DE1252011B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT WfT&v DeutscheKl.: 47 b-13

AUSLEGESCHRIFT — ^on

Aktenzeichen: B 63054X11/47 b

1 252 011 Anmeldetag: 28. Juni 1961

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein reibungsfreies Gelenk zur Aufnahme großer Zugkräfte, welches aus mindestens zwei plattenförmigen Federelementen gebildet ist, deren Enden an zwei in parallelen Ebenen liegenden Befestigungsteilen, von denen eines starr angeordnet ist, befestigt sind.

Es sind bereits aus einzelnen plattenförmigen Federelementen zusammengesetzte Federn mit Gelenkfunktion bekannt, die beispielsweise aus parallelgeschichteten Blattfedern gebildet sind (deutsche Patentschrift 818 295, britische Patentschrift 113345) oder bei denen ein Federstab in der Federachse liegt, während die anderen diesen Stab kranzförmig umgeben (deutsche Patentanmeldung G 6836 II/63 c). Federgelenke der einen oder anderen Art nutzen jedoch bei einer Biegebeanspruchung oder bei Verdrehung den Federwerkstoff schlecht aus. Dies hängt damit zusammen, daß sich die Werkstoffbeanspruchung sowohl bei Biegung als auch bei Verdrehung nicht gleichmäßig über den gesamten Federgelenkquerschnitt verteilt, sondern von einem Höchstwert zu einem Geringstwert innerhalb des Querschnittes übergeht.

Bei einem Durchbiegen solcher Federgelenke werden die auf der Druckseite liegenden Federelemente gezwungen, auszuknicken, da sie keine Druckkräfte aufnehmen können, während die auf der Zugseite liegenden Federelemente die Biegungskräfte im wesentlichen allein übernehmen müssen. Bei Gelenken, die außer auf Biegung und Verdrehung zusätzlich noch auf Zug in Richtung der Gelenkachse beansprucht werden, macht sich dieser Nachteil besonders ungünstig bemerkbar, da die auf der Zugseite liegenden Federelemente auch die volle Zugkraft aufnehmen müssen und daher einer erheblichen Belastung unterliegen. Bei Federgelenken, die in solcher Weise beansprucht werden, müssen deshalb die einzelnen Federelemente überdimensioniert werden, wenn die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen, wobei die Auslegung der Federelemente nach der maximalen Zugkraft jedoch stets eine größere Steifigkeit des Federgelenkes bei Biegedeformationen zur Folge hat.

Unabhängig davon, nach welchen Gesichtspunkten ein Federgelenk der vorbeschriebenen, an sich bekannten Art ausgelegt ist, sind dicht aneinanderliegende Federelemente bei Biegedeformationen einer hohen mechanischen Abnutzung durch Abrieb ausgesetzt. Daher ist die Lebensdauer solcher Federgelenke, wenn sie mit hoher Frequenz in wechselnder Richtung dauernd beansprucht werden, verhältnismäßig gering.

Reibungsfreies Gelenk

Anmelder:

Bölkow Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Ottobrunn bei München

Als Erfinder benannt: Dipl.-Ing. Hans Derschmidt, München Aufgabe der Erfindung ist es, ein reibungsfreies

Gelenk der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Nachteile der bekannten Gelenke vermieden sind. Insbesondere sollen bei einem Gelenk der Erfindung die auftretenden hohen Zugkräfte von allen Federelementen gleichmäßig aufgenommen werden und Gelenkfunktionen ohne erhebliche zusätzliche Spannungen möglich sein.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß sich die Mittellinien der Federelemente in ihrer Verlängerung in einer außerhalb des starren Befestigungsteiles liegenden gedachten Drehachse schneiden und die Verbindung der zu verbindenden Teile ausschließlich über die Federelemente erfolgt. Ein in dieser Weise ausgebildetes Gelenk läßt Be wegungen um mindestens eine Achse ebenso zu, als wenn ein Gelenk vorhanden wäre, dessen Gelenk-^ achse bzw. deren Achsen durch den Schnittpunkt der Federelemente gehen. Außerdem kommt einem solchen Gelenk der bedeutsame Vorteil zu, daß die Federelemente bei größeren Biegedeformationen nur kleinen Spannungen bei gleichmäßiger Verteilung derselben über die einzelnen Querschnitte unterworfen sind. Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Federgelenk zeichnet sich ferner in hohem Maße durch eine größere Elastizität und eine höhere Belastbarkeit auf Zug aus sowie infolge Vermeidens einer mechanischen Beanspruchung durch eine längere Lebensdauer bei dauernden Biegedeformationen in wechselnder Richtung und bei hoher Frequenz.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Federelemente mit über ihre Länge gleichförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Andererseits können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Federelemente aber auch nach ihren Befestigungsteilen hin einen zunehmend größeren Querschnitt aufweisen, wenn das erfindungsgemäße Gelenk gegen Bruch durch wechselnde

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Biegedeformationen in verschiedenen Richtungen und hoher Frequenz besonders widerstandsfähig sein soll. Eine derartige Ausbildung ist von an sich bekannter Art und z. B. im Maschinenbau bei Dehnungsschrauben oder ähnlichen Konstruktionselementen, die teilweise auf Zug und Druck beansprucht werden, üblich.

Der Übergang von dem starren Befestigungsteil zum elastischen Querschnitt der Federelemente läßt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch allmählicher gestalten, daß die Federelemente an ihren Befestigungsteilen in an sich bekannten Stützhülsen geführt sind.

Bei Gelenken, die nur mit verhältnismäßig geringer Frequenz auf Biegung beansprucht werden, kann eine Sicherung der einzelnen Federelemente gegen Dauerbruch an ihren Befestigungsteilen erfindungsgegmäß auch dadurch erfolgen, daß die Eintritts- bzw. Austrittskanten der Ausnehmungen für die Federelemente an den Befestigungsteilen dem Biegungsverlauf der Federelemente angepaßt sind.

Eine dem gleichen Zweck dienende erfindungsgemäße Maßnahme besteht ferner darin, daß die einander zugekehrten Seiten der Befestigungsteile bei Biegung der Federelemente deformierbare elastische KunststorIauflagen besitzen.

Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sowie die hierdurch geschaffenen Vorteile sind in den Figuren an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein gemäß der Erfuidung ausgebildetes reibungsfreies Gelenk in seiner Ruhestellung;

Fig. 2 zeigt die Wirkungsweise eines Gelenkes gemäß Fig. 1 bei einer Biegedeformation;

Fig. 3 stellt in perspektivischer Darstellung ein nur in einer Ebene auf Biegung beanspruchbares Gelenk dar;

Fig. 4 zeigt in einer Teilansicht einen Schnitt durch ein Befestigungsteil für die Federelemente mit einer Vorrichtung zum Verhindern eines scharfen Querschnittsüberganges vom biegefesten Querschnitt der Befestigungsteile zum weichen Übergang der biegeelastischen Federelemente;

Fig. 5 ist in einer ähnlichen Darstellung wie F i g. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Lösung zur Verhinderung scharfer Querschnittsübergänge.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei in parallelen Ebenen liegende und koaxial angeordnete Befestigungsteile eines an sich bekannten Gelenkes bezeichnet, welche Ausnehmungen la und la zum Befestigen der mit 3 bezeichneten plattenförmigen Federelemente besitzen. Von den beiden Befestigungsteilen, deren Verbindung ausschließlich über die Federelemente erfolgt, ist das Teil 2 starr angeordnet.

Die Enden 3 a der Federelemente sind in bzw. an den Teilen 1 und 2 so befestigt, daß sie am Teil 1 einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an ihrem anderen, gegenüberliegenden Befestigungsteil 2. Dabei schneiden sich die nicht näher bezeichneten Mittellinien der Federelemente in ihrer Verlängerung in einer außerhalb des starren Befestigungsteiles 2 liegenden gedachten Drehachse S. Hierdurch werden die eingangs genannten Vorteile erzielt.

In F i g. 2 ist gezeigt, wie die Federelemente 3 bei einer Biegebeanspruchung in Pfeilrichtung und gleichzeitiger Beanspruchung auf Zug gegenüber dem

Befestigungsteil 2 verformt werden. Die einzelnen Federelemente 3 werden dabei gezwungen, den ihnen durch die Richtung ihrer Befestigungsausnehmungen la bzw. la vorgegebenen öffnungswinkel zunächst beizubehalten, der bei zunehmender Biegedeformation der Federelemente im weiteren Verlauf der freien Längen der Federelemente jedoch bis auf einen etwa in der Mitte der freien Längen liegenden Umkehrpunkt, der in F i g. 2 durch die strichpunktierte

ίο Linie 4 angedeutet ist, sukzessive abnimmt bzw. dort seinen Höchstwert erreicht. Dadurch nehmen die einzelnen Federelemente 3 bei einem Verschwenken des Befestigungsteils 1 gegenüber dem Teil 2 um den gemeinsamen theoretischen Schnittpunkt einen S-förmigen Ausschlag ein, der bei allen Federelementen gleich groß ist. Durch diese in F i g. 2 deutlich sichtbare S-förmige Deformation ist es möglich, daß das' Befestigungsteil 1 gegenüber dem Teil 2 ohne große zusätzliche Biegespannungen in den Federelementen verschwenkt werden kann. Im Bereich des etwa in der Mitte der freien Längen der Federelemente liegenden Umkehrpunktes sind keinerlei Biegespannungn vorhanden.
In F i g. 3 ist ein Gelenk der erfindungsgemäßen Art in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Gelenk besitzt nur drei Blattfedern 5, die in den Befestigungsteilen 6 und 7 in ähnlicher Weise gehalten sind wie die Federelemente 3 in den Fig. 1 und 2 und deren Enden ebenso wie dort an ihrem einen Befestigungsteil 6 einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an ihrem anderen, gegenüberliegenden Befestigungsteil 7. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf diese Anzahl von Federelementen beschränkt, sondern es können je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck des Gelenkes in gleich vorteilhafter Weise auch nur zwei oder auch mehr als drei Blattfedern angeordnet sein. Desgleichen sind auch verschiedene, von der im Ausführungsbeispiel gezeigten Befestigung abweichende Befestigungsarten der Blattfedern in bzw. an den Teilen 6 und 7 möglich. Das in F i g. 3 gezeigte Gelenk ist außer als Gelenk mit Biegedeformationsmöglichkeit in einer Ebene auch als torsionselastisches Gelenk verwendbar.

In F i g. 4 ist eine Sicherung der einzelnen Federelemente gegen Dauerbruch an ihren Befestigungsstellen gezeigt. Das wiederum mit 1 bezeichnete Befestigungsteil besitzt ein dem Querschnitt des Federelementes 3 entsprechend ausgebildetes Ausnehmungsteil 9 a und ein abgerundetes, etwa nach einer Parabel verlaufendes Ausnehmungsteil 9 b. In der Figur ist zur besseren Veranschaulichung des allmählichen Querschnittsüberganges das Federelement 3 im abgebogenen Zustand gezeigt. Auf Grund dieser Darstellungsart ist der Figur deutlich zu entnehmen, daß durch die parabelförmig verlaufenden Abrundungen ein scharfer Übergang von dem biegesteifen Befestigungsteil 1 zum biegeelastischen Federelement 3 vermieden wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit eines allmählichen Übergangs vom steifen Befestigungsteil 1 zum verhältnismäßig weichen, elastischen Federelement 3 gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist vorgegesehen, daß die einander zugekehrten Seiten der Befestigungsteile, von denen in der Figur nur eines gezeigt ist, bei Biegung der Federelemente 3 deformierbare elastische Kunststoffauflagen 10 besitzen.

Claims (6)

1 252 Oil Als Auflage wird hierbei ein Kunststoff Verwendung finden, der mindestens die gleiche Elastizität besitzt wie der Werkstoff des Federelementes, üblicherweise jedoch weicher und um ein geringes elastischer ist als dieser. Bei einem Verbiegen der Federelemente wird der Kunststoff in der im Ausführungsbeispiel gezeigten Weise deformiert, ohne daß hierbei die einzelnen Federelemente um die eintrittsseitigen scharfen Kanten der Befestigungsteile 1 geknickt werden. Da es bei Gelenken gemäß der Erfindung wünschenswert ist, daß die einzelnen Federelemente bei größeren Biegedeformationen nur kleinen Spannungen ausgesetzt werden, ist die Verwendung eines Werkstoffe? von Vorteil, der einen kleinen Elastizitätsmodul aufweist. Eine weitere allgemeine Forderung, der auch Gelenke der erfindungsgemäßen Art ausgesetzt sind, besteht ferner darin, daß ein Werkstoff verwendet wird, der große Zug- und Druckspannungen aufnehmen kann, damit der Querschnitt der ao Federelemente möglichst gering gehalten wird. Außerdem soll, wie bereits eingangs erwähnt, ein Gelenk gemäß der Erfindung neben diesen gewünschten vorteilhaften Eigenschaften auch ein geringes Baugewicht besitzen. »5 Die vorgenannten Forderungen lassen sich in besonders einfacher und vorteilhafter Weise dadurch verwirklichen, daß die einzelnen plattenförmigen Federelemente aus einem Werkstoff mit geringem spezifischem Gewicht hergestellt sind, und zwar aus glasfaserverstärktem Kunststoff, der sowohl einen kleinen Elastizitätsmodul als auch eine hohe zulässige Zug- und Druckspannungskennlinie besitzt. Patentansprüche:

1. Reibungsfreies Gelenk zur Aufnahme großer Zugkräfte, welches aus mindestens zwei plattenförmigen Federelementen gebildet ist, deren Endden an zwei in parallelen Ebenen liegenden Be-

festigungsteilen, von denen eines starr angeordnet ist, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mittellinien der Federelemente (3) in ihrer Verlängerung in einer außerhalb des starren Befestigungsteiles (2) liegenden gedachten Drehachse (5) schneiden und die Verbindung der zu verbindenden Teile (I_j 2) ausschließlich über die Federelemente erfolgt.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente mit über ihre Länge gleichförmigem Querschnitt ausgebildet sind.

3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente nach ihren Befestigungsteilen (1, 2) hin einen zunehmend größeren Querschnitt aufweisen.

4. Gelenk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente an ihren Befestigungsteilen in an sich bekannten Stützhülsen geführt sind.

5. Gelenk nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsbzw. Austrittskanten (9 a) der Ausnehmungen für die Federelemente an den Befestigungsteilen (1, 2) dem Biegungsverlauf der Federelemente (3) angepaßt sind.

6. Gelenk nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Seiten der Befestigungsteile (1, 2) bei Biegung der Federelemente deformierbare elastische Kunststoffauflagen (10) besitzen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 932 231, 879 774,
818293;

deutsche Patentanmeldung G 6836 II/63 c (bekanntgemacht am 5. 3.1953);

französische Patentschrift Nr. 904 514;
britische Patentschrift Nr. 113345;
ZVDI vom 11.11.1939, S. 1195.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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