DE666651C - Gaskompressionsfeder - Google Patents

Description

Das Prinzip der Gaskompressionsfederung ist bekannt. In der Praxis ist diese an sich ideale Feder wenig angewandt worden, weil die Abdichtung der Gaskammer an der Ringfuge zwischen dem Druckkolben und dessen Führung bisher für den Dauerbetrieb, nicht zuverlässig war; denn der natürliche Verschleiß der gegeneinander beweglichen Teile vermindert den Gasabschluß, selbst wenn die Teile mit größter Präzision hergestellt sind. Von den bisher bekanntgewordenen Konstruktionen bzw. Patenten, durch welche die Gaskompressionsfederung für mittlere und hohe Gasdrücke eine praktische Lösung finden sollte, sind verschiedene Ausführungsformen zu erwähnen. Bei der ersten Ausführungsform ist der Kolben des Federapparates von einem Gummischlauch umgeben, dessen Enden am Kolben und am Zylinder befestigt sind, während die zweite mit einem in den Zylinder eingelegten Gummischlauch mit starren Stirnwänden ausgerüstet ist. Die dritte ist gleich der zweiten mit einem Gummischlauch versehen, doch ist dessen Außenseite zur Führung mit Lederstückchen besetzt.

Durch diese Konstruktion wird das erstrebte Ziel nicht erreicht, weil bei allen eine Spannungsdifferenz an der Kolbenringfuge bzw. an der Fuge zwischen dem Zylinder und der vorderen starren Stirnwand des Weichgummischlauches auftritt, so daß in diese Fugen bei mittleren und hohen Gasdrücken der Weichgummischlauch gepreßt und schnell zerstört wird. Bei den beiden letzten Ausführungsformen kommt noch der große Nachteil hinzu, daß durch das gewaltsame Ablösen des Gummischlauches von der Zylinderwand während des Kolbenweges dieser sicher und bei hohen Gasdrücken sogar sehr schnell zerrissen wird, was auch die Lederführungsstücke der -letzten Ausführungsform nicht verhindern können.

Nach der Erfindung wird nicht nur ohne Präzisionsarbeit ein absolut zuverlässiger gasdichter Abschluß der Ringfuge zwischen dem Kolben und dessen Führung, sondern auch ein beliebig langer Federweg bei geringem Gewicht und kurzer Baulänge ermöglicht; ferner kann die Vorkompression beliebig einstellbar sein und die Federanordnung auf Zug und Stoß ansprechen, aber ungleich stark.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Gaskompressionsfeder der zum Abdichten der Ringfuge zwischen dem Kolben und dessen Führung dienende eigenfedrige Ring mit seinem äußeren armierten Rand gasdicht an nicht beweglichen Teilen der Federanordnung befestigt ist und mit seinem freien inneren Teile infolge der Eigenfedrigkeit und infolge des Gasdruckes in der Ruhelage am Kolbenboden anliegt, während des Betriebes hingegen vorwiegend an der Kolbenwandung gasdicht anliegt. Um den gasdichten Ab-

Schluß zu verbessern, kann außer diesem Ring noch eine eigenfedrige Scheibe vorgesehen sein, welche die Gaskompressionskammer abschließt und mit ihrem armierteil, Rand an nicht beweglichen Teilen der Ordnung gasdicht befestigt ist. Ferner an Stelle der vorerwähnten Scheibe in''" Gaskompressionskammer ein gasgefulltes" eigenfedriges Kissen eingelegt sein, welches

ίο unmittelbar an dem abdichtenden eigenfedrigen Ring anliegt. In diesem Falle muß der Durchmesser des Druckkölbens um mehr als die vierfache Wandstärke dieses gasgefüllten Kissens kleiner sein als der lichte Durchmesser des Kompressionszylinders, Zweckmäßig ist die · am Druckkolben anliegende Stirnseite des gasgefüllten eigenfedrigen Kissens verstärkt gegenüber den Mantelwänden.

Es ist auch möglich, die Weichgummischeibe und das gasgefüllte eigenfedrige Kissen gleichzeitig anzuwenden. In diesem Falle muß zwischen beiden eine Stahlplatte liegen, um die Reibung der beiden aneinander zu verhindern. Die Stahlplatte ist zentrisch am Kolbenboden befestigt und kann die Weichgummischeibe nicht berühren, weil diese in ihrem mittleren Teile armiert und zwischen ihr und der Stahlplatte eine Beilegscheibe angeordnet ist.

Falls lange Federwege notwendig sind, kann das gasgefüllte eigenfedrige Kissen von beiden Stirnseiten durch Druckkolben belastet werden. Jeder der Kolben ist dabei mit einem der gegeneinander abzufedernden Teile verbunden, und in einem der Kolben ist das Füllventil für das eigenfedrige Kissen eingebaut. Ein anderes Mittel, um den Federweg zu vergrößern, besteht darin, daß mehrere Kompressionszylinder in einem gemeinsamen Federgehäuse axial verschiebbar hintereinander angeordnet sind. Die Verlängerung des Federweges kann bei Beschränkung der Baulänge auch dadurch herbeigeführt werden, daß innerhalb eines jeden Druckkolbens eine weitere vollständige Gaskompressionsfeder eingebaut ist.

Für Gaskompressionsfedern mit hoher Vorspannung werden die gasgefüllten eigenfedrigen Kissen als ventillose, mit hochgespanntem Gas gefüllte starkwandige Bälle ausgebildet. Gleichzeitig ist das Federgehäuse mit den Abdichtungsringen oder Weichgummischeiben versehen, denn es soll mit vorgespanntem Gas gefüllt sein, dessen Vorspannung der Gasspannung in den starkwandigen Bällen entspricht. An Stelle der gasgefüllten starkwandigen Bälle können auch ventillose, ringförmig ausgebildete Kissen gewählt werden. Sofern von den beiden gegeneinander abzufedernden Bauteilen der eine am Federgehäuse, der andere an einem der Kompressionszylinder angreift, wird die Federanordnung verschieden stark bei Zugkräften und bei Stoßkräften wirken.

Abb. ι zeigt im Längsschnitt eine Stoß- Shhzw._ Tragfeder mit kurzem Federweg in Be-' Teitschaftsstellung,

Abb. 2 Einzelheiten dazu in größerem Maßstabe, Abb. 3 dieselben in Arbeitsstellung.

Um den Kompressionszylinder α gasdicht abzuschließen, ist zwischen diesem und seiner Abschluß- und Kolbenführungskappe ei eine Weichgummischeibe b eingespannt, deren Rand gemäß Abb. 2 armiert ist durch Einvulkanisieren einer durch Strichelung angedeuteten Leineneinlage und eines Kranzes von Stahlstiften m. Die Leineneinlage entlastet die Gummischeibe von Zugspannungen, während die Stahlstifte m den sehr hohen Anpressungs druck der Abschluß- und Kolbenführungskappe d aufnehmen. Ohne eine zweckentsprechende Armierung der Weichgummischeibe b wäre die Abdichtung bei den vorkommenden sehr hohen Gasdrucken nicht zu erreichen. Auf der Weichgummischeibe bzw. auf den Stahlstiften sind zwecks weiterer Abdichtung dünne Lederringe I und hierauf Stahlringe r und auf diesen wiederum Lederringe angeordnet. Die Weichgummischeibe & wird ihren Zweck als Dichtungsmittel erfüllen, so lange die Zugbelastungen unter der Elastizitätsgrenze der gewählten Gummimischung bleiben.

Wenn sich der Kolben e im Kompressionszylinder α hin und her bewegt, schmiegt sich die Weichgummischeibe b infolge des auf sie wirkenden Gasdrucks an Stirn- und Mantelfläche des Kolbens e. Dabei berührt sie die Wandung des Zylinders nicht, weil dessen lichter Durchmesser um etwas mehr als die doppelte Wandstärke der Weichgummischeibe b größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens e. Bei einem genau eingeschliffenen Kolben wird der an der Ringfuge zwischen Kolben und dessen Führung unvermeidbar entstehende Druckunterschied die Weichgummischeibe b nicht in die Fuge drängen. Aber schon bei geringer Erweiterung der Ringfuge auf nur V10 mm wird ein Kompressionsdruck von 50 at im Zylinder a die Weichgummischeibe b, wo sie die Ringfuge überdeckt, außerordentlich stark beanspruchen, sie in die Fuge drängen, und die Scheibe wird mit der Zeit zerstört werden. Um den erwähnten nachteiligen Einflüssen der Ringfuge zu begegnen, ist ein eigenelastischer Ringfugenabdichtungsring c von geringer Dehnung und geringem Reibungskoeffizienten zwischen der Weichgummischeibe b und dem Kolben e so angeordnet, daß er mit seinem

äußeren armierten Rande an nicht beweglichen Teilen der Federanordnung befestigt ist und mit seinem freien inneren Rande infolge der Eigenfedrigkeit und des Gasdruckes ständig gasdicht am Kolben anliegt. Nunmehr kann die Weichgummischeibe bei Rückgang 'des Kolbens durch den hohen Kompressionsdrtick im Zylinder α nicht mehr in die Ringfuge gepreßt werden, da der Ringfugenabdichtungsring c den Weg zur Ringfuge sicher versperrt. Durch die Abb. 2 ist die Stellung des Kolbens e am Anfang seines Federweges gekennzeichnet. In dieser Lage wird er durch die dem Zylinder α durch das Ventil f zugeführte

is Vorkompression gehalten. Die Abb. 2 läßt augenfällig erkennen, daß sich an keiner Stelle des Zylinders α ein Punkt befindet, an welchem sich ein Druckunterschied bilden kann, durch welchen das hochkomprimierte Gas veranlaßt werden könnte, durch die Weichgummischeibe b zu entweichen. Aber nicht nur in dieser Stellung der Feder, in der sie sich während der größten Zeit ihrer Benutzung befindet, sondern auch in jeder anderen ist der Gasabschluß zuverlässig. In Abb. 3 ist die Stellung der Feder am Ende ihres Federweges dargestellt. Die Überlappungsbreite des Ringfugenabdichtungsringes c liegt · um den Mantel des Kolbens e, welchen er infolge seiner eigenen Elastizität schon gasdicht umschließt; auf ihn wirkt aber noch der Kompressionsdruck im Kompressionszylinder a durch die Weichgummischeibe b, wodurch seine Gasdichtigkeit noch erhöht wird. Bei Federn mit sehr kurzem Federweg, wie sie z. B. bei Straßenbahnwagen geeignet sind, kann die Uberlappungsbreite des Ringfugenabdichtungsringes die Ringfuge bis zu 50% des Federweges überbrücken und deshalb nur bei besonders großen Stoßen der Ringfugenabdichtungsring c in die Lage der Abb. 3 kommen. Der Ring würde dann allein für die Abdichtung genügen.

Die Weichgummischeibe b braucht durch die Reibung an der Stirnfläche des Kolbens nicht geschädigt zu werden, da das Kolbenende kugelförmig gestaltet und poliert ist; ferner kann Talkum als Gleitmittel zwischen Kolbenkopf und Gummischeibe b eingestreut sein.

Die Abb. 4 und 5 stellen im Längsschnitt eine Feder mit einem gasgefüllten eigenfedrigen Kissen dar, wie sie z. B. als Puffer für Kraftwagen zu verwenden ist, und zwar in Abb. 4 in Bereitschaftsstellung und in Abb. S in Arbeitsstellung.

Bei dieser Anordnung wird trotz langen Federweges eine Erhöhung der Gasdichtigkeit des Kompressionszylinders erreicht. In der Kompressionskammer α ist ein zylindrisches gasgefülltes eigenfedriges Kissen g, beispielsweise aus Weichgummi, angeordnet, in welches von außen durch das Ventil f Gas von beliebiger Vorkbmpression eingeführt wird. Da das eigenfedrige Kissen g an der Innenwand des Kompressionszylinders α und wie die Weichgummischeibe b nach den Abb. ι bis 3 am Kolbenkopf e und am Ringfugenabdichtungsring c anliegt, wird die Gasdichtigkeit erhöht, denn etwa infolge der wechselnden hohen Druckbelastungen bei wechselnder Wärme im Gefüge der Metallteile entstehende, mit dem Auge nicht erkennbare Poren werden vollkommen abgedichtet und somit Druckverluste vermieden, wie sie bei Zylindern ohne solches gasgefülltes Kissen auftreten können. Damit beim Arbeiten der Federung die Wandung des Gaskissens g an der Innenwand des Druckzylinders α unverrückt liegenbleibt, ist der Durchmesser des Kolbens e um etwas mehr als die vierfache Wandstärke- des gasgefüllten Kissens g geringer als der lichte Durchmesser des Druckzylinders a. In der Arbeitsstellung (Abb. 5) bleibt daher zwischen der Wandung des gasgefüllten Kissens g, welche an der Zylinderwand und derjenigen, die am Kolben liegt, ein Luftspalt 0, wodurch ein Reiben beider Flächen aneinander ausgeschlossen ist. Die Reibung zwischen der Stirnwand des gasgefüllten Kissens g und dem Kolbenkopf e wird auch hier wie bei der Anordnung nach den Abb. ι bis 3 stark gemindert.

Um zu vermeiden, daß bei langem Federweg die vorwiegend arbeitende Stirnseite des gasgefüllten Kissens g zu dünnwandig wird, ist diese verstärkt ausgeführt (vgl. Abb. 8). In Abb. 6 ist der Teilschnitt einer Feder dargestellt, in deren Kompressionszylinder a nicht nur der in Abb. 1 behandelte Ringfugenabdichtungsring c und die Weichgummiabdichtungsscheibe b, sondern auch ein gasgefülltes eigenfedriges Kissen g gemäß Abb. 4 angeordnet sind. Da der Kompressionsdruck im Zylinder α die Stirnwand des gasgefüllten i°5 Kissens g an die Weichgummischeibe b anpressen würde, könnte trotz gleichzeitiger Dehnung beider Teile ihre Reibung aneinander nachteilig sein. Um besonders die Reibungsbeanspruchung der Gummischeibe b auf beiden Seiten zu vermeiden, ist zwischen ihr tuld dem gasgefüllten Kissen g eine vernickelte Stahlplatte h angeordnet, ohne die Gummischeibe b zu berühren. Um die Stahlplatte befestigen zu können, ist die Gummischeibe b in ihrer Mitte mit einer Armierung gemäß Abb. 2 ausgerüstet. Auf deren Stahlstiften m ruht eine Beilegscheibe k, welche gleichzeitig mit der Stahlscheibe h durch die Schraube s mittig am Kolbenkopf e befestigt ist.

Abb. 7 zeigt im Längsschnitt eine Feder, wie sie beispielsweise zum Ausgleich großer

Belastungsschwankungen zwischen Trecker und Pflug mit Vorteil angewendet werden kann. Der Federweg dieser Anordnung muß so lang sein, daß er mit einem einseitig belasteten gasgefüllten Kissen gemäß Abb. 4 kaum erzielbar ist. Deshalb wird das Kissen von beiden Seiten belastet. Mit zwei ineinander verschiebbaren Rohren h und i ist je ein Kolben e verbunden. Zwischen beiden

xo Kolben ist der Kompressionszylinder a mit seinem gasgefüllten eigenfedrigen Kissen g und mit seinen luftdicht eingesetzten Abschlußkappen d im inneren Rohr h verschiebbar eingebaut» Wird an den beiden Zugösen 2 gezogen, so schieben sich beide Kolben e gleichmäßig in den Zylinder und in das gasgefüllte Kissen g. Da hierbei beide Stirnflächen auf Dehnung, wie in Abb. 4 darge-

• stellt, beansprucht werden, sind auch beide verstärkt ausgeführt.

Nach Abb. 9 kann der Federweg beliebig groß gewählt werden, wenn im inneren Rohrstück h mehrere, beispielsweise drei, Kompressionszylinder α axial verschiebbar hintereinander angeordnet sind. Im übrigen entspricht diese Anordnung jener nach Abb. 7. Abb. 10 zeigt im Längsschnitt eine Federanordnung, bei der die Baulänge durch Benutzung ihrer Kolben e als Kompressionszylinder stark verkürzt ist. Die beiden Kolben e sind demzufolge mit Abschluß- und Führungskappen d, Ringfugenabdichtungsringen c und gasgefüllten Kissen g ausgerüstet sowie mit kleineren Kolben q.

Nach Abb. 11 sind starkwandige gasgefüllte Bälle anstatt zylindrischer gasgefüllter verwendet. Solche starkwandigen Kissen können ohne Ventilausrüstung mit hoher Vorkompression ohne wesentliche Volumenvergrößerung angefertigt werden und daher auch ohne Schwierigkeiten in die Kompressionszylinder a eingebracht werden. Wird das-Federgehäuse noch mit vorgespanntem Gas gefüllt, dessen Vorkompression etwa der Gasspannung in den Ballen entspricht, so wird selbst bei langer Betriebsdauer ein nennenswerter Druckabfall in den Bällen nicht zu erwarten sein, falls die Wandungen der Bälle unverletzt bleiben. Um Reibungsschäden zu vermeiden, sind die gasgefüllten Bälle g in einem ihrer Form entsprechend gestalteten, axial verschiebbaren Kompressionszylinder α eingebettet. Die Kolben e, welche in diesem so gestalteten Korn- ■ pressionszylinder gelagert sind, erfordern keine besondere Abdichtung wegen der Füllung des ganzen Federgehäuses mit vorgespanntem Gas. Der gasdichte Abschluß des inneren Rohres ist gewährleistet durch einen Ringfugenabdichtungsring c und eine Weichgummischeibe b (gemäß den Abb. 1 bis 3), welche beide mit ihrer äußeren armierten Ringfläche an der Stirnwand des inneren Rohres gasdicht befestigt sind. Die Weichgummischeibe b ist in ihrer Mitte armiert, damit sie nicht durch den Druck des Stempels r zerstört wird.

Infolge einer Zugkraft bewegen sich die beiden Rohre entgegengesetzt, der Druckstempel r-x drückt auf den Kolben e, dieser auf den ersten gasgefüllten Ball g, dieser auf die Scheidewand im Kompressionszylinder, welche den Druck auf den nächsten Ball und weiter den Doppelkolben e, den nächsten Ball g und so fort überträgt, so daß alle Gaskissen gleichmäßig beansprucht werden. Die in der Stirnwand des inneren Rohres befestigten Zuganker ti sind in der Stirnwand des äußeren Rohres verschiebbar geführt. Vermittels der auf den Zugankern angeordneten Muttern t kann während des Betriebes die Vorkompression im inneren Rohr nach Bedarf eingestellt werden.

Abb. 12 zeigt schließlich eine Zug- und Druckfeder für große Leistungen mit ringförmig ausgebildeten gasgefüllten Kissen g. Die Reibungsschäden werden in der vorbeschriebenen Art vermindert. Von den gegeneinander abzufedernden Bauteilen greift einer am Federgehäuse h, der andere an einem Kompressionszylinder α an, so daß die Federanordnung bei Zug und bei Druck verschieden stark wirkt. Der gasdichte Abschluß des Federgehäuses h, das durch das Ventil / seine Vorkompression erhält, befindet sich in einem besonderen Gehäuse m, durch welches die Zug- und Druckstange frei durchgeführt ist. Die Weichgummischeibe b ist als Sack ausgebildet und mit ihrem armierten einen Ende gasdicht an der Außenstirnfläche des Federgehäuses befestigt, während das andere ebenfalls mittels Leinen mit Stahlstiftarmierung versehene Ende an der Zug- und Druckstange 2 gasdicht befestigt ist. Außerdem ist ein Ringfugenabdichtungsring c an der Innenfläche der Stirnwand des Gehäuses m befestigt und umfaßt mit seiner Uberlappungsfläche einen verstärkten Teil der Zugstange. Wird die Feder auf Zug beansprucht, so schließt der Ringfugenabdichtungsring c die Ringfuge, so daß die Gummischeibe b mit derselben auch hier r'icht in Berührung kommt und deshalb dauernd zm'erlässig die gewünschte Vorkompression im Fördergehäuse erhalten bleibt.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Gaskompressionsfeder, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Abdichten der Ringfuge zwischen dem Kolben (e) und dessen Führung (d) dienende eigenelastische Ring (c) mit seinem äußeren armierten Rande gasdicht an nichtbeweglichen Teilen der Federanordnung be-

   festigt ist und mit seinem freien inneren Teile infolge der Eigenelastizität und infolge des Gasdruckes in der Ruhelage am Kolbenboden, während des Betriebes Jjingegen vorwiegend an der Kolbemvanjl|i-ng gasdicht anliegt. -*^#^;
2. 2. Gaskompressionsfeder nach--** Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß-'die Kompressionskammer (α) durch eine

   ίο eigenelastische Scheibe (b) abgeschlossen ist, die unmittelbar an dem eigenelastischen Ring (c) anliegt und mit ihrem armierten Rande an nichtbeweglichen Teilen der Federanordnung gasdicht befestigt ist.
3. 3. Gaskompressionsfeder nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kompressionskammer ein gasgefülltes eigenelastisches Kissen (g-) eingelegt ist, welches unmittelbar an dem eigenelastischen Ring (c) anliegt und daß der Druckkolben (V) um mehr als die vierfache Wandstärke dieses gasgefüllten Kissens schwächer ist als der lichte Durchmesser des Kompressionszylinders (α).
4. 4. Gaskompressionsfeder nach Anspruch ι und 3, gekennzeichnet durch ein gasgefülltes eigenelastisches Kissen (g), dessen am Druckkolberi (e) anliegende Bodenfläche verstärkt ist.
5. 5. Gaskompressionsfeder nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Verwendung einer Weichgummischeibe (b) nach Anspruch 2 und eines gasgefüllten eigenelastischen Kissens (g) nach Anspruch 3 zwischen beiden eine Stahlplatte (h) am Kolbenboden (e) zentrisch befestigt ist, aber zufolge einer Armierung des mittleren Teiles der Scheibe

   (b) sowie einer Beilegscheibe (k) die Weichgummischeibe (b) nicht berührt.
6. 6. Gaskompressionsfeder mit Abdichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bodenflächen des gasgefüllten eigenelastischen Kissens (g) von Druckkolben (<?) belastet sind, deren jeder mit einem der gegeneinander abzufedernden Teile verbunden ist, wobei in einem Kolben das Füllventil (k) für das eigeinelastische Kissen eingebaut ist (Abb. 7).
7. 7. Gaskompressionsfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kompressionszylinder (α) in einem gemeinsamen Federgehäuse (h, i) axial verschiebbar hintereinander angeordnet sind (A.bb. 9).
8. 8. Kompressionsfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines jeden Drudkkolbens (e) eine weitere ^ßo vollständige Gaskompressionsfeder angeordnet ist (Abb. 10).
9. 9. Gaskompressionsfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllten eigenelastischen Kissen als ventillose, mit hochgespanntem Gas gefüllte starkwandige Bälle (g-) ausgebildet sind, während das mit Abdichtungen nach den Ansprüchen 1 und 3 versehene Federgehäuse durch ein Ventil (w) mit entsprechend vorgespanntem Gas zu füllen ist (Abb. 11).
10. 10. Gaskompressionsfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ventillosen gasgefüllten eigenelastischen Kissen (g) ringförmig ausgebildet und die beiden gegeneinander abzufedernden Bauteile an dem Federgehäuse (a) bzw. an dem Kompressionszylinder (p) angreifen, so daß die Federanordnung bei Zug und Stoß aber verschieden stark wirksam ist (Abb. 12).

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen