 ist. Dazuhin ergibt sich eine Wegabhängigkeit dieses Effektes.This wave shape is more pronounced the narrower the spring ring 2 in the radial direction and the larger the tongue root width B of the spring tongues 3 is. In addition, this effect is dependent on the path.
Dieser Einfluß der Federzungen auf die Gestalt des Federringes beim Durchfedern wirkt sich nun bei einer im entlasteten Zustand konisch aufgestellten Membrane auf die Federkennlinie in der Weise aus (s. F i g. 6), daß eine ursprünglich stetig ansteigende Kennlinie mehr oder weniger stark degressiv verläuft bzw. sich bei einer teilweise negativ verlaufenden Kennlinie das Kraftmaximum zu höheren und das Kraftminimum zu niedrigeren Kräften verschoben wird (Pfeile 7 bzw. 8). Die Federzungen 3 täuschen in den Übergangsbereichen 6 eine größere Breite und damit eine größere lichte Höhe h des ungespannten Federrings vor, was einer Vergrößerung des schon erwähnten, die Federkennlinie bestimmenden Verhältnisses zwischen der lichten Höhe Λ und der Materialstärke s entspricht.This influence of the spring tongues on the shape of the spring ring during deflection now has an effect on the spring characteristic curve in the case of a conically positioned diaphragm in the unloaded state (see Fig. 6) in such a way that an originally steadily rising characteristic curve is more or less degressive runs or in the case of a partially negative characteristic curve, the maximum force is shifted to higher forces and the minimum force to lower forces (arrows 7 and 8, respectively). The spring tongues 3 simulate a greater width and thus a greater clear height h of the unstressed spring ring in the transition areas 6, which corresponds to an increase in the already mentioned ratio between the clear height Λ and the material thickness s, which determines the spring characteristic.
Des weiteren treten bei einer solchen Membrane bei dynamischer Beanspruchung zusätzlich zu den normalen Spannungen Biegespannungen auf, die ihr Maximum im Bereich des Federrings zwischen den Federzungen 3 haben und dort verfrüht zu radial verlaufenden Brüchen führen.Furthermore, dynamic loading occurs in such a membrane in addition to normal Stresses Bending stresses that reach their maximum in the area of the spring ring between the spring tongues 3 and lead to radial fractures prematurely there.
Aus den F i g. 1 und 3 ist ersichtlich, daß in den Übergangsbereichen 6 zwischen dem Federring 2 und den Zungenwurzeln 3 jeweils eine in axialer Richtung durchgehende zusätzliche Ausnehmung 7 vorhanden ist. Jeder Federzunge 3 ist also eine solche Ausnehmung 7 zugeordnet, wobei die Ausnehmung 7 in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Seitenrändern 8, 9 der jeweiligen Federzunge 3 mit Abstand zu diesen angeordnet ist. 1st in jedem Übergangsbereich nur eine einzige Ausnehmung vorhanden, ist die Ausnehmung 7 ferner symmetrisch mit Bezug auf die mit der Schnittlinie 111-111 zusammenfallende Längsmittelachse der zugehörigen Federzunge 3 ausgebildet. Dabei ragt die Ausnehmung 7 in radialer Richtung gesehen in die uen Federring 2 bildende Randzone. Auf diese Weise ergibt sich eine Verringerung des Materialzusammenhangs zwischen dem Federring 2 und den Federzungen 3, wobei zu jeder Seite der Ausnehmung 7 jeder Zungenwurzel 3 ein Materialsteg 10,11 stehen gelassen worden ist. Wegen der beschriebenen Anordnung der Ausnehmungen 7 ergibt sich eine Verringerung des Einflusses der Federzungen 3 auf die Verformung des Federrings 2 b w. auf dessen Spannungszustand beim Durchfedern. Die Federkennlinie nähert sich somit der Kennlinie eines keine radialen Federzungen aufweisenden Federringes an. Diese Annäherung wird umso größer, je breiter die Ausnehmungen in Umfangsrichtung gesehen sind, d. h. je kleiner die Materialstege 10, 11 sind. Der Erstreckung der Ausnehmungen in Umfangsrichtung sind jedoch durch die mechanische Beanspruchung der jeweiligen Federzunge 3 Grenzen gesetzt Wird die Federzunge 3 auf Biegung beansprucht, so dürfen die Beanspruchungen in den Querschnitten der Materialstege 10, 11 die zulässigen Spannungen nicht überschreiten.From the F i g. 1 and 3 it can be seen that in the transition areas 6 between the spring ring 2 and the tongue roots 3 each have an additional recess 7 that is continuous in the axial direction. Each spring tongue 3 is therefore assigned such a recess 7, the recess 7 in the circumferential direction seen between the side edges 8, 9 of the respective spring tongue 3 at a distance from them is arranged. If there is only a single recess in each transition area, then the recess 7 is furthermore symmetrically with respect to the longitudinal center axis coinciding with the section line 111-111 the associated spring tongue 3 is formed. The recess 7 protrudes seen in the radial direction in the uen spring ring 2 forming edge zone. This results in a reduction in the material connection between the spring ring 2 and the spring tongues 3, on each side of the recess 7 each Tongue root 3 has been left to stand a material web 10,11. Because of the described arrangement of the Recesses 7 results in a reduction in the influence of the spring tongues 3 on the deformation of the Circlip 2 b w. On its state of tension during deflection. The spring characteristic thus approaches the Characteristic curve of a spring ring that does not have any radial spring tongues. This approach becomes even more so larger, the wider the recesses are seen in the circumferential direction, d. H. the smaller the material webs 10, 11 are. The extent of the recesses in the circumferential direction are, however, due to the mechanical Stress on the respective flexible tongue 3 limits set If the flexible tongue 3 is subjected to bending stress, so the stresses in the cross-sections of the material webs 10, 11 may be the permissible Do not exceed voltages.
Bei dem in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Ausnehmungen 7 in der Draufsicht eine kreisrunde Gestalt, die aus werkzeug- und fertigungstechnischen Gründen gewählt worden ist Die Ausnehmungen 7 entsprechen nämlich in der Gestalt den Aussparungen 5, die im übrigen zur Erniedrigung der Kerbwirkung angeordnet sind.In the case of the FIG. 1 to 3 shown embodiment have the recesses 7 in the A top view of a circular shape that has been chosen for tool and manufacturing reasons The recesses 7 correspond in shape to the recesses 5, which are otherwise for Reduction of the notch effect are arranged.
Der konzentrisch zum Federring 2 verlaufende Kreisumfang 13, auf dem die Ausnehmungen 7 mit ihrem radial äußeren Ende liegen, ist im Durchmesser größer als der Durchmesser der den Federzungen zugewandten Umfangslinie des Federrings 2, wobei sich r> auf diese Weise, also durch radiales Versetzen der Ausnehmungen 7 nach außen hin, die Federkennlinie korrigieren läßt. Die Abweichung des den Ausnehmungen 7 zugeordneten Durchmessers von dem Durchmesser der Umfangslinie des Federringes 2 sollte jedochThe circular circumference 13, which runs concentrically to the spring ring 2 and on which the recesses 7 lie with their radially outer end, is larger in diameter than the diameter of the circumferential line of the spring ring 2 facing the spring tongues, where r > in this way, i.e. by radial displacement of the Recesses 7 to the outside, which can correct the spring characteristic. The deviation of the diameter assigned to the recesses 7 from the diameter of the circumferential line of the spring ring 2 should, however
i" nicht größer als 5% des Durchmessers der Umfangslinie des Federrings sein.i "not larger than 5% of the diameter of the circumference of the spring ring.
Fig.4 zeigt eine weitere Variante der Federmembrane. Bei dieser Membrane 23 sind der Federring 24, die Federzungen 25 sowie die Schlitze 26 ähnlich ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Lediglich in der Gestalt der Ausnehmungen und Aussparungen sind Unterschiede vorhanden. Während es sich im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 um kreisrunde Aussparungen 5 und Ausnehmungen 7Fig. 4 shows another variant of the spring membrane. In this membrane 23, the spring ring 24, the spring tongues 25 and the slots 26 are similar designed as in the embodiment of FIG. 1. Only in the shape of the recesses and There are gaps. While in the case of the exemplary embodiment according to FIG. 1 around circular recesses 5 and recesses 7
M handelt, sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 oval, elliptisch od. dgl. geformte Aussparungen 27 und Ausnehmungen 28 vorhanden, deren längere Achsen sich in Umfangsrichtung erstrecken und die durch die Materialstege 29, 30 voneinander getrennt sind. Auf diese Weise erhält man eine besonders kleine Kerbwirkung. Des weiteren bringt die Gleichgestalt der Ausnehmungen und der Aussparungen wiederum werkzeug- und fertigungstechnische Vorteile mit sich.M is, in the exemplary embodiment according to FIG oval, elliptical or the like. Shaped recesses 27 and recesses 28 are present, their longer axes extend in the circumferential direction and which are separated from one another by the material webs 29, 30. on in this way a particularly small notch effect is obtained. Furthermore brings the equivalence of the Recesses and the cutouts in turn entail advantages in terms of tooling and manufacturing technology.
Bei den bis jetzt beschriebenen Ausführungsbeispielen handelte es sich um innen geschlitzte Membranen. Bei diesen bringt das Anordnen der Ausnehmungen 7/28 noch den Vorteil mit sich, daß die Breite B der Zungenwurzel bei gleicher Beeinflussung des Federrings durch die Federzungen größer ausgebildet werdenThe exemplary embodiments described up to now involved membranes with slits on the inside. In these, the arrangement of the recesses 7/28 has the advantage that the width B of the tongue root can be made larger with the same influence on the spring ring by the spring tongues
J5 kann als bei Membranen, bei denen keine entsprechenden Ausnehmungen vorhanden sind. Hierdurch ergibt sich auch eine größere Breite der freien Enden 31,33 der Federzungen 6, 25, was z. B. aus fertigungstechnischen Gründen günstig ist, da die Breite der freien Enden der Federzungen größer als die Materialstärke ssein muß. J 5 can be compared to membranes in which there are no corresponding recesses. This also results in a greater width of the free ends 31,33 of the spring tongues 6, 25, which z. B. is favorable for manufacturing reasons, since the width of the free ends of the spring tongues must be greater than the material thickness.
Mit anderen Worten, bei Membranen ohne Ausnehmungen muß die Breite der Zungenwurzeln mit Bezug auf den Umfang des Federrings möglichst klein gehalten werden, um die negativen Einflüsse der Zungenwurzeln auf die Verformung des Federrings klein zu halten. Die Breite der Zungenwurzel kann jedoch häufig aus konstruktiven und anderen Gründen nicht beliebig klein sein. So z. B. sind der Zungenwurzelbreite bei inner geschlitzten Membranen mit langen Federzungen, dieIn other words, in the case of membranes without recesses, the width of the tongue roots must be with reference on the circumference of the spring ring should be kept as small as possible to avoid the negative influences of the tongue roots to keep the deformation of the spring ring small. However, the width of the root of the tongue can often vary for constructive and other reasons, it cannot be arbitrarily small. So z. B. are the tongue root width at inner slotted diaphragms with long spring tongues that
">" auf einem kleinen Innendurchmesser endigen, nach unten hin Grenzen gesetzt, indem beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen die Breite der freier Enden der Federzungen größer als die Materialstärke i sein muß, was die Anzahl der möglichen Schlitze begrenzt">" end on a small inner diameter, there are downward limits, for example, for manufacturing reasons, the width of the free ends of the spring tongues must be greater than the material thickness i , which limits the number of possible slots
Wie F i g. 5 zeigt, lassen sich entsprechende Ausneh mungen 34 auch bei einer Membrane 35 anordnen, di< von einem Federring 36 nach außen hin vorstehend« Federzungen 37 aufweist Die Wirkungsweise diesel Ausnehmungen 34 ist die gleiche, wie sie oben anhanc der Ausführungsbeispiele gemäß den F i g. 1 bis ' beschrieben worden ist Ferner müssen die Ausnehmun gen 34 nicht, wie dargestellt, kreisrund sein, sie könnei vielmehr oval, elliptisch od. dgl. sein.As in F i g. 5 shows, corresponding recesses 34 can also be arranged in a membrane 35 which has spring tongues 37 protruding outward from a spring ring 36 . 1 to 'has been described. Furthermore, the recesses 34 do not have to be circular, as shown, they can rather be oval, elliptical or the like.
Bei allen Ausführungsformen sind die Kanten 38,3! (Fig. 3) der Ausnehmungen, insbesondere die Kante 3! an der Unterseite 40 der Membrane, abgerundet Diesi Maßnahme trägt zur Vermeidung frühzeitiger AnrissiIn all embodiments, the edges are 38.3! (Fig. 3) of the recesses, especially the edge 3! on the underside 40 of the diaphragm, rounded diesi Measure helps avoid premature cracks
bei dynamischer Beanspruchung bei.with dynamic loading at.
In der Zeichnung sind nur solche Membranen dargestellt, die in jedem Übergangsbereich zwischen dem Federring und einer Federzunge eine einzige Ausnehmung besitzen. Wie sich ohne weiteres vorstellen läßt, ist es jedoch auch möglich, jeweils mehrere Ausnehmungen anzuordnen, wobei diese Ausnehmungen symmetrisch mit Bezug auf die Längsmittelachse der zugehörigen Federzunge angeordnet sein können. Ferner ist es in diesem Falle möglich, die Ausnehmungen zwischen zwei Federzungen mit gleichem Radius oder in radialer Richtung gesehen versetzt zueinander anzuordnen. Der Abstand zwischen den einzelnenIn the drawing, only those membranes are shown in each transition area between the spring ring and a spring tongue have a single recess. As you can imagine without further ado lets, however, it is also possible to arrange several recesses in each case, these recesses can be arranged symmetrically with respect to the longitudinal center axis of the associated spring tongue. It is also possible in this case to make the recesses between two spring tongues with the same radius or to be arranged offset to one another as seen in the radial direction. The distance between each
Ausnehmungen kann den Erfordernissen entsprechend gewählt werden, wobei die Abstände gleich oder verschieden sein können.Recesses can be selected according to the requirements, the distances being the same or can be different.
Ferner sind bei sämtlichen dargestellten Membranen mehrere Federzungen vorhanden. Die geschilderten Maßnahmen können jedoch auch bei Membranen mit nur einer Federzunge angewendet werden.Furthermore, several spring tongues are present in all of the diaphragms shown. The described However, measures can also be applied to membranes with only one spring tongue.
Schließlich soll noch erwähnt werden, daß das Obige sinngemäß auch für im entlasteten Zustand ebene Membranen gilt, bei denen der Federring beim Durchfedern eine konische Form mit wachsendem Anstellwinkel annimmt, während die Federzungen ihre ebene Ausgangsgestalt beibehalten.Finally, it should be mentioned that the above also applies to the unloaded state For diaphragms, the spring washer has a conical shape with growing when the spring deflects Angle of attack assumes while the spring tongues retain their original flat shape.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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