-
Gummihülsenfeder für Gelenkverbindungen mit beschränkter Raumbeweglichkeit
Die Erfindung bezieht sich auf Gummihülsenfedern für Gelenkverbindungen mit beschränkter
Raumbeweglichkeit, bestehend aus einem Gummihohlzylinder, der zwischen zwei mit
ihren Achsen zueinander exzentrisch liegenden Körpern einvulkanisiert ist. Diese
bekannten Gummihülsenfedern sind beispielsweise für Gelenkverbindungen an Lenkgestängen
von Kraftfahrzeugen vorgesehen und bestehen im wesentlichen aus einem durch einen
Schneckentrieb verstellbaren zylindrischen Körper, der in dem Lagerauge eines Gestängeteils
fest einstellbar angebracht und mit einer exzentrischen Bohrung versehen ist. In
dieser Bohrung ist über eine einvulkanisierte, außen zylindrische Gummischicht ein
Kugelzapfen gelagert, der mit dem anderen Gestängeteil der Gelenkverbindung fest
verbunden ist. Wirkt nun eine Zug- oder Druckkraft zwischen dem zylindrischen Körper
und dem Kugelzapfen, so wird die Gummischicht sowohl auf Druck als auch auf Schub
beansprucht, so daß durch die Schubbeanspruchung der Gummischicht zwar eine größere
Nachgiebigkeit der Gelenkverbindung gewährleistet wird, wobei jedoch durch die feste
Lagerung der Metallteile der Gummifeder zwischen dem Kugelzapfen und dem zylindrischen
Körper bzw. zwischen deren Gestängeteilen ein Gegendrehmoment auftritt, das bei
den geringen Beanspruchungen, für welche die bekannten Gummihülsenfedern vorgesehen
sind, ohne Bedeutung ist. Für hohe Belastungen, wie sie beispielsweise bei Drehmomentstützen
für Schienenfahrzeuge auftreten, ist jedoch diese bekannte Gelenkverbindung
nicht
geeignet, weil das Gegendrehmoment nicht mehr zu vernachlässigende Werte annimmt
und damit die Federung hemmt. Es ist zwar schon bei Fahrzeugfederungen bekanntgeworden,
in einem Rad exzentrische, ineinanderliegende Scheiben gegeneinander und gegenüber
der Achse drehbar zu lagern, so daß Gegendrehmomente nicht auftreten können. Es
bedarf indessen hierzu eines ganz erheblichen Aufwandes an Mitteln, ganz abgesehen
davon, daß diese bekannte Anordnung einen nicht tragbaren Platzbedarf aufweist und
deshalb für eine Gelenkverbindung nicht geeignet ist.
-
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin zu sehen ist,
die im Aufbau einfachen und wenig Platz beanspruchenden Gummihülsenfedern der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß bei Belastung keine die Federung hemmenden Gegendrehmomente
auftreten können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die beiden Körper
vorzugsweise Metallzylinder sind, von denen der eine zum zugeordneten Maschinenteil
in an sich bekannter Weise drehbar gelagert und der andere mit seinem zugeordneten
Maschinenteil starr verbunden ist.
-
Diese Maßnahmen ergeben durch das Vermeiden eines Gegendrehmomentes
nicht nur eine volle Ausnutzung der Elastizität des Gummis und damit eine große
Weichheit der Gelenkverbindung, sondern darüber hinaus noch den weiteren Vorteil,
daß die Gummihülsenfeder bzw. ihre Exzentrizität ohne weiteres so bemessen oder
eingebaut werden kann, daß die Gummihülsenfeder ihre Endlage erreicht, bevor die
Beanspruchung des Gummihohlzylinders auf Abscherung zu groß wird und ein Abreißen
des Gummihohlzylinders von den Metallzylindern eintritt, oder, mit anderen Worten,
die Gummihülsenfeder ist leicht und ohne besondere Maßnahmen, wie z. B. feste Anschläge
od. dgl., überlastungssicher auszubilden oder einzubauen. Auch bei einer vollständigen
Zerstörung des Gummihohlzylinders tritt kein Auseinanderfallen der Gummihülsenfeder
ein, so daß auch bei Eintreten dieses Zustandes die zu verbindenden Maschinenteile
miteinander in Verbindung bleiben und somit eine weitgehende Sicherheit gegen Unfälle
gewährleistet ist.
-
In der Zeichnung sind fünf Beispiele von erfindungsgemäß ausgebildeten
Gummihülsenfedern dargestellt. Es zeigen Abb. I bis 4 zwei Beispiele mit exzentrisch
zum Gummihohlzylinder gelagertem Innenkörper in Längs- und nach den Linien II-II
bzw. IV-IV verlaufenden Querschnitten, Abb. 5 bis 8 zwei weitere Beispiele mit exzentrisch
zum Gummihohlzylinder gelagertem Außenkörper in Längs- und nach den Linien VI-VI
bzw. VIII-VIII verlaufenden Querschnitten, Abb. 9 ein weiteres Beispiel mit zum
Gummihohlzylinder exzentrisch gelagertem Innen- und Außenkörper in der Stirnansicht.
-
Bei der Gummihülsenfeder (Silentblock) nach Abb. I und 2 wird der
Außenkörper I von einem zylindrischen Metallrohr und der Innenkörper 2 von einem
ebenfalls aus Metall bestehenden, gleich langen Zylinder gebildet. Zwischen Außenkörper
I und Innenkörper 2 ist in bekannter Weise ein Gummihohlzylinder 3 mit gleichmäßiger
Wandstärke einvulkanisiert. Der den. Innenkörper 2 bildende Zylinder hat eine zu
seiner zylindrischen Außenfläche exzentrisch angeordnete Längsbohrung, .die mit
Innenlagern, z. B. zwei Lagerbüchsen 4, versehen ist. In diesen ist leicht drehbar
ein Bolzen 5 gelagert, dessen Enden aus der Gummihülsenfeder herausragen und fest
in dem einen der beiden zu verbindenden Maschinenteile 6 angeordnet sind. Der Außenkörper
I ist mit dem anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Maschinenteil starr
verbunden.
-
Der Einbau der Gummihülsenfeder erfolgt derart, daß die aufzunehmende
Zug- und Druckbelastung zweckmäßig senkrecht zu der durch die Längsachse des Gummihohlzylinders
3 und durch die Längsachse des Bolzens 5 verlaufenden Ebene steht. Belastungskraft
B und Auflagerkraft A greifen mithin im senkrechten Abstand der beiden Längsachsen
am Gummihohlzylinder 3 an, so daß ein Drehmoment entsteht, dessen Hebelarm der Exzentrizität
e der Lagerung von Außen- und Innenkörper :2 entspricht. Auch müssen bei der erfindungsgemäß
ausgebildeten Gummihülsenfeder die Gleichgewichtsbedingungen erfüllt sein, d. h.
die Summe aller Kräfte und die Summe aller Momente muß gleich Null sein. Dementsprechend
wird auch der Gummihohlzylinder 3 auf zwei Arten beansprucht. Die Auflager- und
Belastungskräfte A und B beanspruchen ihn auf Zug und Druck in Richtung ihrer Wirkungslinie,
wodurch der auch bei einem üblichen Silentblock entstehende Federweg f1 erzielt
wird. Das von der Belastungskraft B und der Exzentrizität e als Hebelarm gebildete
Drehmoment B ₧ e, das den Innenkörper 2 um die Längsachse des Gummihohlzylinders
3 gegen den festgehaltenen Außenkörper I verdreht, bewirkt einen weiteren Federweg
f2. Die Summe der beiden Federwege f1 + f2 ergibt den Gesamtfederweg der Gummihülsenfeder.
Durch die drehbare Lagerung des Innenkörpers .2 auf dem Bolzen 5 wird hierbei das
Entstehen eines Gegendrehmomentes in dem den Bolzen 5 aufnehmenden Maschinenteil
6 verhindert.
-
Die gleiche Wirkung wird auch dann erzielt, wenn entsprechend dem
Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 und q. an Stelle eines durchgehenden Bolzens 5 gemäß
Abb. i und 2 an den Stirnflächen des Innenkörpers 2 zwei zum Gummihohlzylinder 3
exzentrisch angeordnete und zueinander gleichachsig liegende Zapfen 7 vorgesehen
werden. Diese Zapfen 7 müssen jedoch zur Vermeidung von Gegendrehmomenten in dem
aufnehmenden Maschinenteil 6, beispielsweise mittels Lagerbüchsen 8, drehbar gelagert
werden.
-
Abb. 5 und 6. bzw. 7 und 8 zeigen zwei Ausführungsbeispiele, bei denen
der Außenkörper 9 exzentrisch zum Gummihohlzylinder 3 ausgebildet ist. In beiden
Ausführungsbeispielen wird er, 9, von einem Metallzylinder mit exzentrischer Längsbohrung
gebildet, in welche in an sich bekannter
Weise der auf den Mantel
eines Innenkörpers Io aufvulkanisierte Gummihohlzylinder 3 einvulkanisiert ist.
Der Innenkörper Io ist in beiden Ausführungsbeispielen ein Metallzylinder von der
Länge des Außenkörpers 9. Er, Io, ist im Gegensatz zu den beiden Ausführungsbeispielen
nach Abb. I bis 4 mit einer konzentrischen Lagerung versehen. Diese besteht aus
einem im Innenkörper Io in Lagerbüchsen 4 drehbar gelagerten Bolzen 5 (Abb. 5 und
6) oder aus zwei an den Stirnflächen des Innenkörpers Io angeordneten gleichachsigen
Zapfen II, die in dem aufnehmenden Maschinenteil 6 mittels Lagerbüchsen 8 gelagert
sind (Abb. 7 und 8).
-
Es ist auch möglich, einen Außenkörper 9 mit exzentrischer Längsbohrung
(Abb. 5 bis 8) mit einem Innenkörper 2 mit exzentrischer Lagerung (Abb. I bis 4)
durch einen einvulkanisierten, gleichmäßig dicken Gummihohlzylinder 3 zu einer Gummihülsenfeder
zu vereinigen (Abb. 9). Eine derartige Gummihülsenfeder bietet den Vorteil, in mindestens
zwei winklig zueinander stehenden Kraftrichtungen eine weiche Federung zu ergeben.
So kann beispielsweise mit einer Gummihülsenfeder, deren Exzentrizitäten e1 und
e2 unter einem Winkel von 9o° zueinander stehen, eine waagerechte und eine senkrechte
Federung erzielt werden, ohne dazu zwei Silentblocks, deren Exzentrizitäten e senkrecht
zueinander stehen, verwenden zu müssen.
-
Die angestrebte weiche Federung bzw. der große Federweg ist jedoch
nur dann gewährleistet, wenn das Zustandekommen eines Gegendrehmomentes in einem
Maschinenteil 6 verhindert wird. Hierzu ist bei jedem Ausführungsbeispiel erforderlich,
daß die Gummihülsenfeder zu einem der sie aufnehmenden Maschinenteile um ihre Längsmittelachse
oder um die Längsachse der exzentrischen Lagerung leicht drehbar gelagert ist. Deshalb
darf bei jeder Gelenkverbindung nur eine Lagerung der Gummihülsenfeder in den zu
verbindenden Maschinenteilen drehbar ausgeführt werden. Die zweite Lagerung muß
starr in dem zugeordneten Maschinenteil erfolgen, da sich sonst die Exzentrizität
e in Belastungsrichtung B einstellt und keine Verdrehung des Gummihohlzylinders
3 stattfinden kann. Durch eine Neigung der Belastungsrichtung B in B1 gegenüber
der Exzentrizität e bzw. durch eine Drehung der Gummihülsenfeder um ihre Längsachse
gegenüber der Belastungsrichtung wird die Exzentrizität e auf die Exzentrizität
e3 verkürzt, das Drehmoment und damit der Drehwinkel bzw. der Federweg f2 verkleinert.
Dadurch kann auch die Weichheit bzw. Härte der Gummihülsenfeder durch geeignete
Wahl der Neigung der Belastungsrichtung beeinflußt werden.
-
An Stelle der Lagerbüchsen 4 und 8 können als Innenlager oder als
Lager im aufnehmenden Maschinenteil 6 ohne weiteres auch Wälzlager, z. B. Nadellager,
verwendet werden.