DE716112C - Biegungsfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung ^erstrebt eine Verbesserung der auf Biegung beanspruchten Federn, insbesondere der Blattfedern, indem durch Vorbehandlung und Gestaltung des Federquer-Schnitts einmal die unter der Belastung auftretenden Zug- [und Druckdauierbiegungsbeanspirachungen in ihren Größen den entsprechenden zulässigen Werkstoffwerten angepaßt werden, und weiterhin durch Einbringung von Vorspannungen in die. durch das äußere Biegungsmoment am höchsten beanspruchten Randfasern des Federquerschnitts mit einer den dort auftretenden Belastungsspannungen entgegengesetzten Größe die zulässige tatsächliche Belastungsfähigkeit der Biegungsfedern zu steigern bei größter Sicherheit und höchster Lebensdauer.

Die Ergebnisse bekannter Festigkeitsuntersuchungen zeigen, daß für den gleichen Werkstoff bei der für Biegungsfedern zugrunde zu legenden Dauerbeanspruchung die im Quer schnitt der gebogenen Feder auftretenden Druckspannungen erheblich größer sein dürfen als die größten Zugspannungen. Diese Tatsache ist darin begründet, daß die reine Dauerfestigkeit gegenüber einer Druckbeanspruchung bei Federwerkstoffen höher liegt

- als gegenüber einer Zugbeanspruchung, ferner daß die -bei Dauerbeanspruchung auf die zulässigen Spannungsgrößen vermindernd einwirkenden Einflußzahlen der Oberflächenbeschaffenheit der Feder und der Werkstoffkerbempfindlichkeit der Druckbeanspruchung gegenüber im allgemeinen wesentlich kleiner sind als gegenüber der Zugbeanspruchung. Diese Erkenntnisse haben bereits zur Ausbildung von Federblattquerschnitten geführt, bei denen bei der üblichen, rein elastischen Beanspruchung die Zugspannungen kleiner sind als die Druckspannungen, indem in dem Federquerschnitt die neutralen Fasern von der gezogenen Randschicht einen kleineren Abstand hatten als von der auf Druck beanspruchten Randschicht.

Zur Erhöhung des Arbeitsvermögenseiner Blattfeder wurde ferner bereits ein anderer Weg beschriften, indem Biegungsfedern eine Belastung durch eine Vorbehandlung von einer solchen Größe erfuhren, daß in den Randschichten des Federquerschnitts bis zu einer gewünschten Eindringtiefe die Fließgrenzenspannung überschritten wurde, somit eine Kaltverformung der Randscbichten eintrat. Nach Wegnahme der zugehörigen Belastung verblieben in den Randfasern Eigenspannungen, die den. Spannungen aus der betriebsmäßigen Belastung entgegengesetzt sind. Die aus der äußeren Belastung der Feder herrührenden Spannungen können nun um die in den Randschichten vorhandenen Eigenspan-

*) Van dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Theo Held in Düsseldorf und Dipl.-Ing. Theo CIeff in Krefeld.

nungen vergrößert werden, ohne daß hierdurch die tatsächlichen Spannungen in den Rand zonen sich erhöhen. Dieses bekannte Mittel der Spannungsminderung durch Einbringung entgegengesetzter Vorspannungen wurde zur Erzielung gleich hoher Vorspannungen in beiden Randschichten bisher nur bei Federblattquerschnitten zur Anwendung gebracht, bei denen die neutralen Fasern gleiche Abstände von den Randfasern hatten.

Der Erfindungsgedanke besteht darin, aus unter Vorspannung stehenden Biegungsfedern die größtmögliche Werkstoffatisnutzung herauszuholen, indem in den Randfasern des Federquerschnitts Vorspannungen erzeugt werden, deren Richtungen entgegengesetzt den eigentlichen Betriebsspannungen sind, wobei der Federquerschnitt so gestaltet ist, daß sich die tatsächlichen Betriebszug- und -druck-Spannungen zueinander verhalten wie die Dauerfestigkeiten auf Zug und Druck des Federbaustoffes. Durch Vorbehandlung der Feder werden in dem Querschnitt zunächst Eigenspannungen erzeugt, die in den gedrückten und gezogenen Randschichten durch eine entsprechende Wahl der Querschnittsform verschieden groß sind, deren Werte in den Randschichten etwa den zulässigen Werkstoffwerten entsprechen, die für die Zug- und Druckseite verschieden sind. Da der Querschnitt der Biegungsfeder so zu gestalten ist, daß· auf der Zug- und Druckseite die jeweils höchstzulässigen Vorspannungen und tatsächlichen Belastungsspannungen nach Möglichkeit erreicht werden sollen, ergibt sich je nach der Einzelgröße dieser gegebenen Werte eine unterschiedliche Lage der neutralen Fasern, Jedenfalls muß aber der Abstand der höchstgespannten Druckfasern von den neutralen Fasern ein kleinerer sein als der Abstand der höchstgespannten Zugfasern von den neutralen Fasern, und zwar um mindestens 80/0.

An Hand eines Ausführungsbeispiels sei der Erfindungsgedanke nochmals erläutert.

Die Abb. 1 zeigt in Ansicht eine an Fahrzeugen allgemein übliche, als Blattfeder ausgebildete Tragfeder.

Die Abb. 2 gibt den Querschnitt nach der Schnittlinie 2-2 stark vergrößert wieder.

Die Abb. 3 zeigt einen anders gestalteten Blattfederquerschnitt, zu dem an Hand der Abb.. 4 die Spannungen erläutert werden. Der in Abb. 3 dargestellte Blattfederquerschnitt ist in der Zughälfte beiderseits ausgenommen, so daß die neutralen Fasern N ~· — Ν einen größeren Abstand e, von der Grenzschicht der Zugseite haben als von der Grenzschicht der Druckseite. Der Abstand der höchstgespannten Druckfasern von den neutralen FasernN~·-Ν ist mit e-d bezeichnet. Die Eigenspannungen in dem Querschnitt seien durch Kaltverformung hervorgerufen. Die Größen und Richtungen der Spannungen sind beiderseits der Nullinie A — · — Ä aufgetragen. Die durch die Vorbehandlung sich ergebenden Eigenspannungen sind erkennbar aus dem Linienzug BC O' C B' in Verbindung mit der Nullinie A — · — Ä. Die diese Spannungen darstellende Fläche ist schraffiert. Die in den Randschichten verbleibenden Spannungen A B und A' B' sind in diesem Fall den durch die Betriebsbelastung hervorgerufenen Spannungen entgegengesetzt. Die in Abb. 1 dargestellte Feder wird bekanntlich in der Mitte am Bund unterstützt und an den beiden Federenden belastet, so daß sich in der oberen Hälfte jedes Federblattes Zugspannungen und in der unteren Hälfte Druckspannungen ergeben. Die Betriebsbelastung bewirkt Span- ⁸« nungen, die sich über den Querschnitt gemäß der von dem Linienzug B C O' C B' und D E E'D' eingeschlossenen Fläche verteilen.

Bei Betrachtung der Randschichten zeigt sich, daß die in diesen verbleibenden Eigenspannungen A B bzw. A' B' in einer bestimmten Gesetzmäßigkeit mif dem Abstand des betreffenden Randes des Quei'schnitts von den neutralen Fasern N — · — N anwachsen. Die der äußeren Belastung entsprechenden Spannungen i?Z> und B' D^! in den Randschichten sind direkt verhältnisgleich den Abständen^ ' und ea der Randschichten von den neutralen Fasern, jedoch ist die höchste tatsächliche Spannung in den betrachteten Randschichten bei der größten äußeren Belastung, der die Gesamtspanniing B D und B'D' entsprechen soll, kleiner, nämlich nur gleich AD und A¹D'. Je größer die Vorspannung, desto 1°° größer kann die Belastung" werden, ohne daß die tatsächlichen Spannungen A D und Ä D' überschritten werden. Nach Wahl der Lage der neutralen Fasern N — · — N kann also die Größe der Vorspannung den höchstzulässigen '"5 Werkstoffwerten angepaßt werden und damit die der äußeren Belastung entsprechende Spannung B D und B'D' auf die höchst erreichbare Größe gebracht werden, ohne daß die tatsächlichen Spannungen A D und A'D' ^uo sich vergrößern und damit die Lebensdauer der Feder gefährden. Weiter wird durch die Wahl der Lage der neutralen Fasern N — · — N die tatsächliche Beanspruchung des Querschnitts auf der Zug- und Druckseite entsprechend den Spannungen A D und A' D' in den Randfasern nach den Erfahrungen der Dauerbeanspruchungsforschung so gestaltet, daß AD kleiner als A'D' ist und sie sich zueinander verhalten wie die Dauerfestigkeitszahlen auf Zug und Druck des betreffenden Federwerkstoffes.

Claims (1)

1. Patentanspkuch:
   Biegungsfeder, z. B. Tragfeder, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schaffung einer der Betriebsspannung !entgegengesetzt gerichteten Vorspannung durch plastische Verformung der Federquerschnitt so gestaltet ist_r daß die Entfernung der neutralen Faser von der höchstbelasteten Druckfaser wenigstens 80/0 geringer ist als von der höchstbelasteten Zugfaser.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen