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Federelement Die Abfederung von Rädern oder anderen schwingenden bzw.
schwingungserzeugenden Teilen von Straßen- und sol,1 .u. a. folgenden Forderungen
genügen: Erstens muß sie eine sogenannte progressive FederkenuIinie besitzen, d.
h. die Federung muß bei zunehmender Betriebsbeliastung härter werden.. Nur so erreicht
man bei Leerlast eine genügend weiche Federung und gleichzeitig noch bei Volllastgenügend
kleine Federwege.
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Zweitens muß sie eine gewisse Eigendämpfung aufweisen, um zusätzlich
benötigte hydraül,ische Stoßdämpfer zu entlasten oder gar entbehrlich zu machen.
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Mit Stalilsch@raubenfedern lassen sich diese Forderungen nicht erfüllen.
Daher verwendet man zur Falirzeugal)federutng oft die in dieser Hinsicht weit besser
geeigneten Gwmmifedern. Wo es aus Konstruktionsgründen nicht als vortei,Lhaft erschien
von der Grundform der Schraubenfeder abzugehen, hat man auch eine Verbundfeder vorgeschlagen,
bei der sämtliche Windungsgänge einer zylindrischen Stahlschraubenfeder in einem
Gummikörper von der Gestalt eines Zyllindermantels mittels Vulkarni@satiön eingebettet
sind. Der Gummikörper wird bei axialer Belastung der Verbundfeder auf Zug und Druck
beansprucht. Die Durchrechnung einiger Beispiele zeigt, daß 'bei üblichen Abmessungen
der Schraurbenfeder und mittlerer Gummihärte die Federhärte einer solchen Verbundfeder
größenordnungsmäH'ig auf ein Mehrfaches von derjenigen der Schraubenfeder allein
ansteigt. Die hinsichtlich progressiver Kennlinie und Werkstoffdämpfung günstigen
Eigenschaften
der parallel geschalteten Gumnmifeder machen sich
also entsprechend abgeschwächt in gleichen Eigenschaften der Verbundfeder bemerkbar,
Erfindungsgemäß wird nun eine wesentliche Verbesserung dieser Eigenschaften dadurch
erreicht, d.aß der Gummikörper nicht mehr alle, sondern nur einzelne der Zwischenräume
zwischen den Wiin dungsgängen der Schraubenfeder, vorzugsweise jeden zweiten, überbrückt.
In dem zuletzt genann.!-ten Fall muß die Schraubenfeder natürlich eine doppelt gewickelte
sein-, d. h. eine solche, bei der jeder Querschnitt zwei Gänge schneidet; Iman kann
sie auch durch Ineinanderschachteln zweier gegeneinander verdrehter einfacher Schraubenfedern
erhalten. Hier hat der Gummikörper also .nicht die Gestalt eines vollen Zylindermantels,
sondern die e;tie,s aus diesem Mantel schraubenförnnig herausgeschnittenen Teiles.
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Die Erfindung betrifft,demnach ein Federelement init an Stah'Ifederteilen
anvulkanisiertem Gummikörper. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere
Stahlfedern im Sinn einer mehrgängigen Schraube angeordnet und einzelne der Zwischenräume
zwischen denWindungen, vorzugsweise jeder zweite, durch den Gummikörper überbrückt
sind.
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Die vorteilhafte Wirkung des Erfindungsvorschlages besteht hauptsächlich
darin, daß die Federkennliniie bei Druckbelastung eine stärkere stetige Krümimun,g
im Sinn der Progressivität erhält. Denn bei zunehmender Belastung überwiegt zunächst
die Zusammendrückuna der gummifreien Windungsgänge, bei denen also die parallel
geschaltete Gummifederung fehlt. Erst in dem Maße, in dem diese sich @unmittelbar
bzw. bis auf gegebenenfalls noch bestehende Gummiumhüllungen der Drahtwindungen
aufeinander absetzen und daniit abschalten, wirkt sich bei weiterer Lastzunahme
die härtere Federung aus, die aus dem Zusammendrücken der mit dem Gummi verbundenen
Windungen allein herrührt.
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Eine weitere Verstärkung der progressiven Wirkung wird erfindungsgemäß
dadurch erzielt, daß nian das vorgeschlageneFed@erelement imZwischenraum zwischen
zwei ineinandergesteckten, gleichachsigen Führungsrohren anordnet. Dies ist beispielsweise
bei Teleskop-Federbeinen möglich, bei deinen inneres und äußeres Führungsrohr ,die
gegeneinander abgefederten Teile darstellen.
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In diesem Fall ergibt .sich nämlich außer einer größeren Knicksicherheit
eine nochmalige stetige Zunahme an Fedefhärte (gegebenenfalls his zur völligen Blockierung)
bei Druckerhöhung sowie eine die Werkstoffdämpfung des Gummis noch, vergrößernde
Reibungs-dämpfun g dadurch, daß der in axialer Richtung gestauchte Gummikörper infolge
seiner Inkompressibilität seitlich ausweicht und sich dabei an die Wändie,der Führungsrohre
anlegt.
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Schließliali ergibt sich noch die Möglichkeit, den Gummikörper so
einzubauen, daß er bei einer vorbestimmten Zug- oder Druckbelastung spannitngs-1<ys
ist. Man hat diazu einfach die Vulkanisation an der entsprechend vorgespannten Schraubenfeder
vorzunehmen, was, ebenso wie die Einbettung der Stahlfeder in den Gummikörper überhaupt,
keine grundsätzlichen Fertigtnngsscliw-ierigkeiten bietet. Bei so hergestellten
Federelementen lassen .sich die Federungs- und Dämpfungseigenschaften nochmals im
gewünschten Sinn verändern sowie z. B. das Auftreten zu 'hoher Gunimizugspannungen
bei' auftretenden Rückstellkräften vermeiden.
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Beansprucht wird also sc'liließlicli ein Nerfähren zur Herstellung
eines Federelements nach obigem Vorschlag und dein Kennzeichen, daß die Stahlfedern
beim '#'ulkanilsiervorgang vorgespanunt gehalten werden, so (laß im unbelasteten
fertigen Federelement der Gummikörper einte- entgegengesetzt wie die aufzubringende
Belastung wirkende Vorspannung erhält rund dalier lyei einer bestimmten Belastung
sparnnungsl@os ist.
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Insgesamt ermöglichen die Erfindungsvorschläge die Beei-nfluissung
der Federungs- und Dämpfungseigensc'haften durch so viele konstruktive Hilfsmittel,
daß spezielle Forderungen im weiten Umfang und auf einfachste Weise erfüllt werden
können.
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Gestalt und Arbeitsweise eines Federelements nach der ollen liescliriel).eiien
Erfindiung werden beispie-lswei-se durch die Zeichnung veranschaulicht. Diese zeigt
schematische Axialschnitte durch inehrereWindungsgänge einer aufDruck belasteten
doppelt gewickelten Schraubenfeder, und zwar :in Abh. i in unbelastetem Zustand
bzw. unter der niedrigsten Betriebsbelastung, in Abb. 2 in Nähe der 'höchsten zulässigen
Drucklast.
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Von den Z,N-isclienrättmeii zwischen je zwei aufei:nanderfolgende-n
Gängen der beiden Stahlfedern i" und i", die inn Sinn einer mehrgängigen Schraube
angeordnet und hier mit rechteckigem Querschnitt gezeichnet sind, ist jeder zweite
durch einen ebenfalls scliraulienförmiggestaltetenGummikörper 2 überbrückt. Die
ganze Feder ist mit geringem seitlichem Spiel zwischen ineinandergesteckten glieichachsigen
Führungsröhren 3 und 4 angeordnet.
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In Aibb. i st die Verbundfeder, oder wenigstens deren Gummikörper
2. Olitie Belastung dargestellt. In Abb.2 ist die Belastung und die Zusammendrücku,ng
so weit fortgeschritten, daß die gummifreien Zwischenräume zwischen den Windungsdräh!ten
i, und i" durch Gang-auf-Gang-Setzen völlig verschwunden sind und der Gummikörper
2 derart gestaucht und infolgedessen seitlich ausgebaucht erscheint, daß er sich
zwischen dem Innenröhr 3 und dem Außenrohr 4 festzuiklenmen beginnt. , Ob der Federdraht
runden oder rechteckigen Querschnitt 'hat, ist iin Rahmen der Erfindung gleichgültig.
Zumindest bei Runddrahtfedern ist es jedoch zweckmäßig. die den Gummikörper begrenzenden
Drahtwindungen völlig mit Gummi zu umhüllen, um ein Ablösen der Gummi. Me@tall-Verbindntng
von freien Rändern her zu vermeiden.
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Der Grundgedanke der Erfindung wird' auch dadurch verwirklicht, daß
der Gunnmikörper nicht einen schraubenförmig gestalteten, sondern einen
beliebigen
anderen Teil der gesamten M.antel;fläche der Schraubenfeder darstellt. Al:s Beispiel!
hierfür sei' eine Schraubenfeder genannt, die nach 'beiden Enden zu kegelförmig
verjüngt und, nur im mittleren zvl,i,nd',rischenTei:l in einem Gummikörper eingebettet
ist.