DE1914608A1

DE1914608A1 - Kautschukdruckfeder

Info

Publication number: DE1914608A1
Application number: DE19691914608
Authority: DE
Inventors: Joachim Tank
Original assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Current assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Priority date: 1968-03-26
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-11-13
Also published as: NL6904438A; FR1570569A; GB1257718A; SE364222B; BE730469A; LU58238A1; US3593981A

Description

. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

KC 408 * MtInehen2,Rosentai7_f 2.Aufg.

Tei.-Adr. Leinpat München Telefon (G811)2C19S9

den 21. März 1969

MEUMATIQUES CAOUTCHOUC MMJFACTUBE ET PLASTIQUES KLSBER COLOMBES,

Colombes (Frankreich)

Kautschukdruckfeder

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kautschukdruckfeder der Sandwichbauart mit Kautschukschichten, die an zueinander parallelen Metallendplatten und an einer oder mehreren Metallzwischenplatten anhaften, wobei das Ganze einen zylindrischen oder parallele piped is chen elastischen Block mit Schichtaufbau bildet. Derartige Federn dienen im allgemeinen als elastische Auflager zum Abstützen einer vertikalen Last oder Kraft, wobei dann der Kautschuk zwischen den Metallplatten auf Komprimierung arbeitet. Die Feder kann jedoch auch auf Scherung arbeiten, wenn sich der Hauptkomprimierungslast eine horizontale, beispielsweise von einer horizontalen Verlagerung der abgestützten Last herrührende Kraft überlagert.

Bekanntlich ist die Elastizität dieser Federn bei Scherungsbeanspruchung grosser als bei Komprimierung, so dass bei einer bestimmten Last die Kompressionsdurchbiegung kleiner ist, wenn die Kraft in Vertikalrichtung einwirkt, als die Verlagerung bei Scherbeanspruchung, wenn die Kraft in Horizontalriohtung einwirkt. Weiterhin ist bekannt, dass die Starrheit in Horizontalrichtung, d.h. bei Scherung, mit zunehmender vertikaler Komprimierung der Feder

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abnimmt und sogar einen negativen Wert annehmen kann, wobei dann die Feder unstabil ist. Dies kann für bestimmte Anwendungsgebiete ^: sehr nachteilig sein, beispielsweise dann, wenn die Feder für die * Aufhängungen der Karosserie eines Fahrzeuges verwendet wird und gleichzeitig deren vertikale und horizoPtale Elastizität gewährleistet, weil es im allgemeinen vorteilhaft ist, dass sich die horizontale Elastizität mit Lastveränderung nicht wesentlich ändert, und vor allem nicht mit zunehmender last zunimmt.

In bestimmten Fällen kann bei Verwendung von V- oder Winkelfedern mit in bezug auf die Vertikalrichtung der Last geneigten Stützflächen dadurch eine grosse vertikale Elastizität erhalten werden, dass man den Kautschuk sowohl auf Scherung als auch auf Komprimierung, hauptsächlich jedoch zwischen den schrägen Stützflächen auf Scherung arbeiten lässt. Dennoch ist bei derartigen V-Federn die horizontale Querelastizität sehr begrenzt und kann unzureichend sein, weil dann der Kautschuk zwischen den geneigten Stützflächen hauptsächlich auf Komprimierung arbeitet. Diese Federn sind also dann nicht geeignet, wenn eine geringe vertikale und eine ziemlich hohe horizontale Elastizität erzielt werden solL Zu'diesem Zweck müssten die V-förmigen Oberflächen mit einem grossen Öffnungswinkel, beispielsweise von ca.120°, ausgebildet werden, damit der Kautschuk in Vertikalrichtung in erster Linie auf Komprimierung und in Horizontalrichtung hauptsächlich auf Scherung arbeitet. Dies würde jedoch zu dem besonderen Nachteil der Druckfedern führen, dass nämlich die horizontale Starrheit mit zunehmender Kompressionslast abnimmt.

Die erfindungsgemässe Kautschukdruckfeder ist ein zylindrischer oder parallelepipedischer Kautschukblook, der sich auf in bezug auf die Blockachse geneigten Endflächen derart abstützt, dass der Block beim Abstützen der Last hauptsächlich auf Komprimierung arbeitet, und die sich dadurch auszeichnet, dass zum Erhöhen der seitlichen Starrheit der Feder bei ihrer Komprimierung zumindest in Querrichtung der Kautschukblock durch mindestens eine Zwischenplatte unterteilt ist, die in bezug auf die Block-

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achse in einem Winkel geneigt ist, der grosser ist als der Neigungswinkel der Blockendflächen.

.Vorzugsweise sind die Endflächen des Kautschukblocks parallel zueinander geneigt und bei Vorhandensein einer einzigen Zwischenplatte ist diese in der Mitte des Blockes angeordnet und sohliesst mit der Achse einen Winkel von 90° ein. Hat die Feder mehrere Zwischenplatten, haben die zwischen eine Endfläche und die Mittelebene eingebrachten Platten gleichen Abstand voneinander und sind in bezug auf die Achse mit zunehmenden Winkeln geneigt, die zwischen dem Neigungswinkel der Endfläche und 90° liegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Feder mindestens zwei beiderseits einer Axialebene liegende Kautsohukblockelemente, und Stützflächen und Zwischenplatten beider Kautsohukblookelemente sind in bezug auf diese Axialebene in entgegengesetzter Richtung geneigt. Der seitliche Versteifungseffekt der komprimierten Feder wirkt sich dann in den zwei entgegengesetzten Querrichtungen aus.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht einer erfindungsgemassen Druckfeder mit einer Zwischenplatte,

Fig. 2 einen Grundriss der Feder von Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Fecfer von Fig. 1 im komprimierten Zustand,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Feder mit mehreren Zwischenplatten, und

Fig. 5 und 6 Seitenansichten einer Doppelfeder im

unbelasteten bzw. komprimierten Zustand.

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Auf der Zeichnung sind die Federn aufrechtstehend in der Stellung wiedergegeben, in der sie eine in Vertikalrichtung einwirkende Komprimierungslast aufnehmen; in der Beschreibung ist stets auf diese aufrechte Stellung bezug genommen. Wenn die Korn-. primierungslast in schräger oder liegender Richtung einwirkt, sind sie selbstverständlich auch in schräger oder liegender Stellung verwendbar.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine Feder, bestehend aus einem Kautschukblock 1 mit rechtwinkligem Querschnitt und vertikaler Achse x-x·, längs der eine abzustützende Last C einwirkt. Der Kautschükf block 1 hat parallele Endflächen 2, die in einem Winkel a von weniger als 90° in bezug zur Achse x-x* geneigt sind. Diese Flächen werden auf die gegenüberliegenden Flächen zweier vertikal übereinander angeordneter, keilförmiger Teile 3 aufgeklebt oder aufvulkanisiert. Die gegenüberliegenden Aussenseiten 4 der keilförmigen Teile 3 verlaufen senkrecht zur Achse x-x* und sind auf einem Stützteil 5 und einem abzustützenden Teil 6 mechanisch befestigt oder liegen einfach auf diesen auf.

Gemäss der Erfindung ist der Kautschukblock 1 durch eine Zwischenplatte 7 in zwei gleiche Teile unterteilt, die sich in der horizontalen Mittelebene erstreckt und so mit der Achse x-x^f einen Winkel b von 90° einschliesst, also einen Winkel, der grosser ist als der Neigungswinkel a der Endflächen 2. I

Im unkomprimierten Zustand hat die Feder eine gewisse Querstarrheit gegenüber einer Kraft, die horizontal, in Richtung i B verläuft und das Bestreben hat, die keilförmigen Teile 3 in bezug zueinander zu verlagern. Diese Querstarrheit kann errechnet werden, wenn man berücksichtigt, dass ein grosser Teil des Blockvolumens, das dem alle ganzen gradlinigen Schnittflächen des Blokkes enthaltenden horizontalen Abschnitt entspricht (in Fig. 1 der schraffiert gezeichnete Abschnitt 1-j),theoretisch nur auf S.cherung arbeitet, während die übrigen, an die schrägen Endflächen 2

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angrenzenden Abschnitte *Ϊ2 ^^es Blookee sowohl auf Scherung als auch auf Komprimierung arbeiten, um sich der last B zu widersetzen.

Wird die Feder durch die last C in Vertikalrichtung komprimiert (Fig. 3), verformen sich beide Teile des Kautschukblokkes 1 und verlagern dabei die Zwischenplatten 7 derart, dass ihr Neigungswinkel b* mit der Achse x-x^f abnimmt und sich dem Wert des Neigungswinkels a der Endflächen 2 annähert. Bei Erreichen des Grenzwertes hat die Zwischenplatte 7 das Bestreben, sich parallel zu den Endflächen 2 zu verstellen. Diese Verschwenkbewegung der Zwisohenplatte 7 beruht darauf, dass die Stärke jedes Blockabschnitts in Vertikalrichtung zwischen den schrägen Endflächen 2 und der Zwisohenplatte 7 veränderlich ist. Diese Bewegung ist im übrigen leicht verständlich, wenn man weiss, dass die Kompressionselastizität des Kautschuks eine Funktion des Quadrates ' der Stärke des komprimierten Kautschuks ist. Folglich biegen sich cfe stärksten Blockabschnitte proportional mehr durch als die schwächeren Abschnitte und ermöglichen auf diese Weise eine Verschwenkung der Zwischenplatte 7.

Wenn die Feder in diesem komprimierten Zustand darüber hinaus einer seitlich einwirkenden Kraft B unterworfen wird, wird diese Kraft einerseits durch die rein auf Scherung arbeitenden, schraffierten Abschnitte "U des Kautschukblockes aufgefangen und andererseits durch die anderen, an die schrägen Endflächen und an die beiden gegenüberliegenden Seiten der Zwischen- j platte 7 angrenzenden Abschnitte Λ^ ^υη^ ^4 ^^es Katschukblockes, die sowohl auf Scherung als auch auf Komprimierung arbeiten. Unter diesen Betriebsbedingungen ersetzt also die durch die Komprimierung des Kautschukblockes bewirkte Schrägstellung der Zwischenplatte 7 in den Abschnitten 1^ des Kautschukblockes eine reine Scherfunktion durch eine kombinierte Scher-Kompressions-Funktion, so dass die Querstarrheit der Feder in Richtung der Kraft B erhöht wird. Da aber die Schrägstellung der Zwischen- \

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platte 7 von der Kompressionsdurchbiegung und somit von der last C abhängt, nimmt die auf der Schrägstellung der Zwischenplatte 7 beruhende Quersteifigkeit mit zunehmender Last zu. Dieser Versteifungseffekt ist derart bestimmbar, dass er die auf der Komprimierung des Kautschuks beruhende Verringerung der Querstarrheit gänzlich oder teilweise ausgleicht, so dass die Gesamtf querstarrheit der Feder in Bichtung B innerhalb eines für den. jeweiligen Verwendungszweck ausreichenden Lastbereiches im wesentlichen konstant bleibt. Falls notwendig, ist sogar eine Gesamtquerstarrheit der Feder erzielbar, die zusammen mit der Last C zunimmt.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die horizontale Steifheit der Feder entgegengesetzt zur Richtung B sowie in Horizontalrichtung A durch die Schrägstellung der Zwischenplatte 7 in der komprimierten Feder so gut wie niüht beeinflusst. Bei bestimmten Anwendungsgebieten kann dies sin Vorteil sein. Soll jedoch in diesen anderen Horizontalrichtungen ein Versteifungseffekt erzielt werden, so ist dies durch Verwendung mehrerer gleicher Federn möglich, die derart ausgerichtet sind, dass sie jeweils in der erforderlichen Richtung einen Widerstand entgegensetzen.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist der Kautschukblock durch mehrere Zwischenplatten 7 unterteilt, die derart gleichmässig verteilt sind_s dass die zwischen eine Endfläche 2 und die horizontale Mittelebene eingebrachten Platten in bezug auf die Achse x-x^s Heigungswir}-kel b-j, 1^2, b* haben, die zwischen dem Wert des linkeis a der Endfläche 2 und 90° allmählich zunehmen. Diese Zwischenplatten 7 liegen folglich immer paarweise parallel zueinander und die auf der gleichen Seite der horizontalen Mittelebene liegenden i Zwischenplatten sind in Ebenen angeordnet, die mit der Mittel- | ebene und der Ebene der Endfläche 2 konvergieren. Die Konvergenzjpunkte 0 dieser Flächen liegen für die beiden Feäerhäliten in bezug auf die Achse x-x¹ einander gegenüber.

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Im komprimierten Zustand der Kautschukfeder ändert sich die Schrägstellung der Zwischenplatten 7 und letztere haben samtlich das Bestreben, sich parallel zueinander auszurichten und dabei - wie oben beschrieben - die Proportion des im Hinblick auf eine quer wirkende Kraft in Richtung B theoretisch nur auf Scherung arbeitenden Kautschukvolumens zugunsten des sowohl auf Soherung als auch auf Komprimierung arbeitenden Kautschukvolumens zu vermindern.

Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Kautschukfeder zwei Kautschukblockelemente 10, 11 hat, die dem Element der Feder von Fig. 1 entsprechen. Diese Kautschukblockelemente sind in Querrichtung beiderseits der Axialebene x-x^f, in der die abzustützende last C einwirkt, unter Abstand voneinander angeordnet. Die Endflächen dieser Blockelemente 10, 11 sind in bezug auf die Achse x-x* symmetrisch einander entgegengesetzt geneigt und an entsprechenden Schrägflächen 12, 13_f 14_f 15 in Form eines sehr weit geöffneten V befestigt. Die gegenüberliegenden Aussenflachen dieser Endteile sind vorzugsweise eben und parallel, so dass sie jeweils am Stützteil und an der abzustützenden Last befestigbar sind. Die Kautschukblöcke 10, 11 sind auf der Zeichnung jeweils durch eine Zwischenplatte 18, 19 unterteilt, die in der Ruhelage mit der Achse x-x¹ einen Neigungswinkel von 90° einschliessen, d.h. also einen Neigungswinkel, der grosser ist als der der Blockendflächen. Es können ebensogut in jedem Blockelement 10, 11 mehrere Zwischenplatten vorhanden sein.

Fig. 6 zeigt die gleiche Feder im komprimierten Zustand. Die Zwischenplatten 7 sind symmetrisch zueinander geneigt und der Schrägstellung der Endflächen ihres Blocks angenähert. Bei dieser Federausbildung ist die seitliche Starrheit der komprimierten Feder in für zwei einander entgegengesetzten Richtungen B erhöht. Die seitliche Starrheit der Kautschukfeder in senkrecht zur Richtung B verlaufender Horizontalrichtung (d.h. in _; Längsrichtung A) ist dabei aber nicht wesentlich beeinflusst.

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In einer abgehandelten Ausführungsform der Feder von Fig. 5 sind die Endflächen 12, 13 entgegengesetzt zu den Endflächen 14, 15 geneigt, jedoch nicht symmetrisch in bezug zur Achse x-x^f, so dass für die zwei einander entgegengesetzten Rieh- ' tungen B eine unterschiedliche Versteifung erzielt ist.

Die oben beschriebenen Federn sind für verschiedene Anwendungsgebiete verwendbar, bei denen die abzustützende last C veränderlich ist, beispielsweise als Seitenaufhängungen"für die Karosserie von Eisenbahnwagen.

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Claims

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Patentansprüche:

Kautschukdruekfeder mit mindestens einem zylindrischen^ oder parallelepipedischen Kautschukblock, dessen Enden zum Arbeiten beim Abstützen der Last insbesondere auf Komprimierung an in bezug auf die Blockachse geneigten Stützflächen . befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhöhen der i Seitensteifigkeit der Feder bei Komprimierung in zumindest einer Querrichtung der Kautschukblock (1) durch mindestens ei- : ne Zwischenplatte (7) unterteilt ist, die in bezug auf die Blockachse (x-x¹) einen Neigungswinkel (b) hat, der grosser ist als der Winkel (a) der Endflächen (2) mit der Achse (x-x^l).
2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ·; die Endflächen (2) des Kautschukblockes (1) zueinander parallel sind.
3. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zwischenplatte (7) hat, die in der Mitte des Kautschukblockes angeordnet ist und mit der Blockachse (x-x¹) einen Winkel von 90° einschliesst.
4. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Zwischenplatten (7) hat, die zwischen eine Endfläche (2) und die Federmittelebene eingebracht sind und mit der Achse zwischen dem Neigungswinkel (a) der Endfläche und 90° lie- ^nde, zunehmende Neigungswinkel (b^, ^* b^) einschliessen (Fig. 4).
5. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest zwei in Querrichtung unter Abstand voneinander angeordnete Kautschukblockelemente (10, 11) hat, die beiderseits einer die Einwirkungsrichtung der Last enthaltenden Axialebene liegen, und dass zum Erhöhen der Seitensteifigkeit der komprimierten Feder in beiden, einander entgegengesetzten Querrichtungen die Endflächen (12, 13, 14, 15) und die Zwischenplatten (18, 19) der Kautschukblöcke in bezug auf diese Axialebene in entgegengesetzter Richtung geneigt sind (Fig. 5 und 6). 909846/0 567 -10- !
6. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge^

kennzeichnet, dass die Aussenflachen der Endteile (3, 16, 17)

parallel und senkrecht zur Achse des Blockes.oder der Axialebene der Blöcke verlaufen.

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