DE7015774U - Druckfeder. - Google Patents

Description

Die Erfindung "betrifft die Druckfederanordnung, bestehend aus einer Säule aus elastomere^ Kunststoff, die an ihren Enden fest angeordnete, radial überstehende Stützflächen aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckfederanordnung der vorstehend geschilderten Gattung dahingehend zu verbessern, dass sie eine grössere lastaufnahmefähigkeit bei längerer Lebensdauer erhält. Erfindungsgeinäss wird diese Aufgabe durch eine Druckfederanordnung gelöst, bei der die Säule einen sich zu den Enden hin verringernden Querschnitt, sowie ein Längen/Querschnittsverhältnis aufweist, das ein Ausknicken unter Druckbelastung verhindert, und dass die zur Säulenlängsachse parallelen Tangenten an die Säulenfläche am "übergang zu den Stütsflächen einen sich radial nach aussen öffnenden spitzen Winkel nit den Stützflächen

einer besonders vorteilh^£*eli Ausführungsform der Srfin-

dung ist die Säulenfläche mindestens an einem Ende konvex gekrümmt. In einer weiteren Portbildung des Srfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die elastomere Säule mindestens an einem Ende Halbkugelform besitzt und die zugeordnete Stützfläche tangential zur Säulenfläche liegt.

Yfeitere Torteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie aus den weiteren ünteransprüchen.

Ss zeigen:

2?igur 1 eine Seitenansicht einer bekannten Druckfederanordnung;

KLgur 2 eine Seitenansicht einer weiteren bekannten Druckfederanordnung ; ^^

Pigar 3 und 4- Vefformungsdiagr^anieunter Last der in iigur 1 gezeigten Druckfederanordnung;

Sigar 5 und^-tCen !Figuren 3 und 4 ähnliche Diagramme, jedoch ^-^-^^ bezogen auf eine gegenüber der Ausführungsform gemäss Pigur 1 modifizierte Ausführungsform mit einer zentralen Bohrung;

Figur 7 ein Terformungsdisgramm einer Druckfederanordnung, bei der das Längen/Querschnittsverhältnis der elasto— meren Säule UBter Druckbelastung ein Ausknicken erlaubt;
8 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfin-

dungsgemässen Druckfederanordnung;

Figur 9 bis 16- Seitenansichten weiterer modifisierter Ausführungsforaen der erfiMungsgenässen Druckfederanordnuag und
17 ein I»ast-Verfonaungs-Schaabild.

Die in Figur 1 dargestellte bekannte Druckfederanordnung aus einem elastomeren Werkstoff besitzt an ihren beiden Enden Stützflächen 1 und 2, von denen eine trägt und die ande re durch die Feder getragen wird. Diese Stützflächen 1 und 2 besitzen Lastaufnahmeflächen 3 und 4, die einander gegenüberliegen und an den beiden Enden eines Elastomer-Körpers 5 von gleichförmigem Querschnitt befestigt sind. Dies stellt die bekannteste Art einsr Druckfeder dieser Gattung dar.

__ Wenn diese bekannte Druckfederanordnung eine vertikale Last f~\ aufnimmt, die eine Verformung auf etwa 8C$ ihrer ursprünglichen Höhe hervorruft, verschiebt sich die obere Stützfläche 2 in die gestrichelt angedeutete Position 2a, während der inkompressible elastomere Werkstoff sich zu der gestrichelt angedeuteten Kurve 6 auswölbt. Die Figuren 5 und 4 zeigen den entsprechenden Spannungsverlauf in einer durch die Achse des Slastomerkörpers 5 gelegten Radialebene. Beim "Übergang vom unbelasteten Zustand (Figur 3) zu dem voll belasteten Zustand (Figur 4) werden die ursprünglich quadratischen lietzbereiche in Figur 3 verzerrt* Da sich die oberen und unteren Seiten der Quadrate einander annähern, wird die aussenlie-

gende Seite jedes der Quadrate radial nach aussen gedrängt. j

Während die figuren 3 und 4 die Spannungssehaubilder für einen
massiven Slastoserkörper zeigen, stellen die !figuren 5 und δ
analoge Schaubilder für einen Slastomerkörper dar, der eine
zentrale Bohrung oder Öffnung 7 aufweist. Es ist zu erkennen,
dass auch hier die gleiche .art der Verzerrung stattfindet.
DIs oasres und unterem. Seiten der eingezeichneten Quadrate
sshexa sieh einander, während sich jedoch die in der Sähe j der Trraerihntyrn-n.tr 7 liegenden Seiten der Quadrate nicht radial { nach aussen bewegen, so dass die Bohrung 7 auch in voll beia- | steten Zustand gesäss 2igar 6 weitgehend den gleichen Durch- ] messer anfweist, öea sie la unbelasteten Zustand geaäss Figur j

I 5 D83itzt. Die j&nssenseiten der Quadrate v/erden jedoch wieder 1

radial nach aussen ,geazücki. Der Griand für diese Radial- ' \

verschiebang oder -verzerrung nach aussen ist der, dass eine |

Bewegung des üferkstoffes in Hicijtuag auf dis zentrale Achse |

eine Compression des 23.asto=iers oder eine Verkeilung mit dem I

Resultat eines gezzztgexert Ianesaurcbi^sssers voraussetzen j

würde, während die Bewegung nach aossea lediglich durch aLe I

Ring- oder Unfangsspatnnusg in den elastoseren Körper aufge- |

noimaen wird. Ba aber elastosere Merkstoffe sich etwa dreimal |

so leicht durch Zugspannung als durch JDtruckspannung verfonaen |

1 lassen, ifct es einleuchtend, dass: auob in dieses Jalle den

Werkstoff den Veg des geringston Widerötäüdes^ also nach
wählt. Zentrale BoB'rQögea, wie z*B. dx© suhzniag J,
fig zur Dürcfcfütaffig

od. dgl. vorgesehen. Sei der Druckfederanordnung gemäss Sigur 1, mit oder ebne zentrale Bohrung, hat sieh gezeigt _t dass bei einer ausreichend grossen Last zur Terfcrsung des Slastomerkörpers 5 um mehr als 20 $ seiner unbelasteten Höhe die Druckfederanordming bei dynaiaiseher oder Schwellbelastung rasch zu Bruch geht. Die Schadensursache beruht auf einer ausgesprochenen Ermüdung, die ihren Anfang durch Einreissen der Aussenkanten an der Verbindungsstelle zwischen dem elastomeren Körper und den Stützflächen 3 und 4 nimmt. Dieses Sinreissen des elastomeren Körpers kann an öedes Punkt am äusseren Uisfangsrand des Körpers einsetzen» Diese Bereiche sind in der Zeichnung ext; des 3ezugszeiehen 8 versehen. ¥enn einmal ein Riss begonnen hat, pflanzt er sich radial nach innen fort. Gleichzeitig v/erden die Peder eigenschaft en der Druckfederanordnung ausserordentlich verschlechtert, so dass für praktische Bedürfnisse die Lebensdauer der Druckfederanordnung zu Ende ist.

Es ist bereits versucht worden, die Lebensdauer der bekannten Sruckfederanordnungen nach J'igur 1 durch die Konstruktion gemäss S¹IgUr 2 zu verbessern. Bei dieser Konstruktion besitzen die Stützflächen 9 und 10 Lastübertragungsflächen 11 bzw» 12, die ebenfalls an den beiden gegenüberliegenden Znden eines Elastoinerkörpers 13 befestigt sind. Der ElastonerkÖrper 13 weist ' wieder einen gleichförmigen Querschnitt in seinen Mittelteil auf, besitzt jedoch nahe an seinem Ende eine radial nach aussen verlaufende Verstärkung 14, die eine vergrösserte Bindefläche

— D —

zwischen dea islastoser und den Stützflächen 9 und 10 darbietet. Zwar stellt diese Konstruktion gesMss Figur 2 eine Yerbesserung gegenüber der 23rue^ederanorair;irig ge^äss !Figur 1 dar. Sie besitzt jedoch iia wesentlichen die gleiche 3eschrän!cung ihrer !üragfäiiigkeit, die darin liegt, dass zur Erzielung einer ausreichenden Lebensdauer die Belastung keine Terfomiung des elastssieren Zörpers !»ervomtfen dar£, die nebr als tZQfi seiner {" .. unbelasteten Höbe beträgt. ¥ird diese Belastungsgrenze übersciirltten, so treten lüfsder Brüche des Elastomers auf, die längs der durcb stricblierie Mnien 15 angedeuteten Bereiche einsetzen, in jedes Ealle τοη aussen her OsgXTmsn und sich radial i^acb innen fortpflanzen.

!Figur 3 zeigt eine erfinätsagsgargiss e j)mclcf:ederanordnung mit Stützflächen 16 wz& 17, von denen eine trägt und die andere getragem wird, und die lastücertragungsfläcben IS und 19 aufweisen, riittels welcher die Stützflächen 16 und 17 an den einander gegenüberliegendalt jsaden eines Slastoserkörpers 20 befestigt sind. Bie Eaden 21 und 22 des eXastoneren Körpers oder der elastoaeren Säule besitzet, einen Terringerten Querschnitt bezogen auf den angenähert in aer Kitte zwischen den Stützflächen liegenden caxisalen Querschnitt, In der speziellen Ausführungsforza beträgt die Querschnittsfläche an den Enderi 21 und 22 angenähert nur etwa ein Viertel der mazinalen laittleren Queerschnittsflache..

Die Pigar 17 zeigt bei 23 die Säst-Yerföraüügs-Zurve für die bekannten Bruckf e&eranordnüngen gesäss &&n Figuren, i Uild 2·

• *

Sei diesen wird "bei Toller Last, d.h. bei 100 ^, die Slasto- -j mersäule um ewa 2Ο5& ihrer unbelasteten Höhe komprimiert. ^: Dies liegt bereits nahe an der maxmalen statischen Belastung, die die Druckfederanordnung überhaupt aufnehmen kann und dabei gleichzeitig eine eiüigermassen brauchbare Lebensdauer bei auftretender dynamischer und Stoss- oder Schwellbslastung liefert» 2s können zwar zeitweilige statische "Überlastungen i! r\ ohne wesentliche Schädigung der Druckfeder aufgenossseu werden· f Wenn diese "Überlastungen jedoch während längerer Betriebsdauer der Druckfederanordnung auftreten, führt das erfabrungsgesäss zu einer ganz erheblichen Verkürzung der Lebensdauer«

Die Last-Verformungs-Kurve 24 für die Druckfederanordnung ' gemäss Pigur S lässt erkennen, dass die federkennlinie für geringe Belastungen zuerst flacher verläuft. Dies beruht auf der Wirkung der verringerte! Querschnittsflächen an den

Enden der Elastomersäule 20, die selbstverständlich in einer geringeren Druck&.ufnahmeflache resultiert. Daraus folgt, dass die Elastomersäule sich leichter verformen lässt, d.h.

Sj " eine weichere Feder darstellt. Bei einer Verformung um 50^ beträgt die Belastung bereits 400?£ derjenigen Belastung, die durch die bekannten Federanordnungen gemäss Figur 1 trad 2 als Dauerbelastung aufgenommen werden können, obwohl diese bekannten Federn das gleiche Elastomervolumen wie diejenige gemäss Figur 8 aufweisen. Diese 4fache Laststeigerung wird jedoch ' keineswegs auf Kosten der X-ebessdauer gewonnen. {Datsächlich liegt die Lebensdauer bei der Druckfederanordnung

— 8 — i

1 gemäss Figur 8 mit einer statischen Belastung, die eine Ver-

ι formung von 50 $ der unbelasteten Säulenhohe ausmacht, gleich oder ist sogar grosser als diejenige der bekannten Siruckfederanordnungen gemäss den Figuren 1 und 2, wenn dies© Belastungen mit einer Verformung um nur 20$ ihrer unbelasteten Höhe aufnehmen müssen. Bei einer Verformung um 35$ beträgt die statische Belastbarkeit der Druckfederanordnung gesäss Figur 8 200 $ von derjenigen, die die bekannte DruckTederanordnung gemäss den Figuren 1 und 2 aufzunehmen in der Lage ist.Auch hier ist davon ausgegangen, dass die bekannten Anordnungen die gleiche unbelastete Höhe und das gleiche JäÜastQ-mervolumen wie die Ausführungsform gemäss Figur 8 besitzen. Das führt zu einer grösseren Lastaufnahmefähigkeit mit einen - . erheblich grösseren Sicherheitsfaktor für Überlastungen.

Bei einer Verformung um 50$ liegt die Federkennlinie bei statischer Last bei der Ausführungsform gemäss Figur 8 bei — - etwa 400$ derjenigen der bekannten Federanordnungen, selbst ζ wenn diese die gleiche unbelastete Höhe und das gleiche Slastomervolumen besitzen.

Sie Figuren 9 bis 15 zeigen Modifikationen der grundlegenden Ausführungsform gemäss Figur 8. Alle diese Modifikationen besitzen im wesentlichen gleiche oder ähnliehe Eigenschaften. In diesen Figuren sind die entsprechenden 2eile der Sruckfeeeranordnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; ■wie diejenigen in Figur 8, weisen jedoch zusätzliche Buchsta— auf. Die Last-Verfon-ungs-Surven dieser modifizier-

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[ iimm mim

ten Anordnungen und deren iebensdauercharakteristik sind durchwegs vergleichbar mit denjenigen bei der Ausführungsform gemäss ?igur 8.

Bei der Ausführungsform geaäss Figur 9 ist das Hauptaugenmerk auf eine Vereinfachung der Giessform gerichtet. So lässt z.B.· · die 3¹IgUr 8 erkennen, dass zwischen den Enden der Elastomerf säule und den unmittelbar anschliessenden Stützflächen ein spitzer, ziemlich scharfer Winkel besteht. Dies erfordert
jedoch einen scharfen Abschnitt in der G-iessform, um die genaue Anpassung an die Stützflächen 16, 17 zu gewährleisten, die letztlich getrennte Seile aus einem anderen Material, z.3. Hetall, darsteilen, und mit denen das Elastomer verbunden
wird. Diese Stützflächen werden natürlich so geformt und ausgelegt, Ua die as sie gestellten. Anforderungen hinsichtlich ihrer Belastsragsfähigkeit zu erfüllen. Sie können beträchtig lach ±a i&rer Gestaltung voneinander und auch von den einfachen elementaren Gestaltungen gemäss ^igur 8 abweichen.

ur nun, vie vorstehend erläutert, die Giessformkonstruktion sa vereisfache* sind swisc&ezi äen. Enden 21a und 22a der Slasto-—ersäale 20a «zd des anliegenden Stützflächen 16a bzw. 17a cüsie Scieiseii oder Hän-se 25_s 26 aus Elastomer vorgesehen. Diese SLastosersoseioe^. köimes, -sie die SLgar 9 zeigt, die "^ors ei—äs cSEse^i Zslles In Querschnitt aufweisen. Sie können Jecacii sscii jede allere geeignete 2br3 besitzen. Die Dicke

Seüg!r-?7; aas elaa-so^gren zferVsto£f -«rird so gewählt,

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dass -sie zu einer Beeinflussung der 'Iragfabigkeitscharakteristik nicht ausreicht, so dass diese im wesentlichen eng über der Ausführungsform gexnäss I?igur 8 unvermindert bleibt. Der tatsächlich erzielte Vorteil dieser Konstruktion besteht lediglich in der Vereinfachung der Herstellung. Sei einer Belastung, die eine Verformung um 50$ der unbelasteten Höhe hervorruft, ist die 'Gestalt der Jeder gemäss Eigur 9 die gleiche v;ie diejenige, die in Pigur 8 durch die gestrichel=· ten linien 27 angedeutet ist. 3ei einer Verformung der Peder gemäss Pigur 8 um 5O7S ihrer unbelasteten Höhe wälzt sich die Elastomersäule auf die Lastübertragungsflächen 18 und -19 auf. Da bei der Ausführungsform gemäss ÜTigur 9 jedoch- die Lastübertragungsflächen 18a und 19a durch die Scheiben 25 bzw. 26 aus Gummi od. dgl. abgedeckt sind, stellt sich ein Gummi -Kontakt zwischen der Elaäomersäule 20a und den Scheiben 25, 26 ein. Dies verursacht zwar einen gewissen Sch euer effekt, der jedoch die Gesamtlebensdauer der Druckfederanordnung nicht merklich beeinträchtigt.

3ei der Ausführungsform gemäss Pigur 10 sind in den Enden der Elastomersäule 20b Metallelemente 28, 29 ±n Porm relativ dünner Metallplatten eingebettet und slt den Enden. 21b und 22b verbunden. Die Aussenf lachen der lietallplatten 28, 29 liegen bündig mit den Stirnf lachen 21b, 22b der Slastomersäule 20b. Xa Betrieb vrerden die Metal !platten 28, 29- an Stützflächen 16b, 17b, die gestrichelt dargestellt sind, befestigt. Diese Stützflächen 16b ssä 17ö besitzen

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wieder Lastübertragungsflächen, 18b bsw. 19b* die sich radial nach aussen über die Stirnseiten 21b und 22b erstrecken und auf denen bei auftretender Belastung die verforate Blastomersäule abrollt. Die Ausführungsform gemäss Figur 10 lässt sin in Verbindung mit einer grossen Mannigfaltigkeit hinsichtlich Gröpse und Gestalt unterschiedlicher Lastträgerflächen einsetzen. Sei voller Belastung besitzt die Elastomersäule 20b vieder die gleiche Form v?ie sie "äei 27 in Pigur 8 dargestellt ist.

Die Ausführungsform gemäss 5¹IgUr 11 ist ähnlich derjenigen in Figur 10, unterscheidet sich jedoch darin, dass die au den Metallplatten 28 und 29 bei der Ausführungsform geinäss Figur 10 analogen Metallplatte^ 30 und 51 geringfügig in die Stirnseiten 21c und 22c der Elastomersäule 20c eingelassen sind. Daraus resultiert, dass bei einer Befestigung dieser Platten an Stützflächen 16c und 17c die emporstehenden Ränder 32 bzw. 33 in Kontakt mit den Lastübertragungsflächen 18c und 19c gepresst werden, unter voller Belastung der Feder nimmt diose ebenfalls die bei 27 in Figur 8 gezeigte Gestalt an, wobei die Ränder 52 und 35 nach innen auf die zentrale Achse der Feder zu gerichtet sind und auf diese Weise der diese Ränder usgebende elastomere Werkstoff die Bindung zwischen des Elastomer und den Platten 30 und 31 vor unzulässiger Verzerrung schützt. Der Vorteil der Ausführungsfora geaäss Figur 11 gegenüber derjenigen ges-äss den Figuren 8 oder 9 steht wieder darin., dass dadurch die Q-i

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vereinfacht wird.

Die Feder gemäss PIgur 12 ist ähnlich derjenigen Slgur 11, jedoch sit der Ausnahme, dass die stirnseitigen Metallplatten
54 und 55 in die Stirnseiten 21 d und 22d der Slastoaersäule
2Od eingelassen, mit diesen verbunden und von liuten 56, 37
Begeben sind. Diese Säten stellen Entlastungsnuten gegen auf—
/■" tretende Spannungen oäsr Belastungen der Bindung zwischen des

Slsstozier und den Platten 34, 55 dar, werm diese an Stützflächen
Iod tmä 17c. befestigt werden. Belastungen oder Spannungen die- -

durch eine Stegfläehe 44 voneiassder getresnt. Diese Aushöhlungen können dazu dienert, ^ösitiönierungseitirichtiingön wie z.3.

α UXX OtT ciux utru σ tu & sax jl sun σχι ΐσβ

terer Torteil der Aushöhlungen 41, 42 besteht ää£iti_t

saz Art Itözmsn aufgrund von ünglelchmässigkeiten der Lastüber- ]

1Sd und 19g oder aufgrund unvermeidlicher Eer- ' Λ

stelltsngstoleranzsn entstesen. Die xÄst-Terfonaungs-Charalcteri- I

stlk and die iebensdaser der Aasführungsfona, geaäss j?igur 12 \ sind wieder gleich «ie diejenigen geaäss den vorstehend dislcu- ' tierten Ausführungsf£>r2sn. gsi-äss den figuren 8 bis 11. I

Die Peder ger^ss 2igur *3 ähnele derjenigen geaäss Mgur 10. |

Davon abv/eichend sind jedoch Katallplatten 33, 39 in die Stirn- |

selten 21e und 22e der Slastönersäule 2Oe eingelassen, vrelche |

Bohrungen 40, 41 für Zemstifte aufweist. Diese Zernstlfte |

dienen zur Ausbildung von Aushöhlungen 42, 45 in der Slasto- j mersäule. In der Säulensaitte sind die Aushöhlungen 42,

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Kernstifte als ¥ärmeübertragungs elemente in das Innere der Slastoiaersäule 2Oe dienen und dabei den Yulkanisations— Vorgang unterstützen. Sie Aushöhlungen 42 und 43 haften keinen merklichen Einfluss auf die Last-Terfonaungs-Charakteristik, die la wesentlichen denjenigen der iasführungsjonnen genäss den Piguren 8 bis 12 gleicht.

Die AasfBhrangsfoTn gesäss lügar 14 1st nahezu identisch Eit derjenigen gssäss 5¹IgUr 15» jeüocb 1st die zentrale Stegfläche 44 fortgelassen, so dass also die SLastozsersäuie 20? eine zentrale Bohrung 43 zsr SiarcbfShrsag eiser Schraiilje aufweist, welche^die ^eder geslcöert usd befestigt

Die Pedern gesäss den S'iguran 8 bis 14 "besitzen eine a konveze oder in allgemeinen kugelfönnige Ziäche, die die Stützflächen an ihren Enden unter eines spitzen Winkel trifft. Demgegenüber besitzt die iusfübrasgsiOrzi gsaäss 5¹ 15 eine Elastomersäule 20g, die abgeschrägte 46, 47 besitzt, welche unter einem spitzen Winke"?, in Richtung auf die Stirnflächen 21g, 22g verlaufen. Diese Stirßfläcfcea 21g und 22g sind wieder alt den Lastübertragungsflächen 18g bzv/. 19g entsprechender Stützflächen 16g und 17g verbunden. Der Winkel zwischen den abgeschrägten Endflächen 46, 47 und den Üastübertragungsflachen 18g und 19g ist ein spitzer, so dass das Elastomer die ,Möglichkeit einer Auswölbung unter einer auftretenden Druckbelastung und einer daräti anschliessenden Abrollbewegung in Kontakt mit den Sastiiber-

tragungsflachen "besitzt. Saraus resultiert der gleiche Schutz der Verbindung mit den Stützflächen, den auch die 3£ugel±g ausgebildete Fläche bei den verstehend besch^iebeneii Ausführungs— formen "bietet. Die Last-YerfoTsungs-Gharakteristik der !Feder gemäss Figur 15 ist weitgehend die gleiche wie diejenige geinä3s den voranstehend diskutierten Ausführungsforiaen (Pigur 8 bis U).

Die Figur 16 zeigt mehrere übereinander angeordnete Federn, von denen 3ede eine Ausbildung besitzt, die derjenigen der Aasführungsform gemäss Figur 8 ähnelt. Biese einzelnen Federn sind übereinander angeordnet τχη,ά bilden eine Druckf ederanordnung, die eine grössere Yerformung erlaubt. Die speziell in ]?igur 16 dargestellte Druckfederanordnung ussfasst drei Slasto-Eersäulen 20h» die übereinander angeordnet und durch dazwischen liegende, lait ihren Enden 2"h, 22h verbundene Stützflächen getrennt sind. Die Funktion und Ausbildung dieser Stützflächen entspricht genau denjenigen der Stützflächen 16 und 17 in Figur S.

Die Ausführungsforzi gemäss 5¹ZgUr 16 wird zv/eckmässigerweise gleichzeitig geformt und mit den Stützflächen verbunden. Das er- "textet die Anordnung einer untersten Stützfläche 16h und einez* obersten Stützfläche 17h sit lediglich zwei dazwischen liegenden Stiltzf lächea oder Platten 48 und 49, die gleichzeitig 2täaä%g2M&h&uk für di# &&z&üäez* zugeordneten Enden der Elastomer= säulen 20a darstellen, Würde man die in Figur 16 gezeigte

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-anordnung aus drei getrennt voneinander geformten Einheiten herstellen und sie übereinander anordnen, wurden die Platten 48 und 4-9 jeweils aus zwei Stützflächen gebildet sein, die miteinander befestigt sein können. Koaxial zur Mittelachse der Platten und der SLastomersäulen 20h verläuft eine zentrale Bohrung 50, die zur »aufnahme einer Schraube oder eines Stabes Λ -Z AW^ 4 Τ^ϊ··». λα ""3 .vO*.*-*.-^». Ο-^ά¹**. "Ζ^ν»Λ»ν^Λ. **c-5 -wi^-s. >s^ ^v-»» ■»«jä.ä-**^^-^*^». .μ» ^ a

«i^va*« =^ΐΤ 0WAVÄÄWA, Vväv a-GiTTTi ^^*Ä^ VU-¹VA. JB£«*£^«.^« «^JU-W ehe funktionen, ausüoeji, \coza osispielsweise eine Tor oder eine Sicherung oder eine Hücsspriingbsschränkang zäbleu kaszä· Darüberhinaus kann der zentrale Stab die Aufgabe einer führung bei einer Yertikalverforsang der Slastoaerfeder haben»

Die Eedem gesäss den Figuren 3 bis 16 enthalten -nor se SlastoHsr säulen, die eine zregelsässige Quer schnitt sforst, z.B. eine kreisförmige, eine elliptische, eine ovale, eins längliche usw. aufweisen.

Die Federn geinäss den !figuren 8 bis 16 besitzen in Betrieb ähnliche Verhaltensweisen und Charakteristiken und haben dai'übez'hinatts-~4ie bisher höchste Energiespeicherkapazität und die längste Lebensdaue^-Jae^zogen auf die Gewichtseinheit der Pedern. Gerade aufgrund der besonderen Gestaltung lässt sich

trotz der zu erwart enden abnormal hohen dynamischen Druckspannungen und Druckverformungen eine lange Lebensdauerürisielen. Die Kontur der Elastomersäule senkt die auftretenden Spannungs- und yerssr^ungskonz-entrationsn in der 2?ähe der 3efestigungs— stelle an den Lastübertraguugs- und Aufnahmeflächen aus steife-

ren Werkstoffen, z.B. Metall, erheblich herab. Daraus folgt, dass die Elastomersäule abnormal hohe Druckverzerrungen aushält, ohne dabei an anderen Stellen im Elastomer lokalisierte hohe Spannungskonzentrationen zu erzeugen. In einem mit einer Ausführungsform gemäss Figur 8 durchgeführten Versuch wurde diese bei einer Verformung auf etwa die Hälfte ihrer ursprünglichen. Höhe einer Wechselbelastung unterzogen, wobei ⁽ sich nach nahezu 300 000 Selastungszyklen immer noch kein Anzeichen eines Hisses oder Bruches erkennen liess.

Ss sind nehrere durch die erfindungsgemässe Gestaltung bewirkte Faktoren, die au dieser Verbesserung beitragen« Hater Belastung wölbt sich das Elastomer nach aussen und "waist sich über die Lastaufnahmeflächen, mit denen die Saulenenden verbunden sind. Diese Wirkung setzt bereits bei leichter Belastung ein.« Der spitze Winkel zwischen der Elastomer- s säule und den Stütsf2a"chen an der Verbindungsstelle erlaubt dieses JLasvöibes und Abwälzen über die Verbindungskante hinweg, "oevor sich la dieser Ssste eine boäe Spannung aufbauen üconnte. 3ei zgaecnenäer Belastung steigt die Spannung und Verzerrung as der Yerbinäuagskaste nur wenig. JDies liegt teilweise daran, dass die Siasto^ersäsis sich bereits auf der Lastaufnahse— fläche ein Stück abgeaälst hat; und dadurch die Veroindungskäste vor eingeleitetes Sparmtnigen schütst. Seilveise liegt dies aacä daran, dass c=rci die &össlsazig die Spannung in der SlastozLersäsle gleichförmig verteilt eird. Der 2eil der SLasto- =Lsrsäule, äesr sics üiier seine ¥^rb±rLf^sngs>ante hlz&ag auf die

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Lastaufuafcmeflache abgewälzt hat und dort aufliegt, übernimmt nun einen grSsser^n Anteil der Belastung, d.h. mit anderen t/orten der Lastübertragungsquerschnitt ist nunmehr grosser. Biese Änderung vollzieht sich bei zunehmender Belastung. Selbst bei boher Last ist die ausgewölbte äussere Säulenfläche der Bereich &©r Säule, der die höchste Spannung und die hödste Verzerrung erfährt. Auch hier bestehen jedoch keine ( ernstlichen oder gefährlichen Spannungskonz entr at ionen _t da die freie AtxswSIbung der Säule an deiner Stelle behindert wird.

Die Pedeacsteifigkeit der erfindungsgemässen Feder nimmt ini-t zunehmender Belastung zu. Das bedeutet, dass diese Feder eine einer hohen Belastung angepasste Feuerwirkung entgegensetzt, ohne dabei su steif bei geringer Belastung zu sein. So wird beispielsweise bai der Ausführungsfonn gemäss Figur S unter leichter Belastung die Last ±n erster Linie durch die ^ in Querschnitt verringerten Jsnden 21, 22 der Säule übertragen.. Dasit ist hinsichtlich ,ihrer Eeäersteifigkeit diese Feder mit der Slasto-zersäsle vergleichbar, die in gestrichelten Linien 51 and 52 angedeutet ist. Bei weiter steigender Belastung wälsen sich die gelrrf;-~ten Flächen 55, 54- nach aus sen ab und gelangen in Zlontakt nit den Lastübertragungsflächsn 18, IS. dadurch erhöht sich der Vraftübertragende Querschnitt der Hlasi^sersäsle zwischen den Stützflächen und dessstsprechend such die Fsderstelfigkeit. In vollbelastetem Zustand, der in '21^Ir 3 =it den gestrichelten Linien 27 angedeatet 1st, liegt eine =asslve₉ sjHndrische 2Q.asto2ersäule

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zwischen den gestrichelten Linien 58, 59 vor, die im Durchmesser merklich grosser als die durch die gestrichelten Linien 51, 52 gekennzeichnete Elastomersäule ist. Sie hat selbstverständlich eine dementsprechend grössere lastübertragende Querschnittsfläche. Die konvexe oder halbkugelförmige äussere Säulenfläche 60, 61 im Bereich der Stirnenden hat sich in diesem Stadium auf die zugeordneten Lastübertragungsflächen f ? 18, 19 abgewälzt* Die Elastomersäule hat sich somit im Bereich ihres Mittelabschnittes auf den durch das Bezugszeichen 62 gekennzeichneten Durchmesser verdickt. In dem durch diese gestrichelte Linie angedeuteten Zustand ist das Yolumen der S3rä'stomersäule völlig unverändert, während jedoch deren Gestalt im Sinne einer erheblichen Querscbnittsves-grösserung verändert wurde und deshalb Spannungskonzentrationen an. bestimmten £unken, die bisher zum vorzeitigen Ausfall führten, verhindern kann. Im übrigen ist diese progressive Zunahme der Eontaktfläche weitgehend unabhängig von der ixt nand Ausbildung der Stützflächen 18, 19. Ss lasst sich in Grossen und Ganzen dieselbe Charakteristik erzielen, unabhängig davon, ob diese Stützflächen 18, 19 rauh oder glatt oder gescbmiert oder trocken sind. Ganz offensichtlich bewirkt die Elastomer— säule eine Kraftübertragangsfunktion in dea Augenblick, in dem sie mit den Stützflächen in Kontakt tritt und es besteht keinerlei Neigung der BZLastosersäsle, längs der Lastübertragungsflächen zu rutschen oder gleiten. Das konnte darauf zurückzuführen sein, dass die r»?xi""al spannung is. GsTFrai s"&ets in den Sandflachen in der Mitte -zwischen den. Snden der Säule auf-

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tritt. Ia diesem Bereich präsentiert sich die Spannung als Ring- oder Usfangsspaunung, die den inkompressiblen Gucaiwerkstoff in Kontakt nit den Iiastübsrtragungsfläche» 18 und 19 zu halten sucht· unter Umständen kann dieser Effekt auch auf die breite Verzerrungsverteilung längs der KontäktfläiJaen zwischen dem Elastomer und öen Lastübertragungsfiächen zurückzuführen sein.

Dia bei hoher auftretender Yerzerrung eines lange Lebensdauer zu erhalten, müssen die folgenden strukturellen Eigenschaften gegeben sein:

Erstens muss die Elastomersäule ein Längen/Querschnittsverhältnis aufweisen, das ein Ausknicken unter Druckbelastung verhindert (Applied Mechanics, Puller ani Johnston, ToI. II, copyright 1919, pp. 21, 346-364). Der nachteilige Einflusis des Ausknickens ist schematisch in den !Figuren 7 und 17 veranschaulicht. Die Elastomersäule 53 gemäss Pigur 7 ist an ihren Enden mit Metallplatten 54 und 55 verbunden. Da das Yerhältnis ihrer Höhe zu ihrer Breite zu hoch ist, nämlich 4s1 beträgt, besteht eine ausgesprochene Neigung der Säule auszuknicken und die in gestrichelten Linien gezeigte C-Form einzunehmen. Sobald das Ausknicken einsetzt, wird die aufgebrachte Belastung als Biegebelastung übertragen, nicht dagegen als Druckbelastung. Da bezüglich einer Biegebelastung elastomerer Werkstoff sehr weich und nachgiebig im Vergleich zu der Übertragung von Druckbelsgcungen ist, folgt die Last-Yerformungs-

kurve der nahezu horizontal verlaufenden gestrichelten Linie -j 56 (Figur 17) Ms die Seiten der C-Form miteinander in Kontakt
kommen und die aufgebrachte Druckkraft unter Entstehung direkter Druckspannungen zwischen den Platten 54- und 55 übertragen. In diesem Zeitpunkt steht jedoch die Feder praktisch
zu Block.· Erst hier steigt die Last-Yerformungs-Kurve längs
des gestrichelt gezeichnetes Zweiges 57 in Figur 17 an» Die ; geringe Sragfähigkeit..dieser Feder im Ausknickbereich ist
selbstverständlich höchst unerwünscht.

des Vorstehenden und aus der angegebenen xdteraturstelle ^ ergibt sich, dass die Jiäzige oder Söhe eines Slastomerzylin- | aers von gleicaförsigea Querschnitt nicht grosser als das Zv/ei- |

1 fache des Durchmessers "betragen soll. Dann wird das die 2rag- I

iäbigkeil; verringernde Ausknicken verhindert oder beschränkt. · Sie kritischen Abmessungen, bei denen ein Ausknicken noch
stattfinde*, sind in de? einschlägigen, 2eehnik bekannt und
sind espirisch eraittelt v/orden.

Zweitens soll die Querschnittsflache der Elastomersäule, die ι

zur übertragung geringer Belastungen dient, erheblich kleiner |

sein als die rsaxiaale Querschnittsfläche zwischen den Säulen- |

enden. Sie soll z.3. ©In Zehntel bis die Hälfte dieser Quer- I

scEnittsfISchä bötrag:ea. Ia der Atisführungsform gemäss Figur jj

S beträgt cliöse 31äcb$ für leicbtö Belastungen etwa ein Vier- |

tel der aazissaleii Öü6rsciiili1itsflache »/Isciien den Säulenenden., I

Λ1 s drittes sollen die Baden der Slastomersäule von ihrer TerbindtzsgsstelXe mit den X-astübertragungsfläehen unter einem spitzen Winkel su diesen divergieren. Dadurch wird die Voraussetzung geschaffen, dass unter einer Belastung die Blastomersänle -alt diesen !Flächen in Kontakt tritt und sich darauf abwälzt oder anrollt. Im Jtarehsebnitt ist ein Winkel von 15 si«; 45° ss'gsehbg?^ lin ??iig von konvexen oder gekrümmten Säulen- ^-- iläci2en, wie z.3. bei der ^ScsfübTungsform gemäss irigur 8,sollte der yjT>VAi au£ balses ¥ege zvfischen den Eaden des Srüjamungs-,gesessen werden«

ils viertes sollte das sjjisciaen der Projektion der Slastomersäde auf die Zastübertraga*X3flachen und den zugeordneten Stirnseiten der SLastonersäale is unbelasteten Zustand . vorbandene lTolu-:eB gerit^ger seisals das vex-schobene Volumen an elastoserea ¥er3cstor£, wenn die Seder unter voller Belastung zusazaengespresst ist· Uea Hegt der Gedanke zugrunde, dass durch Herstellung eines lastübertragenden Sontalctes mit den Baden derSlastossrsäalei Spanniingskonzentrationer in der Häfce der iastübertragungsHächen verieden v/erden.

Slastoaere Werkstoffe sind praktisch inkorspressibei, so dass die Elastomersäule tmter Belastung unabhängig von ihrer Gestalt ihr Voiuäen kotistäst halt· Sei dea bekannten Druckfederanordnungen, in deöea die Slatstonersäule eine praktisoh zylindrise-he lo^äge"hung besitzt« vertorsachen dynasische Verzerrungen von mehr als 15 Ms 20 $5 Spannüngskonzentrationspankte, an

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denen das Elastomer reisst und seine !Tragfähigkeit verliert. Die Spannungskonzentrationspunkte "befinden sich an oäer nahe den Ausisenkanten der Verbindungsstelle zwischen dem Elastomer und den stirnseitigen Stützflächen. Jn der erfindungsgeiüässen Anordnung werden Spannungskoiizentrationen in der Bähe der Verbindungsstelle zwischen dem Elastomer 20 und den Lastuberiragungsflächen deshalb vermieden, veil die Aussenfläehe O der Elastomersäule ausgehend von den stirnseitigen Stützflächen unter eines spitzen Winkel divergiert» Durch diese Gestaltung der Säuienenden rollt das Elastomer sieb gegen die stirnseitigen Stützflächen um seine Endabschnitte ab, bevor die Belastung im Werkstoff Yerte annimmt, die zu unzulässigen lokalisierten "Verzerrungen führen können* Auf diese Weise wird die "Verbindungsstelle der stirnseitigen Platten mit den Säulenenden vor unzulässigen Spannungen bewahrt. Aufgrund dieser be&anderen Gestaltung wird die zulässige Verzerrung für den Dauerbetrieb von einem bisher für möglich gehaltenen Maximum von 20 $£ auf ein Maximum von 35 i* oder darüber angehoben. Das bedeutet, dass die erfindungsgemässe Druckfederanordnung einem Dauerbetrieb bei einer Belastung standhält, die die Elastomersäule um 35$ oder mehr ihrer ursprünglichen Höhe verformt. Demgegenüber war dies bei den bekannten Druckfederanordnungen nur bis zu einer Verformung von 20 $ der ursprünglichen Säulenhöhe möglich. Saraus resultiert ein erheblicher Anstieg des Sicherheitsfaktors für eine lange Betriebsdauer und unter Belastungen, die die Elastomersäule im Bereich von S^ oder aärubex- verformen. Vor allem von Bedeutung ist dieser Sicherheitsfaktor für

β» rf**·

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"Überlastungen aufgrund plötzlich auftretender Stösse, die eine noch grossera Verformung hervorrufen.

Sie Gestaltung der Elastosersäule ist nicht kritisch, solange

\ gewährleistet ist, dass das Elastomer sieh in direkter Druckverbindung zwischen den Xastübertragungsflächen "befindet und die Abmessungen so gewählt sind ,dass ein Ausknicken verhindert wird* 3s siiain der Praxis bereits kugelförmig und wulstföraig ausgebildete Säulen sit kreisförmiges., ovalea und Querschnitt ztsx Anwendung

Je kleiner der¥inkel zwischen den Säulenenden und der an— schliessenden Lastübertragungsfläche ist, eine desto geringere Siegung der Blastonsrsäule tritt in diesem Bereich sei einer Druckbelastung auf. Weiterhin ist die Zug- und Schubspaanung an der Aussenkante der Verbindungsstelle usso niedriger, jie kleiner das Verhältnis der Querschnittsflächen an dea Säulenenüen zu der maximalen Querschnittsfläche der Säule 1st» Daraus folgt, dass bei einea kleinen ¥inkel and eines grossen Querschnittsflächetiverhältnis keine grossen Spannungen oder Verzerrungen sich an der Verbindungsstelle oder· im Bereich der Kontaktfläche aufbauen, bevor die Verbiadungskante von ä&a. sich ausv/ölbenden und alt zunehmender Belastung abwälzenden Elastomer beüeGkt ist. Eine weitere Zunahme der Belastung verursacht nur ein geringfügiges Ansteigen der Spannung oder &er Verzerrung a'a der Verbindungsstelle oder den Segrenzungsrand der Eontaktfläche, was in erster ünie darauf zurückzufahren ist,

dass das Elastomer, welches sich über die VerbinätmgskatLte hinweg abgewälzt hat, als eine Spa.tmungsbeMn£erimg v/irJct. Das Elastomervoliunen, das sich auf öeu iastübertraguagsflächen abgewälzt hat und nun dor* aufliegt, trägt- ebenso einen Teil der Druclclast und bewirkt sosit eiaa Vergrösserung der Sruckübertragimgsilache- Dies vollaiebt sich» sobald die Last erhöht wird. Selbst "bei hohen Belastungen liegt der Bereich mit der höchsten Spannungs- und Yeraerxungssesnspruchung in der ausgewölbten äusseran Säuleafläche« Selbst bier jedoch sind auftretende Spannu&Jskonzentrationen. nicht von ernster Bedeutung, da hier keine das Jjusvölben behindernden Stellen vorliegen.

Claims (10)

1. > 1 ■

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   "i, JJruckfederaaesässag» bestehend aus einer Säule aus elastoiaereia. ZuEststoff, die an ihren Enden fest angeordnete, xasial üaersteäende Stützflächen aufweist _t dadurch gekennzeicbnet, dass die Saale (20» 20a "bis 20h) einen sicn zu den Enden izin verringernden Querschnitt sowie ein Längen/ Qaerschnlttsrerhältnis aufweist, das ein Ausknicken unter Drsck'selastsmg verhindert, und dass die zur Säulenlängs- achse parallelen Sangenten an die Säulenfläche im Bereich des Übergangs zu den Stützflächen (16, 17; 16a bis 16h* 17a Ms ΐ7ή) einen sich radial nach aus sen öffnenden spitzen ¥inlcel sit den Stützflächen einschliessen.
2. 2. 3z&ckfeaez:v&B9äVmAS nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ^assetifläche der Slastosersäule (20, 20a bis 20h) Dindestens an einem Säulenende konvex ist.
3. 3. lüruckfeäer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche der Slastomersäule (20) mindestens an einem Snde halbkugelig geformt ist und tangential zu d#r zugeordneten, Stützfläche (16, 17) verläuft.
4. 4- Drv.ckAede&»w nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Aussenfläche (46* 47) der Slastomersäule (20g)

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   mindestens an einem Ende abgeschrägt ist·
5. 5.. Druckfeder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomersäule (2Oe, 2Of) mindestens von einem Ende ausgehend eine zentrale fön albohrung (40, 41, 45) besitzt.
6. Q 6« Druekfedee nach eines oder mehreren, der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet» dass mindestens an eines 2nde der Säule der Säulenqueraefcnitt nicht grosser als annähernd die Hälfte des zwischen den Saalesenden liegenden Kaxiiaalquerschnitts ist.
7. 7. DruckfederantJimiimc nach eines oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, üass die Eöhe der Elastomersäule tiicht merklich grosser als ihr isaxisaler Durchmesser ist.
8. 8. Druckfeder*ft«e4ftaag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die SLastomersäule eine sich zwischen den Säulenenden erstreckende äussere Hut aufweist.
9. 9* Druckfedeas nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die liefe der Mut zwischen den Enden der Säule zunimmt *
10. 10. BcucKfedeaaä nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Stützflächen einen sich mit der Verbindungsstelle zur Säule in gleicher Eichtung erstreckenden Ketallteil sowie einen weiteren,sich über die Verbindungsstelle radial hinaus erstreckenden Seil aufweist.