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Drehfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge Der Wunsch, bei Drehfedern
an Baulänge einzusparen bzw. zu kurzen Drehfedern mit großem Verdrehwinkel zu gelangen,
hat zum Bau mehrelementiger Drehfedern geführt. Durch die meisten dieser Drehfederanordnungen,
gleichgültig ob sie aus um die ideelle Federachse gruppierten Lamelllen oder Stäben
zusammengesetzt sind, werden diese Federelemente einer zusammengesetzten Biegungs-
und Verdrehungsbeanspruchung oder bei gelenkiger Einspannung der .einen Enden der
Federelemente lediglich einer Biegungsbeanspruchung unterworfen. Die Biegungsbeanspruchung
wächst bei gleicher Verdrehung im Verhältnis zum radialen Abstand der Elemente von
der pDrelifederachse,während die Verdrehungsbeanspruchung unabhängig von diesem
Abstand lediglich dem Verdr.eh-«vinkel der Feder entspricht. Auch bei zusätzlich
durch die OOuerkräfte auf Schub beanspruchten Federelementen wächst die Schubbeanspruchung
mit dem Radialabstand dgs Elementes. In jedem Falle ist daher die Kombinationsbeanspruchung
auf Biegung und Verdrehung oder auf Querkraftschub und Verdrehung in dem Sinne abhängig,
daß mit wachsendem Radialabstand der Elemente von der Drehfederachse das Verhältnis
der konstant bleibenden Verdrehungsbeanspruchung zu der Biegungs- bzw. Ouerkraftschubbeanspruchung
zurücktritt. Die Ausnützung der kombinierten Beanspruchung wird daher mit dem wachsenden
Radialabstand immer ungünstiger.
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Es ist allerdings bereits bekannt, die Drehfederelemente über Hebeleinrichtungen
und mechanische Zwischenglieder zu beanspruchen, so daß jedem einzelnen Element
der entsprechende Teil des Gesamtmomentes übertragen wird. Diese Anordnung ist jedoch
vielteilig und infolge der Hebel und Zwischenglieder teuer und schwer. Auch ist
infolge des Platzbedarfs für die Hebel eine günstige Raumausnützung nicht möglich.
Die
Erfindung bezweckt nun, eine mehreleinentiäe Drelifelier zu schaffen, bei der die
einzelnen Elemente im wesentlichen nur auf Verdrehung beansprucht sind. Durch die
Ausschaltung der Schub- und Biegebeanspruchungen werden alle Elemente, unabhängig
von ihrem Radialabstand, von der ideellen Federachse gleich beansprucht, so daß
beliebig viel Elemente ohne Rücksicht auf ihren Raclialabstan,l angeordnet werden
können.
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Die Drehfederelemente sind in bekannter Weise uin eine ideelle oder
materielle Drehachse angeordnet und'Zugspannungen durch freie Axialverschieblichkeit
der Lamellen oder deren Einspannmittel ausgeschaltet. Das Wesen der Erfindung besteht
dein Bekannten gegenüber darin, daß die Lamellen an ihren beiden Enden um im wesentlichen
zur Drehachse senkrecht liebende, ideelle oder inaterielle Achsen drehbar gelagert
sind, so daß wesentliche Schub- oder Biegungsbeanspruclitingen der Federlamellen
vermieden werden.
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In der Zeichnung dienen die Fig. i und -2 zur Erläuterung der Erfindung;
die Fi-.3 bis 9 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele dar.
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In Fig. i sind zwei mit ihren Zapfen i, i' drehbar gelagerte Scheiben
2, 2 fest mit den Federlamellen 3, 3' verbunden, so daß sie als an beiden Enden
eingespannte stabförmige Elemente anzusehen sind. Werden die Scheiben durch die
Momentkräfte in, na' gegenseitig um einen Winkel x verdreht, so treten in
den Stäben neben den durch die Kräfte t, t' dargestellten Verdrehungsbeanspruchungen
Schubspannungen s, s' und Biegungsspannungen b, b'
auf. Die durch die Schub-
und Biegungsspannungen bewirkten Rückstellkräftewirken auf die Scheiben 2,:2' mit
einem Rückstellmoment, das außer dem Verdrehungswinkel a auch dein Radius r der
Scheiben proportional ist. Lediglich das Verdrehungsmoment t, t'
cler Lamelle
ist vom Radius unabhängig und nur dem Winkel x proportional. Das Rücks.tellmornent
t, t' ist also unabhängig von dem radialen Abstand der Lamelle gegenüber
den Zapfen i, i' und stets nur der Verdrehung der Lamelle in sich entsprechend.
Werden die Lamellen 3, 3', wie in Fig. 2 dargestellt, um radiale Zapfen :I, d.'
drehbar gelagert, so köntien weder Schub- noch Biegungsspamiungen ittftreten, es
bleibt lediglich das Rückstellmoment t, t' der Lamelle durch ihre Verdrefiung
in sich übrig, unabhängig davon. wel-#-hen Abstand die Lamellen von der ideellen
:ochse der Zapfen i, i' haben. Fig. 3 zeigt schaubildlich eine einfache Ausführungsform
-iner solchen Drehfeder. Die Federlamellen 3 >ind tun Zapfen d. drehbar, in entsprechenden
Cassunben 7 gelagert, die ihrerseits mit dein zapfen i drehbar gelagert sind. Das
für eine bestimmte Verdrehung erforderlielie Moment ist gleich der Summe der Momente,
die für die Verdrehung der einzelnen Lamellen um den gleichen Winkel erforderlich
sind, wobei die mittleren und die äußeren Lamellen die gleiche Verdrehungsbeanspruchung
aufweisen. Die Anordnung ist vergleichbar einer Blattfeder, wobei die Reibung zwischen
den Lamellen auch hier eine gewisse schwingungsdämpfende Wirkung ausübt. Statt um
einen materiellen Zapfen 4 können die Lamellen, wie in Fig.4 dargestellt, auch uni
einen ideellen Drehpunkt o drehbar angeordnet sein, indem ihre Köpfe kreisseginentförinig
ausgebildet und zü-isclien Führungen 6 gelagert werden.
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Werden die Federlamellen 3, wie in Fig. 5 dargestellt, um Kerne beliebiger
Form gelagert, die die Drehpunkte der einzelnen Lamellen aufweisen, so kann auf
günstigstem Raum eine möglichst große Anzahl einzelner Federlamellen untergebracht
und eine starke Gesamtfederwirkung erzielt werden; sind die Lamellen nicht eben,
sondern schalenförmig ausgebildet, wobei jeder Lamelle ein Drehzapfen d. zugeordnet
ist und alle Lamellen außen durch eine Schelle? umfaßt sind, so treten neben der
Z erdrehungsbeanspruchung noch Biegungsbeanspruchungen-verwickelter Art auf, da
bei der Schwenkung uni die Zapfen 4 die Krümmung der einzelnen Lainellen in der
Umfangsrichtung abgeflacht wird. Diese Beanspruchungen wirken andrückend und klemmend
zwischen Kern S und Schelle 7 und ergeben dämpfende Wirkungen heim Rückschwingen
der Feder. Je nach dein Umfangsteil, den eine Lamelle einnimmt und ob deren Kanten
achsparallel oder in Schraubenlinien verlaufen, wie Fig.3 zeigt, ergibt sich eine
in weiteren Grenzen wählbare Verdrehungssteifheit. Fig.6 zeigt (leii. Schnitt nach
Fig. 5, Fig. 7 und Fig. S eine Anordnung von zwei Federlaniellenlagen, die in einem
Fall um einen kreisförmigen und ini anderen Fall um einen sechseckigen Kern angeordnet
sind. Die in doppelten oder mehrfachen Lagen übereinander angeordneten Lamellen
erinöp;-lichen, durch entsprechende Versetzung der Drehzapfen einzelnen Lamellen
eine Vorspannung zu geben, so daß die Wirkung der Feder nach beiden Seiten verschieden
ist. Fig. 9 -neigt die Lamellen um einen hreissägeblattartigen Kern angeordnet.
In diesem Falle sind die einzelnen Lainellendrehachsen nicht radial, sondern nur
anhähergd radial zur Federachse. Die nach beiden Seiten verschiedene Wirkung der
Feder kann nicht nur durch Vorspannen der einzelnen Lamellen oder Lainellenlagen
erreicht werden, sondern auch durch die Forin der Lamellen oder Anordnung; ihrer
Drehpunkte. Bei einer z. B. narb
Fig. 6 oder Fig. g ausgebildeten
Feder haben die Lamellen, die " schraubengängig geformt oder nicht zentral zu den
Drehpunkten gelagert sind, die zusätzlichen, das Rückschwingen der Feder dämpfenden,
nach beiden Richtungen verschiedenen Biegungsbeanspruchungen. Natürlich kann auch
bei einfacher Federlage durch Versetzung der Zapfen .1. einzelnen Lamellen eine
Vorspannung erteilt «-erden.