DE936835C

DE936835C - Torsionselastisches Federungselement

Info

Publication number: DE936835C
Application number: DEN5978A
Authority: DE
Inventors: Hermann Joseph Neidhart
Original assignee: HERMANN JOSEPH NEIDHART GENF (SCHWEIZ)
Current assignee: HERMANN JOSEPH NEIDHART GENF (SCHWEIZ)
Priority date: 1951-10-23
Filing date: 1952-08-24
Publication date: 1955-12-22
Also published as: CA521190A; GB730534A; GB710244A; IE20236B1; SE153055C1; IE20879B1; IT528148A; CH295766A; CH329843A; IE20236L; AT178766B; AT186071B; LU31723A1; IT498925A; FR1117193A; IE20879L; BE514633A; BE515037A; NO84046A

Description

AUSGEGEBEN AM 22. DEZEMBER 1955

N 5978 XII147 a

Beim torsionselastischen Federungselement, welches aus einem polygonalen Innenteil, einem polygonalen Außenteil und walzenförmigen Gummizwischenlagen besteht, ist der Verdrehungsbereich infolge der gegebenen geometrischen Verhältnisse im Querschnitt des Elementes auf etwa 8o^fl/o des halben Zentriwinkels eines Polygonsektors begrenzt. Das ergibt beispielsweise eine Verdrehbarkeit bis zu etwa 35 Winkelgraden für ein vierkantiges Element, bis zu etwa 25 ° für ein sechskantiges usw. Darüber hinausgehende Verdrehungen sind schädlich, weil die Kanten des Innenteils die Gummiwalzen einkerben und sie bei öfterer Überschreitung des zulässigen Drehwinkels zerstören.

Da die spezifische Belastbarkeit solcher Federungselemente und der spezifische Federweg vom Gummivolumen, welches sich im Element unterbringen läßt, abhängt, ist, um die spezifische Leistung und die Materialausnutzung zu steigern, eine Lösung zu suchen, bei der Gummiwalzen größeren Querschnitts als bisher eingebracht werden können, ohne daß eine Gefahr für die Einkerbung bestehen würde.

Blei bisherigen Ausführungen ist das Quer-Schnittsverhältnis zwischen Außenteil und Innenteil so, daß die Kanten des Innenteils gerade so viel innerhalb des im Außenteil einbeschriebenen Kreises liegen, daß genügend Spiel für die relative Verdrehung beider Teile zueinander möglich ist.

Um nun ein größeres Gummivolumen einbringen zu können, wird vorgeschlagen, die Abrollnächen des Innenteils gegen die Drehaxe hin zurückzuverlegen, und zwar so, daß jede Abrollfläche des

Innenteils mit der einen Seite eine der anliegenden Abrollflächen überragt und mit der anderen Seite von der anderen angrenzenden AbroHfläche überragt wird.

Dadurch werden vermehrter Raum für Gummiwalzen größeren Querschnitts und größere Abrollflächen geschaffen, was in der Wirkung gleichbedeutend ist mit größerer Belastbarkeit, verbunden mit größerem Verdrehungsbereich. In den Fig. ι ίο bis 8 werden Beispiele für die Lösung angegeben, nämlich im

Fig. ι in geometrischer Darstellung die Querschnittsverhältnisse des Federungselementes,.

Fig. 2 dasselbe, jedoch unter Verdrehung des Innenteils gegenüber dem Außenteil um 45⁰,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung ein vierkantiges Element,

Fig. 4 dasselbe unter Verdrehung des Innenteils gegenüber dem Außenteil um 45°, Fig. 5 ein sechskantiges Element,

Fig. 6 dasselbe unter Verdrehung des Innenteils" gegenüber dem Außenteil um 30⁰,

Fig. 7 im Querschnitt das Element nach Fig. 1, jedoch mit Anschlägen auf dem Innenteil, Fig. 8 dasselbe, jedoch unter Verdrehung des Innenteils gegenüber dem Außenteil um 45 °.

In Fig. ι werden die neuen Querschnittsverhältnisse gezeigt. Die Kanten des Innenteils 2 liegen wesentlich vom einbeschriebenen Kreis K des Außenteils 3 zurück, und jede AbroHfläche A des Innenteils überragt mit der einen Seite die andere Abrollfläche, während sie an der anderen Seite durch die dritte AbroHfläche überragt wird. Die Figur zeigt die Zurückveclegung der Abrollflächen A gegenüber der bekannten Ausführung, wo die Abrollflächen B in gestrichelten Linien angedeutet sind. Aus der Figur ist ersichtlich, daß durch diese Verlegung und Überragung der Abrollflächen einerseits Platz für die Einlage von Gummiwalzen G .größeren Querschnitts, gemessen an der Gummiwalze G₁ der bisher bekannten Ausführung, und anderseits größere Abrollflächen gewonnen werden.

Aus der Fig. 2 werden Form und Lage der Gummiwalzen G bei Verdrehung des Innenteils 2 gegenüber dem Außenteil 3 um den halben Zentriwinkel, das ist um 45 °, ersichtlich. Die Walzen G sind unter dem Einfluß der Kraft P auf den Hebel-.arm H bis zur gleichmäßigen Abplattung gepreßt. Bei Verdrehung um den halben Zentriwinkel liegen nämlich die Abrollflächen des Innenteils 2 den Abrollflächen des Außenteils 3 parallel gegenüber, so daß die Gümmiwalzen G eine regelmäßige Scbekelpressung erfahren. Wird das Querschnittsverhältnis zwischen Innenteil 2 und Außemteil 3 so gewählt, daß bei Parallellage der Abrollflächen A und C die für die Gummiwalzen G maximal zulässige Belastbarkeit erreicht wird, so sind die Gummiwalzen G wie auch Innen- und Außenteil optimal ausgenutzt.

Ferner zeigt sich die Nützlichkeit der Überragung der Abrollflächen A; die Lappen L bieten den Gummieinlagen eine verlängerte AbroHfläche I dar, und damit wird das Einkerben der Kanten in die Gummieinlagen vermieden.

Unter gewissen Umständen ist erwünscht, die relative Verdrehung von Innen- und Außenteil weiterzuführen als nur bis zum halben Zentrir winkel. Die Querschnittsverhältnisse von Innen- und Außenteil können vorteilhafterweise so gewählt werden, daß die maximal zulässige Pressung auf den Gummi erst bei Erreichen, des vorgesehenen Winkels eintritt.

Ini Fig. 2 sind¹ überdies die Druckverhältnisse dargestellt; Der Außendruck P findet seinen Gegendruck in den vier Komponenten P₁, dem inneren Widerstand der Gummieinlagen gegen Verformung. Nach idens Hebelgesetzen ist die Summe der vier Hebelarme H₁ multipliziert mit dem GegendruckP₁ der Gummieinlagen G gleich der Länge der Hebelarme H multipliziert mit der von außen wirkenden Kraft P. Aus der Kraft P₁, also der Scheitelpressung der Gummiwalzen G und dem Verdrehungswiiikel kann daher die zuläsisige äußere Kraft P berechnet werden.

Der Außenteil 3: in Fig. 3 ist ein Vierkantrohr mit etwas abgerundeten Kanten. Konzentrisch in demselben liegt der Innenteil 2, ebenfalls ein Vierkantrohr. Der Innenteil 2 liegt so im Außenteil 1, daß deren Querschniittsdiagonalen um 45⁰ gegen- g₀ einander versetzt sind. Dadurch bilden sich vier ■im Querschnitt dreieckförmige Räume, in 'denen je eine Gummiwalze G untergebracht ist. Die Gummiwalzen, welche in nicht vorgepreßtem Zustande runden Querschnitt haben, stehen hier unter Vorpressung und sind daher deformiert. Die Abrollflächen des Innenvierkantrohres überragen in steter Folge dessen Kanten. Die Nützlichkeit dieser Einrichtung zeigt sich bei Fig. 4.

In Fig. 4 sind Innenteil 2 und Außenteil 3 relativ zueinander um rund 45 ° verdreht. Die auf die Gummizylinder ausgeübte Pressung wächst mit zunehmender Verdrehung bis zum Maximum, das hier bei rund 45 ° als erreicht angenommen ist. Ohne die Lappen L würden die Gummiwalzen über die Kanten hinüberrollen und beschädigt werden. So aber verlängern sie die Abrollbahn um das nötige Teilstück. Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Gummiwalzen bei der Verdrehung um 45 ° gegenüber der Stellung nach Fig. 3 unter gänzlich n₀ gleichmäßiger Scheitelpressung stehen. Wird nun die Distanz zwischen Innenteil 2 und Außenteil 3 so gewählt, daß die Gummiwalzen dabei die maximal zulässige Pressung erfahren, dann ist· die optimale Leistung erreicht. Es handelt sich also darum, diesen Zwischenraum und die Gummiwalzen so aufeinander abzustimmen, daß dieser Fall eintritt, und gleichzeitig darauf Bedacht zu nehmen, daß die Lappen L des Innenteils· die erforderliche Breite haben, um die Gummiwalzen, soweit ihre Aufliegefläche reicht, abzustützen. Die Distanz zwischen Innenteil 2 und Außenteil 3 kann nicht ein für allemal angegeben werden; sie ist vom Elastizitätsmodul des Gummis abhängig.

Das hier Gesagte gilt entsprechend für die Fig. 5 und 6, welche übrigens die gleichen Bezugszeichen

haben wie die Fig. 3 und 4. Fig. 5 zeigt ein Sechskantelement in unverdrehter Lage von Innen- und Außenteil, während es in Fig. 6 um den Zentriwinkel des Sechskantsektors von 30⁰ verdreht ist, siehe Verdrehungspfeile in Fig. 4 und 6.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Sonderausführung des Elementes nach Fig. 3 und 4. In den äußeren Winkeln zwischen den Lappen L und den Flächen des Innenteils 2 sind Wulste 4 eingelegt, welche verschiedenartig geformt sein können, z. B. hart an die Gummiwalzen anliegen oder auch einen Zwischenraum mit diesen bilden. Diese Wulste können als Auflaufnocken oder Auflaufkeil verwendet werden, durch welchen der Rücklauf des zueinander verdrehten Innen- und Außenteils begrenzbar ist. Die Lappen L begrenzen an sich schon die Rücklaufbewegung zu einem gewissen Grad.

In vielen Fällen, namentlich bei der Abfederung von Fahrzeugen und Flugzeugen, ist es unerwünscht, daß sie unter dem Einfluß des Leergewichtes wesentlich einsinken. Für die eigentliche Abfederung kommt in der Regel nur jenem Teil der Einfederung Bedeutung zu, der von Zuladung und Stoß in Anspruch genommen wird. Die Beschränkung des Federweges kann mit dem Nocken 4 erreicht werden. Sie bewirkt z. B., daß die entlasteten Räder oder Achsen usw. beim Heben des Fahrzeug-Oberbaues, z. B-. Reifenwechsel, nicht unerwünscht tief absinken.

Auch in anderen Anwendungen ist diese Rücklaufbeschränkung erwünscht, und sie gestattet, mechanische Wirkungen zu erreichen, welche sonst nur mit besonderen Hebelsystemen, Dämpfern u.dgl. erreichbar wären.

Im übrigen gilt auch für diese Ausbildung des Elementes, was in bezug auf die Fig. 3 bis 6 gesagt wurde.
Die Abrollflächen überlappen sich soweit als nötig ist, um den Gummiwalzen bei maximaler Relativverdrehung von Innen- und Außenteil die erforderliche Auflage zu gewähren. Sie können je nach Erfordernis innerhalb des im Außenteil einbeschriebenen Kreises begrenzt sein oder denselben überschreiten. Bei Überschreitung des Kreises wirken die Lappen als Anschläge, wodurch ein Überdrehen, selbst wenn die Gummieinlagen nicht mehr wirksam sein sollten, ausgeschlossen wird.

Die Abrollflächen können flach sein oder konkav oder konvex. Ihre Form ist entscheidend für die Federkennlinie. Diese kann also durch entsprechende Formgebung der Abrollflächen beeinflußt werden. Von wesentlicher Bedeutung für die Beeinflussung der Federkennlinie ist der Teil, mit dem die Abrollflächen die anderen überragen, also die Lappen.

Die Lappen der Abrollflächen können in einer Ebene mit dieser Hegen, oder sie können aufgebogen, d. h. nach außen gebogen oder abgebogen,

d. h. nach innen gebogen sein.

Die Gummieinlagen haben im allgemeinen runden Querschnitt, können aber auch davon abweichende Formen aufweisen.

Die Gummianlagen können armiert sein, d. h. Fasern oder Drähte oder Gewebe irgendwelcher Art enthalten. Solche Einlagen erhöhen die Belastbarkeit und können auch das Auslängen der Einklagen, was bei hohen Drücken eintritt, verhindern oder eine zusätzliche Dämpfung herbeiführen. Insbesondere hat sich eine Längsarmierung bewährt.

Zur Vermeidung des Auslangens der Gummieinlagen können aber auch die äußeren oder inneren Anliegeflächen oder auch beide in der Drehrichtung verlaufende kleine Schürfungen, Rillen, Rippen oder, andere Aufrauhungen aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

1. Torsionselastisches Federungselement, bestehend aus einem außenseitig polygonen Innenteil, der konzentrisch im einem innenseitig polygonen Außenteil von gleicher Kantenzahl liegt, wobei Innenteil und Außenteil durch Zwischenlagerung der entsprechenden Anzahl elastischer Walzen, die einerseits an den Flächen des Innenteils und anderseits in den Kanten des Außenteils anliegen, gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abrollfläche (A) des Innenteils (2) mit der einen Seite eine der anliegenden Abrollflächen überragt und an ihrer anderen Seite von der anderen angrenzenden Abrollfläche überragt wird.

2. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'das Querschnittsverhältnis zwischen .Innenteil (2), Gummi walzen (G) und Außenteil (3) so gewählt ist, daß wenigstens annähernd optimale Ausnutzung des Materials eintritt, wenn die Verdrehung die vorbestimmte Grenze erreicht.

3. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (L) der Abrollflächen (A) nicht bis zum einbeschriebenen Kreis des Außenteils reichen oder über den einbeschriebenen Kreis (K) des Außenteils (3) hinausreichen.

4. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollflächen (A) flach, konkav oder konvex sind.

5. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (L) der Abrollflächen (A) in einer Ebene mit denselben liegen.

6. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (L) der Abrollflächen (A) aufgebogen oder abgebogen sind.

7. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (L), welche sich durch die Überlappung der Abrollflächen ergeben, als Anschläge für die Begrenzung des Rücklaufes benutzt werden.

8. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die

von den Lappen gebildeten Winkel Auflaufwulste (4) eingelegt werden, welche den Rücklauf begrenzen.

9. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummieinlagen (G) in bekannter Weise runden Querschnitt oder eine vom runden Querschnitt abweichende Form haben.

io.Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummieinlagen (G) armiert sind.

11. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anliegeflächen des Außenteils (3) gerauht sind.

12. Torsionselastisches Federungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anliegeflächen des Innenteils (2) gerauht sind.

Angezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 253 318;
französische Patentschrift Nr. 952 194;
USA.-Patentschrift Nr. 2 189 S70.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen