DE3509923C2 - Federelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges Federelement ist beispielsweise aus der GB 870 367 bekannt. Dieses Federelement weist einen Grundkörper bestehend aus elastomeren Material auf, wobei Kompressions­ kräften, welche in Richtung der Hauptachse des Grundkörpers zwischen den Enden des Grundkörpers wirken, aufgrund einer Kompression des Grundkörpers entgegengewirkt wird. Hierzu ist der Grundkörper etwa in einer Mittelquerebene von einem Ring eng umfaßt, der eine Versteifung des Grundkörpers bei Kompression bewirken soll. Dieses Federelement ist besonders für solche Einsatzzwecke bestimmt, bei denen keine Zug­ spannungen während des normalen Gebrauchs auftreten. Als Federelement für Fahrzeugaufhängungen oder -federungen, die im normalen Fahrbetrieb auch Zugspannungen ausgesetzt sein können, ist das bekannte Federelement jedoch nicht sonderlich geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federelement mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend weiterzubilden, daß eine stabile Kompressionscharakteristik über einen weiten Kompressionsbereich erzielbar ist, wobei das Federelement eine geringe Scherungssteifigkeit zur Aufnahme relativ großer Querbewegungen aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Nach der vorliegenden Erfindung enthält das Federelement einen Grundkörper aus elastomerem Material, welcher sich zwischen einem Paar von einander gegenüberliegenden Endbereichen erstreckt, wodurch Kompressionskräften, welche in einer ersten Richtung auf die Endbereiche einwirken, durch Kompression des elastomeren Grundkörper entgegengewirkt wird; der Grundkörper aus elastomeren Material hat eine im wesentlichen symmetrische Gestalt gesehen in einem Querschnitt um eine Hauptachse des Federelements, welche sich in der ersten Richtung erstreckt; der Grundkörper aus elastomeren Material ist im wesentlichen massiv in Nachbarschaft des ersten der Endbereiche und im wesentlichen hohl in Nachbarschaft des zweiten der End­ bereiche; der Grundkörper aus elastomeren Material hat ferner eine fortschreitend zunehmende äußere Querschnittsabmessung über einen ersten Teil der Länge des Grundkörpers, welcher sich von dem ersten Endbereich aus erstreckt, und eine fortschreitend abnehmende äußere Querschnittsabmessung über einen zweiten Teil der Länge des Grundkörpers, welcher sich zu dem zweiten Endbereich hin erstreckt.

Ein erfindungsgemäßes Federelement unterscheidet sich deutlich von üblichen Federelementen, die als Stundenglasfedern (vgl. z. B. die GB-PS 1 586 068) bekannt sind. Der Unterschied besteht im wesentlichen darin, daß über einen Teil der Länge des Federelementes, gesehen in der Kompressionsrichtung, bei der Erfindung die Außenabmessung fortschreitend zunimmt, währen die Außenabmessung über den Rest der Länge fort­ schreitend abnimmt. Der Umstand, daß über einen Teil des Federelements eine fortschreitend abnehmende Abmessung vorgesehen wird, führt überraschenderweise zu einer großen Fähigkeit des Federelements, sich an relative Querbewegungen anzupassen, wie dies bei üblichen Federelementen unter ähnlichen Kompressionsbeanspruchungen nicht der Fall ist. Umgekehrt ist das Federelement nach der Erfindung im Vergleich zu üblichen Federelementen mit einer ähnlichen Querflexibilitätsfähigkeit in der Lage, größeren Kompressions­ beanspruchungen zu widerstehen.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung nimmt der erste Teil der Länge des Grundkörpers zwischen den End­ gliedern, gesehen in der ersten Richtung des Grundkörpers, wenigstens 50%, vorzugsweise zwischen 60 und 90%, ein.

Insbesondere kann der Grundkörper aus elastomeren Material hohl über wenigstens 40%, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 und 70%, der Länge des Grundkörpers sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eines der Endglieder des Federelements durch eine Metallplatte gebildet.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn ein starres Glied von einer äußeren Oberfläche des Grundkörpers dann berührt wird, wenn dieser einer Kompression unterworfen wird.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß das starre Glied durch einen äußeren Abschnitt des Endgliedes gebildet wird.

Die Höhlung des Grundkörpers aus elastomeren Material steht vorzugsweise in Belüftungsverbindung zum Umgebungsdruck. Wenn dabei der zweite der Endbereiche eine starre Platte aufweist, ist die Platte vorzugsweise mit einer Öffnung ausgestattet, welche mit der Höhlung in Strömungsverbindung steht, wodurch ein Luftstrom oder ein Strom eines anderen umgebenden Mediums zu und von der Höhlung möglich ist.

Vorteilhafterweise weist der Grundkörper in der Querebene eine Kreisringform auf.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Federelement mit einem Luftfederelement einer Fahrzeugaufhängung oder Fahrzeugfederung kombiniert, wobei das Federelement außerhalb des Luftfederelements in Reihe zu diesem angeordnet ist, um der Kompressionsbeanspruchung zu widerstehen, welcher die Fahrzeugaufhängung bzw. -federung während der normalen Benutzung ausgesetzt ist.

Besondere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungsmöglich­ keiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Schnitt ein erfindungsgemäßes Federelement in unbelastetem Zustand,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen von Fig. 1, wobei das Federelement unter Kompression steht, und

Fig. 4 einen Schnitt eines Federelements entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein Federelement 10 enthält nach der Erfindung einen Grundkör­ per 11 aus elastomerem Material von im allgemeinen kreisförmi­ ger Querschnittsgestalt; der Grundkörper 11 liegt zwischen zwei metallischen Endplatten 12, 13 und ist mit diesen verklebt.

Der Grundkörper 11 hat einen ersten Teil 14 mit fortschreitend zunehmendem Durchmesser, gesehen in einer Richtung weg von einer ersten der Endplatten 12; über den verbleibenden zweiten Teil 15 hat der Grundkörper 11 einen fortschreitend abnehmen­ den Durchmesser. Der Grundkörper 11 ist symmetrisch um die Hauptachse 19, welche parallel zu der normalen Richtung der Kompressionsbeanspruchung des Federelements 10 liegt.

Der zweite Teil 15 und ein Teil des ersten Teils 14 des Grundkörpers 11 sind ringförmig im Querschnitt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, und bilden in dem Grundkörper 11 eine Höhlung 16. Die Höhlung 16 hat U-Gestalt, wie man aus dem Querschnitt der Ebene der Fig. 1 ersieht, und erstreckt sich von der zweiten Endplatte 13 aus über annähernd 60% des Abstandes, in welchem die beiden Platten 12, 13 voneinander liegen.

Die Querschnittdarstellung von Fig. 2 ist in einer Querebene zwischen dem ersten und zweiten Teil 14, 15 angefertigt, d. h. in einer Ebene des maximalen äußeren Durchmessers. Diese Ebene liegt in einem Abstand von der ersten Endplatte 12, welche etwa 70% des Abstandes entspricht, durch welchen die beiden Endplatten 12, 13 voneinander getrennt sind.

Die erste Endplatte 12 hat die Form einer Scheibe, die zweite Endplatte 13 ist jedoch ringförmig, wodurch ein freier Luftstrom zu und von der Höhlung 16 erfolgen kann.

Die beiden Endplatten 12, 13 haben einen im wesentlichen ähnlichen äußeren Durchmesser, welcher annähernd dem maximalen äußeren Durchmessers des Grundkörpers 11 entspricht. Unter höchsten Lastbeanspruchungen können Endplatten dieser Abmessungen hinreichend sicherstellen, daß bei Kompressions­ beanspruchung des Grundkörpers 11 die Endplatten 12, 13 eine Abstützung für die äußeren Oberflächen 17, 18 der jeweiligen Teile 14, 15 des elastomeren Körpers 11 darstellen.

Fig. 3 zeigt das Federelement 10 von Fig. 1, wenn es unter Kompressionsdruck steht; die Endplatten 12, 13 stellen eine Abstützung für die jeweiligen Teile der äußeren Oberflächen 17, 18 des elastomeren Grundkörpers 11 dar.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Fig. 4 veranschaulicht ist, hat das Federelement insgesamt zwei Rücken-an-Rücken angeordnete elastomere Grundkörper 21, die beide im wesentlichen so gestaltet sind wie der elastomere Grundkörper 11 der ersten Ausführungsform.

Die beiden elastomeren Grundkörper 21 sind mit ihren massiven Abschnitten 22 benachbart zueinander angeordnet, während ihre hohlen Abschnitte 23 jeweils nach außen weisen.

Die massiven Abschnitte 22 der beiden Grundkörper 21 sind an den einander gegenüberliegenden Oberflächen einer Metall­ platte 24 angeklebt; die Einheit aus der Platte 24 und den beiden Grundkörpern 21 ist zwischen einem Paar von metalli­ schen Endplatten 25, 26 festgeklebt, von welchen jede ähnlich der zweiten Endplatte 13 ist, welche in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde; die Endplatten 25, 26 haben also einen Durchmesser, der annähernd dem maximalen äußeren Durchmesser des Grundkörpers 21 entspricht, außerdem haben sie jeweils eine Entlüftungsöffnung. Die Platte 24 hat einen äußeren Durchmesser, der im wesentlichen demjenigen der Endplatten 25, 26 gleicht.

Federelemente nach der Erfindung eignen sich insbesondere für die Anwendung in Fahrzeugaufhängungen oder -federungen.

Ein Federelement, wie es oben im wesentlichen beschrieben wurde, eignet sich für die Anwendung in einer Kammer eines Luftfederelements für die Zwecke der Abstützung im Falle eines teilweisen oder vollständigen Druckausfalles der Luftkammer. Ein Federelement nach der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus außerhalb des Luftfederelements eingesetzt werden, und zwar in Reihe mit diesem.

Claims (11)

1. Federelement (10) für Fahrzeugaufhängungen oder -fede­ rungen mit einem ersten und zweiten starren Endglied (12, 13), die einander gegenüberliegend mit Abstand zueinander angeordnet sind, mit einem Grundkörper (11) aus elastomeren Material, der sich zwischen den Endgliedern (12, 13) erstreckt und mit diesen verbunden ist, wobei Kompressionskräften, welche in eine erste Richtung auf die Endglieder (12, 13) wirken, aufgrund einer Kompression des Grundkörpers (11) entgegengewirkt wird, und der Querschnitt des Grundkör­ pers (11) eine symmetrische Form in Bezug auf eine sich in der ersten Richtung erstreckende Hauptachse (19) aufweist, wobei der Grundkörper (11) in dem Bereich des ersten Endgliedes (12) massiv ist und in dem Bereich des zweiten Endgliedes (13) eine Höhlung (16) über 10% bis 80% der Länge des Grundkörpers (11) aufweist, und der Grundkörper (11) in Abwesenheit von äußeren, in der ersten Richtung wirkenden Kräften zunehmende äußere Querschnittsabmessungen über einen sich an das erste Endglied (12) anschließenden ersten Teil (14) der Länge des Grundkörpers (11) sowie abnehmende äußere Querschnitts­ abmessungen über einen sich hin zum zweiten Endglied (13) streckenden zweiten Teil (15) der Länge des Grundkörpers (11) besitzt, und der zweite Teil (15) sich wenigstens über 10% der Länge erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale äußere Abmessung der Verbindungsfläche zwischen dem ersten Endglied (12) und dem Grundkörper (11) geringer ist als die maximale äußere Abmessung der Verbindungsfläche zwischen dem zweiten Endglied (13) und dem Grundkörper (11), und der erste und zweite Teil (14, 15) jeweils ein gekrümmtes, konvexes äußeres Profil (17, 18) gesehen in einer die Hauptachse (19) enthaltenden Ebene, aufweist.

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (14) wenigstens 50% der Länge des Grundkör­ pers (11) zwischen den Endgliedern (12, 13), gesehen in der ersten Richtung des Grundkörpers (11), einnimmt.

3. Federelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (14) zwischen 60 und 90% der Länge des Grundkörpers (11) einnimmt.

4. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) über wenigstens 40% der Länge des Grundkörpers (11) hohl ist.

5. Federelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) über etwa 50 bis 70% der Länge des Grundkörpers (11) hohl ist.

6. Federelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines seiner Endglieder (12, 13) durch eine Metallplatte gebildet ist.

7. Federelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein starres Glied von einer äußeren Oberfläche (17, 18) des Grundkörpers (11) dann berührt wird, wenn dieser einer Kompression unterworfen wird.

8. Federelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Glied durch einen äußeren Abschnitt des Endgliedes (12, 13) gebildet ist.

9. Federelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung (16) in Belüftungs­ verbindung zum Umgebungsdruck steht.

10. Federelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) in der Querebene (2-2) eine Kreisringform aufweist.

11. Federelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Luftfeder­ element einer Fahrzeugaufhängung oder Fahrzeugfederung, wobei das Federelement (10) außerhalb des Luftfederelements in Reihe zu diesem angeordnet ist, um der Kompressionsbeanspruchung zu widerstehen, welcher die Fahrzeugaufhängung bzw. -federung während der normalen Benutzung ausgesetzt ist.