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Einzelblattfeder Die Erfindung bezieht sich auf Einzelblattfedern;
wie sie insbesondere für Schwingungszwecke Verwendung finden. Die üblichen Einzelblattfedern
haben den Nachteil, daß sie bei Dauerbiegebeanspruchung an der Einspannstelle leicht
brechen. Man hat sie deshalb bisher im allgemeinen so bemessen, daß die größte Biegebeanspruchung,
die bekanntlich an der Einspannstelle auftritt, geringer als die zulässige Dauerbiegebeanspruchung
war, wodurch die Feder verhältnismäßig groß bemessen werden mußte.
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Um die Beanspruchung einer Einzelblattfeder über die ganze Länge hin
annähernd gleich groß zu halten, ist es bekannt, ihren Querschnitt von der Einspannstelle
aus geradlinig zu verringern, wodurch die Feder eine Dreieckform erhält, die eine
gleich große Biegebeanspruchung der Feder über ihre ganze Länge hin gewährleistet.
Dieses Verfahren ist aber aus folgenden Gründen noch nicht befriedigend: einerseits
treten an der Einspannstelle außer den Biegekräften noch Schubkräfte auf, und andererseits
leidet gerade durch die Einspannung die zur Erzielung einer längeren Lebensdauer
wichtige - Oberflächenbeschaffenheit der Blattfeder, was zusammen ein vorzeitiges
Brechen auch der Dreieckfeder an der Einspannstelle hervorruft.
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Weiterhin ist es bekannt, Einzelblattfedern, deren Breite sich von
der Einspannstelle aus verringert, an ihrer Befestigungsstelle frei von Durchbrüchen,
Bohrungen, Nuten od. dgl. zu halten, um so an dieser hochbeanspruchten Stelle der
Blattfeder eine Querschnittsschwächung und die Gefahr von Anrissen zu vermeiden.
Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, beiderseitig der Blattfeder Zapfen anzuordnen,
welche in entsprechende Ausnehmungen der Blattfederhalterung
eingreifen.
Durch diese Konstruktion erhalten die Außenkanten der Feder an der durch den Zapfen
gebildeten Einspannstelle eine leichte Abrundung. Trotz dieser Abrundung bleibt
jedoch die Stelle stärkster Biegebeanspruchung - bei einer Blattfeder konstanter
Dicke nahe der Einspannstelle, so daß hier nach wie vor die Gefahr des Brechens
besteht.
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Die Erfindung gibt zur Lösung der Aufgabe, eine Feder hoher Lebensdauer
bei Dauerbiegebeanspruchung zu schaffen, die Anweisung, die Zone der größten Biegebeanspruchung
nicht an die Einspannstelle, sondern in eine kurze Entfernung von dieser zu legen.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Einzelblattfeder, deren Breite sich von der
Einspannstelle aus stetig verringert, dadurch erreicht, daß der aus der freien Länge
und der Breite der Blattfeder gebildete Quotient sein Maximum außerhalb der Einspannstelle
hat. Die Stelle der größten Biegebeanspruchung stimmt also nicht mit derjenigen
Stelle des Federblattes überein, an der neben einer Schubbeanspruchung auch leicht
Verletzungen der Oberfläche der Feder durch das Einspannen auftreten.
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Die Biegebeanspruchung o einer Blattfeder ist gleich dem Quotienten
aus dem Biegungsmoment M und dem Widerstandsmoment
Da M = P ₧ l und
ist (wobei P die angreifende Kraft, l die Länge, b die veränderliche Breite der
Blattfeder und h ihre konstante Dicke ist), wird der. Quotient
Hierbei ist k ein Proportionalitätsfaktor. Durch entsprechende Zuordnung der jeweiligen
Breite der Blattfeder zur entsprechenden Länge hat man es in der Hand, den Quotienten
so zu gestalten, daß das Maximum außerhalb der Einspannstelle liegt. Ein Beispiel
möge dies erläutern.
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In Bild I a sei I eine rechteckige Blattfeder, die längs der Linie
2-3 fest eingespannt ist. Bild I b zeigt diese Blattfeder von der Seite gesehen,
wobei an ihrem Endpunkt 4 die Kraft P angreift. Bild I c gibt die Kurve des Biegemomentes
M = P ₧ l wieder, die geradlinig verläuft und an der Einspannstelle 2-3 ihr
Maximum hat. In Bild I d ist die Kurve des Widerstandsmomentes
gezeichnet, das über die ganze Länge der Blattfeder hin konstant ist, da sowohl
die Breite b wie die Dicke h der Blattfeder konstant sind. In Bild
I e schließlich ist die Kurve
dargestellt, die zeichnerisch durch Division der Werte M (Bild I c) durch die Werte
W (Bild I d) gewonnen wurde.. Die Kurve zeigt, daß das Maximum von o an der Einspannstelle
liegt.
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In den Bildern 2 a bis 2 e ist die gleiche zeichnerische Entwicklung
für den Fall einer Dreieckfeder dargestellt, deren Breite an der Einspannstelle
2-3 ebenfalls gleich b ist und welche die gleiche Länge l hat wie die in Bild I
a und I b dargestellte Feder. Unter der Voraussetzung, daß die in Punkt 4 der Feder
angreifende Kraft P gleich derjenigen im Beispiel der vorher beschriebenen Rechteckfeder
ist; ergibt sich die gleiche Biegemomentkurve (Bild 2c) wie im Falle der Rechteckfeder.
Dagegen ist die Kurve des Widerstandsmomentes (Bild 2d) unterschiedlich, da das
Widerstandsmoment der Dreieckfeder von einem Nullwert auf den Endwert, der an der
Einspannstelle auftritt, anwächst. Die durch Division der M-Werte durch die zugehörigen
W-Werte ermittelte Kurve von o (Bild 2e) ist eine Kurve mit einem konstanten Wert
von o über die ganze Länge der Blattfeder hin.
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Die Bilder 3 a bis 3 e zeigen schließlich den weiteren Fall einer
bekannten Feder, und zwar die Trapezfeder, die einen Mittelfall zwischen den Federn
der Bilder I a und 2 a darstellt. Während die Kurve des Biegemomentes M (Bild 3c)
wieder gleich derjenigen in den beiden früheren Fällen ist, ergibt sich eine Kurve
des Widerstandsmomentes, die in ihrer Form der Federbreite entspricht (Bild 3d).
Die Kurve des Widerstandsmomentes (Bild 3 e) hat dann eine Form, die zwischen den
Kurvenformen der Bilder Ie und 2e liegt. Auch ihr Maximum liegt an der Einspannstelle.
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In den Bildern 4a und 4b ist eine Feder gemäß der Erfindung dargestellt.
Die Breite des Federblattes verringert sich, von der Einspannstelle 2-3 aus gesehen,
derart stetig, daß der durch die Division von M und W gebildete Quotient, der dem
Wert von o entspricht, sein Maximum nicht mehr an der Einspannstelle, sondern außerhalb
dieser hat (s.Bild 4e). Bilder 5a und 5 b stellen in Draufsicht und Seitenansicht
den Sonderfall eines aus zwei Blattfedern 5 und 6 bestehenden Aggregates dar, das
zur Parallelführung schwingender Gebilde bestimmt ist. Jede der Blattfedern 5 und
6 ist aus zwei Blattfedern nach Bild 4 a zusammengesetzt. Die Federn seien längs
der Linie 7-8 fest im Körper g eingespannt, während ihre anderen Enden mit dem beweglichen
Körper Io derart fest verbunden sind, daß die Linie II-I2 die Einspannlinie darstellt.
Wenn der Körper Io in Schwingungen gerät, verbiegen sich die Blattfedern 5 und 6
S-förmig, wie dies gestrichelt dargestellt ist. Bei Ausbildung des Federquerschnitts
gemäß Bild 5 a ergibt sich für jede Federhälfte wieder die in den Bildern 4a bis
4e abgeleitete Kurve der Biegebeanspruchung, d. h., die Hauptbeanspruchung liegt
nicht längs der Einspannlinien 7-8 bzw. II-I2, sondern etwas innerhalb dieser Linien,
wodurch ein Bruch an der Einspannstelle durch Dauerbiegebeanspruchung vermieden
wird.