DE2853375A1

DE2853375A1 - Auf druck beanspruchbare gummi-metallfeder

Info

Publication number: DE2853375A1
Application number: DE19782853375
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Castoldi
Original assignee: SAIAG SpA
Current assignee: SAIAG SpA
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1979-07-26
Also published as: BE873113A; FR2413583A1; FR2413583B1; CH629577A5

Description

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SAIAG INDUSTRIA ARTICOLI GOMMA S.p.A.

Via Torino 100

10073 Cirid (Turin) Italien H Dez, 1978

Auf Druck beanspruchbare Gumini-Metallfeder.

Die Erfindung betrifft eine auf Druck beanspruchbare Gummi-Metallfeder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art.

Auf axialen Druck beanspruchbare Gummi-Metallfedern, die aus Säule von Gummiringen mit zwischengefügten Metallscheiben bestehen, sind beispielsweise durch die US-PS 28 24 232 bekannt. Das elastische Verhalten derartiger Federn bringt insbesondere bei den Zugteilen von Eisenbahnwagen große Vorteile mit sich. Diese Vorteile beruhen unter anderem auf der wirksamen Verteilung der von den Gummiringen erzeugten Hysteresewärme durch die Metallscheiben. Da die Gummiringe und die Metallscheiben getrennte Einheiten darstellen, bilden die Montage derartiger Federn sowie ihr Wiederzusammenbau nach dem Ersatz eines oder mehrerer beschädigter Gummiringe eine schwierige und langwierige Arbeit und erfordern den Einsatz von Spezialkräften. Es wäre statt dessen wünschenswert, daß diese Arbeit von dem normalen Eisenbahn-Wartungspersonal und ohne Spezialwerkzeuge durchgeführt werden könnte. Ein Versuch, diesen Nachteil zu beseitigen ist durch die in der GB-PS 13 81 142 beschriebene Gummi-Metallfeder bekannt, bei der die Gummiringe in axialer Richtung untereinander verbunden sind und einen einstückigen röhrenförmigen Körper darstellen. Die in diesen röhrenförmigen Körper eingesetzten Metallscheiben ragen in radialer Richtung nach außen. Ihr Innendurchmesser ist jedoch größer als der Innendurchmes-

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ser des röhrenförmigen Körpers. Infolgedessen wird die Verteilung der Hysteresewärme über die Metallscheiben stark beeinträchtigt. Außerdem entstehen bei der Herstellung des Gummikörpers beträchtliche Totzeiten, da die einzelnen Metallscheiben in die Form eingesetzt werden müssen, bevor die Gummimischung eingebracht werden kann. Außerdem ist die Wiedergewinnung der Metallscheiben aus der verbrauchten Feder ausserordentlich mühsam und kann nur vom Hersteller vorgenommen werden. Der Anwender muß deshalb jedesmal die verbrauchte Feder vollständig zum Austausch gegen eine neue Feder einschicken, was offensichtlich zumindest beträchtliche Transportkosten verursacht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gummi-Metallfeder zu schaffen, bei der die vorangehend beschriebenen Nachteile beseitigt oder zumindest beträchtlich verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Die einzelnen Segmente besitzen vorzugsweise dieselbe Form. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Segmente drei oder vier, d.h. daß jedes von ihnen einen Umfangswinkel von 120° oder 90° umfaßt.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Feder gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines auf eine der Scheiben aufgebrachten Segmentes,

Fig. 5 zeigt einen teilweise durchbrochenen Transversalschnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 2,

Fig. 6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Zugteils mit der Feder gemäß der Erfindung,

Fig. 7 und 8 zeigen eine Form zur Herstellung der einzelnen Segmente der Feder gemäß Fig. 1 bis 5, wobei Fig. 7

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einen Transversalschnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 6 und Fig. 8 einen Longitudinalschnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7 darstellen.

Mit 10 ist ein röhrenförmiger zylindrischer Gumirakörper ,mit kreisförmigem Querschnitt in seiner Gesamtheit bezeichnet. Seine Metallscheiben sind mit 12 bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier derartige Metallscheiben vorgesehen.

In der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen soll unter dem Ausdruck "Gummi" sowohl ein Naturgummi als auch ein synthetisches Elastomers z.B. ein Polyethuran,verstanden v/erden.

Der Körper 10 besitzt "beispielsweise einen Außen- und Innendurchmesser von 20 cm bzw. 9 "cm. Seine axiale Länge beträgt beispielsweise 13 cm. Die Scheiben 12 sind untereinander gleich und besitzen einen Außendurchmesser D von beispielsweise 25 cm und einen Innendurchmesser D' (Fig. 5) von beispielsweise 6 cm. Sie sind auf der Längsachse des Körpers 10 fluchtend angeordnet und auf der Länge dieses Körpsrs gleichförmig mit einem gegenseitigen Abstand von etwa 2,3 cm verteilt. Die Scheiben sind aus Stahlblech von einer Dicke von etwa 2,5 mm gestanzt und können deshalb als "starr" betrachtet werden, wenn die Feder in Betrieb ist, d.h. vrenn sie unter der Wirkung von an den einander gegenüberliegenden Außenflächen 1OA und 1OB des Körpers 10 angreifenden Kräften in axialer Richtung auf Druck beansprucht wird. Bekanntlich dehnt sich der Gummikörper unter dem Einfluß derartiger Kräfte radial nach außen und radial nach inner, aus. Dabei ändert nur die sogenannte "neutrale Faser", die in Fig. 1 durch den Kreis NF bezeichnet ist, ihren Durchmesser nicht. Letztere ist in Fig. 2 ir.it ND bezeichnet. Die neutralen Fasern aufeinanderfolgender transversaler Schnittflächen des Körpers 10 bilden in ihrer Gesamtheit den sogenannten "neutralen Zylinder" (der ebenfalls den Durchmesser

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(ρ

ND besitzt). Um die Steifigkeit der ringförmigen Zone innerhalb des neutralen Zylinders zu verringern, besitzt der Körper 10 - dem bekannten Stand der Technik entsprechend - longitudinal e Innennuten 14, die sich in axialer Richtung erstrecken und voneinander den gleichen V; ink el ab st and besitzen. Die Tiefe dieser Innennuten 14 reicht von der inneren Oberfläche des Körpers 10 aus betrachtet bis in die Nähe des neutralen Zylinders. Im dargestellten Ausführungsbeispiel be-r sitzt der Körper 10 neun solcher Innennuten 14.

Wie aus Fig. 1 erkennbar ist»mündet auf dem Grund jedes dritten longitudinalen Innennut 14 ein radialer Schnitt 16. Jeder dieser Schnitte erstreckt sich über die gesamte Länge des Körpers 10, so daß letzterer aus einer Anzahl von untereinander gleichen Segmenten 18, 20, 22 gebildet ist, die in Umfausrichtung aufeinanderfolgen und deren jeder 120° des Urnfanges des Körpers 10 ausmacht. Gegebenenfalls können die Schnitte 16 von einem Schlitz geringer Breite (von bei den obengenannten Abmessungen beispielsweise wenigen Killimetern) gebildet sein. Vorzugsweise stehen die Segmente 18, 20, 22 jedoch untereinander in direkter Berührung. Infolgedessen besitzt jedes der Segmente zwei ebene radiale Endflächen 16a bzv/. 16b (Fig. 3)> die nach der Fertigstellung der Feder praktisch mit den entsprechenden radialen Flächen der benachbarten Segmente in Berührung stehen. Jedes der Segmente 18, 20 und 22 besitzt jeweils einen radial von innen nsch außen verlaufenden vorgeformten Schlitz 24 für jede der Scheiben 12. In diese Schlitze sin;! die entsprechenden Zonen der Scheiber: 12 rr.dir.1 von innen her einechic-tbar. Jeder dieser Schlitze 24 bildet Außenzonen mit einer Schlitztiefe, die wenigstens der halben radialen Dicke V des Segmentes entspricht, ohne jedoch diesen Wert Vi zu erreichen, so daß diese Zonen radial in einem "Blindstück 24A"(Fig. 3 und 5) enden. Zwischen diesen Außenzonen befindet sich eine mittlere Zone 24B, in denen der Schlitz in die radiale Aussenf lache FE des Segmentes mündet. Man erkennt an dem in Fig. 4 beispielhaft dargestellten Segment 18, daß jedes der

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Segmente transversal in eine Vielzahl von Untersegmenten 18s bis 18e unterteilt ist, die an ihren Außenseiten durch Katerialbrücken des Gummis S untereinander verbunden sind, wobei diese Materialbrücken jeweils von dem Grund 14A der Schlitze 24 begrenzt sind, so daß trotz der erwähnten Unterteilung in Untersegmente jedes der Segmente 18, 20 und 22 seine einheitliche und einstückige Struktur beibehält. In der fertigmontierten Feder (Fig. 5) liegen die Materialbrücken S eines Segmentes mit den entsprechenden Materialbrücken der angrenzenden Segmente aneinander. Die radiale Ausdehnung und die Winkelerstreckung der Materialbrücken S sind so klein wie möglich, damit die Wirksamkeit der wechselseitigen Verbindung der Untersegmente 18a bis 16e nicht beeinträchtigt wird. So belegt vorteilhafterweise jede der Materialbrücken S nicht mehr als 20° des Uinfangskreises der Feder. Die radiale Ausdehnung jeder Materialbrücke ist nicht größer als etwa 1/5 des Wertes W. Bei einer Feder der oben angegebenen Abmessungen besitzen die Materialbrückeri S vorzugsweise eine radiale Ausdehnung von 5 bis 8 nra und eine Winkelausdehnung von etwa 15°. Damit besitzt die Mittelzone 24E jedes Schlitzes 24 eine Winkeleusdehnung von etwa 90°.

Jede der Metallscheiben 12 besitzt an ihrer äußeren Ltifangslinie drei im wesentlichen trapezförmige Ausnehmungen 12A, die untereinander gleichen Abstand besitzen.-Jede dieser Ausnehmungen berührt von innen die beiden zugeordneten aneinanderliegenden Materialbrücken S (Fig. 5). So bildet die Scheibe 12 zwischen jeweils zwei Ausnehmungen 12A einen bogenförmigen Lappen 12B, der radial durch die mittlere Zone 24B des betreffenden Schlitzes 24 von der Oberfläche FE des betreffenden Segmentes 18, 20, bzw. 22 nach außen ragt. Bei einer Feder mit den obengenannten Abmessungen rager, die Lappen 12B um etwa 2 cm nach außen. Somit besitzt jede der Scheiben 12 sowohl im Innern als auch im Außenbereich des Gummikörpers 10 der Feder ausgedehnte Flächen, die der Umgebungsluft frei ausgesetzt sind, und außerdem große Berührungsflä-

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chen mit dem Gummikörper, so daß die Hysteresewärme wirksam verteilt werden kann.

Die Segmente 18, 20 und 22 sind in radialer Richtung auf die Scheiben 12 aufschiebbar, wobei die Montage auch von Hand erfolgen kann. Um ein unvorhergesehenes Abgleiten der Segmente von den Scheiben zu vermeiden, ist in jeder der Scheiben eine konzentrische Sicke axial eingeprägt, deren Durchmesser dem Durchmesser KD (Fig. 2) desneutralen Z3*iinders entspricht. Das Profil jedes der Schlitze 24 besitzt eine Konfiguration 2SA (Fig. 3)» die komplementär zu der genannten Sicke ausgebildet ist. Nachdem die Segmente auf die Scheiben aufgeschoben sind, sind die Elemente 28 und 28A miteinander verbunden und verhindern damit eine unvorhergesehene Trennung zwischen Segmenten und Scheiben, so daß die Feder trotz der Unterteilung des Körpers 10 in die Segmente 18, 20 und 22 praktisch ein einziges Stück darstellt, das leicht in seiner Gesamtheit installierbar ist. Wenn der Körper 10 jedoch verschlissen ist und die Feder ausgewechselt werden muß, können die Scheiben 12 leicht entnommen werden und mit drei vom Hersteller gelieferten neuen Segmenten 18, 20 und 22 verbunden v/erden.

Das in Fig. β in vereinfachter Form dargestellte Zugteil wird an einer Außentraverse 30 des Fahrgestells eines Eisenbahnwaggcns angebracht. Mit 32 ist der Körpei¹ der Zugkupplung bezeichnet, von dem die Zugstange 34 ausgeht, die die Traverse 30 ir. einem Gleitsitz durchdringt. Auf die Stange 34 ist eine Feder K der vorangehend beschriebenen Art aufgebracht, die an den Elementen 18, 20 und 22 erkennbar ist. Die Feder M ist in herkömmlicher Weise mittels einer auf das hintere mit einem Gewinde versehene Ende der Stange 34 aufgeschraubten Kutter 3S zwischen der Traverse 30 und einem Teller 36 in axialer Richtung vorgespannt. Die in Fig. 6 dargestellte Feder besitzt sechs Metallscheiben, und die Länge des Körpers 10 beträgt etws 16 cm.

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Die Segmente der in Fig. 1 bis 5 dargestellten Feder können leicht und rasch mit Hilfe einer Form hergestellt wer den, v/i e sie in Fig. 7 und 8 gezeigt ist.

Diese Form umfaßt ein Basisteil 40 sov/ie ein Deckelteil In der linken Hälfte von Fig. 7 ist das Deckelteil in geschlossener Position dargestellt, während die Form in der rechten Hälfte von Fig. 7 zur Entnehme des fertigen Teils geöffnet ist. Das Deckelteil besitzt eine zylindrische Innenfläche 44, die der radialen Außenfläche des zu formenden Segmentes entspricht. Den Seiten 16A und 16B und der radial nech innen ragenden Oberfläche des Segmentes entsprechen die geneigten Oberflächen 46A und 46B bzw. die zylindrische Oberfläche 4S, die in dem Basisteil 40 der Form gebildet sind. Die zylindrische Oberfläche 48 besitzt Längsrippen 50, die den Längsschlitzen 14 des Segmentes entsprechen. Konzentrisch zu der zylindrischen Oberfläche 48 sind in dem Βε-sisteil 40 vier Kreissektorenteile 52 aus Stahlblech befestigt, die in Positionen verteilt sind, welche den Schiit- " ζen 24 des Segmentes entsprechen. Der Teil, der von den Sektoren 52 abgedeckt wird, entspricht praktisch einem Drittel einer Scheibe 12 der Feder und besitzt eine Sicke 54, die der Sicke 28 der Scheibe entspricht sov/ie einen Lappen 52A, der dem Lappen 12A der Scheibe entspricht. Durch die Oberfläche 46a münden fünf Austreiber 56A bis 5δΕ in den Hohlraum der Form. Diese Austreiber sind zusammen feet mit einem longitudinalen Stab 56 verbunden. Analog münden an der Oberfläche 46B fünf weitere Austreiber 5SA bis 58Ξ in der. Innenraum der Form (von denen in Fig. 7 nur der Austreiber 5SB erkennbar ist). Die Austreiber 5SA bis 58E sind mittels eines longitudinalen Stabes 58 starr miteinander verbunden. v.^renn sich die Austreiber in ihrer zurückgezogenen Stellung befinden, bilden ihre Frontflächen 60, 62 einen Teil der geneigter; Oberflächen 46A bzw. 46B. Wenn die Form geschlossen ist, wird des elastomere Material durch Einspritzöffnun-rer. 64 in den Hohlraum der Form eingebracht und in diesem durch Erhitzen der Form vulkanisiert. Die Auf heizelemente sir.i in

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bekannter Weise ein Teil der Fresse, in der sich die Form befindet. Sie sind daher in den Zeichnungennicht dargestellt. Falls erforderlich können alle den Hohlraum der Form begrenzenden Oberflächen vor dem Eingeben des elastomeren Materials

beispielsweise durch Besprühen mit einem Präpcrat überzogen v/erden, das ein leichtes Lösen des fertigen Teiles aus d.er Forr;· ermöglicht. Nach der Vulkanisation wird das Deckelteil 42 von dem Basisteil 40 abgenommen, wie dies in der rechten Hälfte von Fig. 7 dargestellt ist. Anschließend werden die Austreiber durch auf die Stäbe 56 und 58 wirkende Antriebskräfte herausbewegt. Die Frontflächer. C-O ur.d 62 der -Austreiber drücken gegen die Seiten 16A und 16-B des auegeformten Segmentes und üörcri dieses von der. Sektorer 52, inde." sie es nach ober. (Fig. 7) herausführen. Naenden das ausgeformte Segment entfernt ist, kanr. der Formzyklus für das nächste Segment wiederholt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Auf Zug beanspruchbare Gummi-Metallfeder mit einer Mehrzahl starrer Metallscheiben, die axial fluchtend ausgerichtet sind und voneinander durch ringförmige Guamielemente getrennt sind, welche in axialer Pachtung untereinander verbunden sind und einen auf axialen Druck beanspruchberen röhrenförmigen Körper bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der röhrenförmige Körper (10) aus einer Mehrzahl einzelner Segmente (18, 2O₅ 22) zusammengesetzt ist, die sich axial über die gesamte Länge der Feder erstrecken und die in Umfangsrichtung im wesentlichen in gegenseitiger Eerührung stehen,

b) daß jede der genannten Scheiben (12) radial von innen lösbar in einen entsprechenden in jedem der genannten Sega·ente (18, 20, 22) gebildeten Schlitz (24) eingeführt ist, wobei dieser Schlitz (2.4) in Ranczonen (24A) blind endet und eine zwischen diesen Randzonen (24A) liegende mittlere Zone (24E) besitzt, die in der radial nach außen liegenden Oberfläche des Segmentes (18, 20, 22) mündet, wobei die Tiefe dieser blind endenden Randzonen (24A) zumindest halb so groß ist wie die radiale Ausdehnung des Segmentes (18, 20 bzw. 22),

c) daß jede der Scheiben (12) für jedes der Segmente (18, .20, 22) einen Lappen (12E) bildet, der durch die genannte mittlere Zone (24b) des betreffenden Schlitzes (24) radial nach außen ragt, und daß

d) jede Scheibe (12) sowie der entsprechende Schlitz (?4) in axialer Richtung wenigstens einen Vorsprung (2S) ■bzw. eine Ausnehmung (28A) besitzen, die zueinander zumindest annähernd komplementär geformt und so ausgebildet sind, daß ein unvorhergesehenes Abgleiten des Segmentes (18, 20, 22) von der Scheibe (12) in radialer Richtung verhindert ist.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die genannten Segmente (18, 20, 22) untereinander gleich ausgebildet sind.

3- Feder nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h gekennzeichnet, daß drei oder vier Segnente (13, 20, 22) vorgesehen sind.

4. Feder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Scheiben (12) kleiner ist als der Innendurchmesser des Gummikörpers (10).

5. Feder ncch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j daß sie Bestandteil des Zugteiles eines Eisenbahnwagens bildet.

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