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Gummistahlfeder Die Erfindung betrifft eine Gummistahlfeder, bei der
Metallbänder unter Zwischenschaltung von Gummibändern spiralig aufgerollt werden.
Es sind bereits aus ineinandergesetzten Zylindern und elastischen Zwischenlagen
bestehende Zug- und Druckfedern bekannt, die axial belastet werden und bei denen
der Gummi einer Beanspruchung auf Scherung unterworfen ist. Diese Federn können
auch als gewickelte Kugelfedern oder Evolutfedern mit einer Zwischenlage aus Gummi
oder ähnlichem Stoff ausgebildet sein. In jedem Falle wird aber lediglich der Gummi
auf Scherung und die Stahlzylinder überhaupt nicht bzw. bei Ausbildung als Kegel-
oder Evolutfedern dieser Federwerkstoff auf Verdrehung beansprucht. Bei dem Gegenstand
der Erfindung werden ebenfalls Metallbänder unter Zwischenschaltung von Gummibändern
spiralig aufgerollt, so daß zwischen den einzelnen Metallbändern keine direkte Berührung
und daher auch keine metallische Reibung auftreten kann. Erfindungsgemäß wird das
Metallband jedoch durch tangentiale Verschiebung der Endpunkte gegeneinander rein
auf Zug beansprucht, während die Gummilage eine durch die Krümmung des Metallbandes
bedingte radiale Pressung erfährt. Zusätzlich werden dabei infolge des Vorbeigleitens
benachbarter Metallbandteile Scherungsbeanspruchungen im Gummi hervorgerufen. Um
die Gummipressungen zu ermöglichen, ist der Zwischenraum zwischen den Windungen
des spiralig gewundenen Metallbandes
verhältnismäßig eng, so daß
ein seitliches Ausweichen des Gummis in Richtung der Achse der Spirale erschwert
ist. Die Gummipressung ist dabei abhängig von der Dicke des Metallbandes, und zwar
müssen bei entsprechend dfinnen-Metallbandlagen die Zwischenlagen dicker gehalten
werden, während bei starken Metallbandquerschnitten dünne Lagen am Platze sind.
Sofern man aber auch den Gummi stärker zur Arbeit heranziehen will, kann man die
Zwischenlagen entsprechend verstärken, wobei die Arbeit des Metallbandes vermindert
wird.
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Eine solche Maßnahme kommt dann in Betracht, wenn die Beanspruchung
des Metallbandes nicht zu hoch getrieben werden soll.
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Gegen die bekannten axial belastbaren Zug- oder Druckfedern mit zwischengeschalteten
elastischen Einlagen, die nur verhältnismäßig geringe Kräfte übertragen; gelingt
es mit den Mitteln der Erfindung, außerordentlich hohe Kraftwirkungen zu erzielen
bzw. Gummistahlfedern hohen Wirkungsgrades auf kleinstem Raum unterzubringen.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in sechs Abbildungen
in Ansicht dargestellt, und zwar zeigt Abb. z eine Gummistahlfeder mit Endöse, Abb.
2 eine Gummistahlfeder mit Endschlaufe, Abb. 3 die federnde Aufhängung eines Körpers
mit Gummistahlfedern in Vorderansicht, Abb. q. die Seitenansicht zu Abb. 3, Abb.
5 eine Ausführungsform zweier Gummistahlfedern zu einer Einheit verbunden, Abb.
6 eine federnde Aufhängung mit Gummistahlfedern nach Abb: 5.
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Bei der Ausführung nach Abb. z wird ein Metallband a mittels
eines Bolzens -b in der Welle d dadurch festgelegt, daß das Metallband ösenartig
um den Bolzen gebogen und die Öse samt Bolzen bin eine entsprechende Aussparung
der Welle d eingelegt wird. Alsdann wird das Band ohne Zwischenlage zweimal um die
Welle d geschlungen, um auf diese Weise, ähnlich wie beim Riementrieb; die Haftreibung
zwischen Metallband a und Welle d bzw. zwischen den übereinander gewundenen
Teilen des Metallbandes für die Befestigung des letzteren mit der Welle
d auszunutzen, wodurch der Bolzen b und die darum geschlungene Öse
entlastet werden. Beim weiteren Aufwickeln des Metallbandes wird nunmehr eine Zwischenlage
e zwischen das Metallband geschaltet, und zwar bis zum Ende c der Gummilage e. Von
da ab wird zwischen die Windungen des federnden Metallbandes eine gebogene keilförmige
Zwischenlage f eingelegt, die sich nach außen allmählich verdickt und in eine Öse
g mündet. An dieses gebogene Keilstück f ist mit Nieten h das federnde
Metallband a angenietet, jedoch erfolgt die Verbindung zwischen dem Keilstück
f und dem federnden Band a
in der Hauptsache durch die Haftreibung
infolge der Umschlingung beider Teile. Wird nun bei feststehender Welle d die Öse
D im Pfeilsinn der Kraft P tangential verschoben, so wird das Metallband a auf Zug
beansprucht. Gleichzeitig erfolgt aber auch eine Pressung des Gummis in radialem
Sinn, die aber infolge der geringen Ausweichmöglichkeiten# des Gummis nur eine geringe
Federung ergibt. Es liegt im Ermessen des Konstrukteurs, 'durch einen an den Mittelpunkt
0 der Welle d drehbar angeordneten Hebel, in den andererseits die Öse g eingehängt
ist, beliebige Übersetzungen der Federwirkung zu verwirklichen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.2 wird unter Verzicht auf das Keilstück
f und die Öse b der Abb. z das spiralig gewundene Band a vom Endpunkt c ab in doppelter
Lage weiter gewunden, so daß eine Schlinge i entsteht, die einen Bolzen
k aufnimmt, an dem die Tangentialkraft P angreift. Der hinter dem Ende c
des Gummibandes entstehende keilförmige Zwischenraum L zwischen den benachbarten
Lagen des Metallbandes kann durch Gummi oder ähnliche Beilagen ausgefüllt werden..
Die Breite des Metallbandes muß bei gleichbleibender Beanspruchung desselben nach
der Mitte zunehmen, d. h. das Metallband wird vom Bolzen b nach der Öse g bzw. dem
Bolzen k entsprechend dem Radius der Windung allmählich schmaler, da das Moment
gleichbleiben muß. Die Pressung der Gummizwischenlage ist je nach der Krümmung des
Metallbandes verschieden, und zwar wird die Gummipressung um -so größer, je kleiner
der Windungsradius des Metallbandes ist. Man wird deshalb zweckmäßig die Gummizwischenlage
nicht überall gleichmäßig dick halten, sondern an den inneren Windungen dünner als
an den äußeren Windungen, schon deshalb, weil die Tangentialverschiebung der Enden
einer Windung gegeneinander bei den äußeren Windungen größer ist als bei den inneren
Windungen. Infolgedessen muß auch bei den äußeren Windungen die Zwischenlage dicker
sein als bei den inneren Windungen, um eine möglichst gleichmäßige Scherbeanspruchung
im Gummi zu ermöglichen.
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In den Abb. 3 und q. ist in Vorder- und Seitenansicht die Abfederung
eines Körpers m gegen eine feste Unterlage n mit Gummistahlfedern gemäß der Erfindung
dargestellt. In den Böcken P ist die Welle d mittels des Keiles q fest gelagert.
Auf der Welle d
befindet sich die Gummistahlfeder, an der über dem Bolzen
k der abzufedernde Körper m hängt. Der Bolzen k kann auch in der :Mitte eines Hebels
angeordnet sein, der in dem Punkt 0 drehbar gelagert ist und dessen anderes Ende
mit dem Körper rya in gelenkiger Verbindung steht.
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Abb. 5 zeigt eine besondere Ausführungsform von zwei Gummistahlfedern,
die durch das federnde Metallband selbst zu einer Einheit verbunden sind. Wenn die
einzelnen Windungen keine allzu großen Unterschiedlichkeiten im Krümmungshalbmesser
aufweisen, d. h, wenn nur wenige Windungen in Betracht kommen, so ist der Unterschied
in der Breite des Metallbandes gering, und es läßt sich ohne große Einbuße an Federarbeit
ein Metallband von fortlaufend gleicher Breite verwenden. Ebenso kann dann eine
Gummizwischenlage von gleichbleibender Dicke zur Verwendung gelangen. Man kann die
Windungsanzahl dadurch vermindern, daß man statt einer Spirale deren zwei anordnet,
die aber aus einem gemeinsamen Metallband gebildet werden, das die Enden der äußeren
Windungen im gezeichneten Sinn
miteinander verbindet. Werden nun
z. B. die in der Richtung i-a im Abstand y voneinander befindlichen Spiralen senkrecht
zur Richtung i-2 gegenläufig in Richtung 3 bzw. 4 bewegt oder eine dieser Spiralen,
wobei die Verbindungslinien zwischen den !Mittelpunkten 0 der Welle d und
der Bolzen b
immer senkrecht zur Richtung i-2 bleiben, dann muß sich das Metallband
in den Windungen verkürzen, d. h. es tritt die bereits beschriebene Federwirkung
ein. Selbstverständlich kann die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt 0 und
dem Bolzen b jeder Feder eine beliebige Neigung zur Achse i-2 aufweisen, die senkrechte
Richtung wurde hier nur beispielsweise angenommen.
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Abb.6 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine Gummistahlfeder nach Abb.5.
Das Rad s ist in einem Träger t eingespannt, der eine Seite eines durch die vier
Punkte 0 gebildeten Gelenkvierecks darstellt. Die parallele Seite dazu wird durch
das abzufedernde Untergestell n gebildet, in das die Wellen d mit Hilfe der
Keile q fest eingehängt sind. Der Abstand zwischen Untergestell n und Träger
t wird durch Lenker v hergestellt, die die anderen Seiten des Gelenkvierecks bilden.
In den vier Gelenkpunkten sind je zwei Federn nach Abb. 5 eingehängt. Betrachtet
man das Rad s bzw. den Träger t als feststehend, so wirkt das Gewicht G im gezeichneten
Pfeilsinn und beansprucht die in den Punkten 0 eingehängten Federn im vorbeschriebenen
Sinn.
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Auf diese Weise sind noch weitere Kombinationen möglich. Zum Beispiel
kann eine der beiden Federn auch in einem Punkt zwischen zwei Punkten 0 eines Lenkers
v eingehängt werden, wobei die Wellen d mit dem Lenker v undrehbar verbunden sind,
so daß es möglich ist, auf einem Lenker zwei solcher Federn bzw. vier Spiralen unterzubringen.