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Gummifederelement Die Erfindung bezieht sich auf ein Gummifederelement
zum gegenseitigen federnden Abstützen und Führen von Maschinen- und Fahrzeugteilen
mit einer die Eigendämpfung der verwendeten Gummimischung übersteigenden Dämpfung,
bestehend aus einem endbundverstärkten Gummihohlkegelstumpf mit einem Kegelwinkel
von höchstens etwa 30°, der lose zwischen zwei metallischen, seiner Form angepaßten
und mit Ringflanschen versehenen Abstützkörpern gelagert ist und dessen Endbundverstärkung
eine größere axiale Dicke als seine Wandstärke aufweist.
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Bei diesen bekannten Gummifederelementen ist der Gummihohlkegelstumpf
mit einer abgeplatteten Spitze, d. h. einem nach innen gerichteten Endbund, auch
Ringwulst genannt, und am Außenmantel im Bereich der den größten Durchmesser aufweisenden
Stirnfläche mit einem nach außen gerichteten Endbund oder Außenbund versehen. Da
beide Endbunde zum Tragen vorgesehen sind, ist es erforderlich, die Abstände der
Abstützflächen an den beiden Abstützkörpern, insbesondere die Abstützflächen für
die Endbunde, verhältnismäßig genau entsprechend den gegenseitigen Abständen der
Endbunde des Gummikörpers herzustellen, um die gewünschte Federcharakteristik und
Dämpfung zu gewährleisten. Sollen die bekannten Gummifederelemente außerdem sehr
weich ausfallen, so wird das Gummifederelement entweder sehr lang, oder die angestrebten
Führungseigenschaften verschlechtern sich infolge der geringen überschneidung, d:
h. infolge des geringen Ineinandergreifens der kegeligen Abstützfiächen der Abstützkörper.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin zu sehen ist,
das Gummifederelement gemäß dem eingangs genannten Gattungsbegriff so zu verbessern,
daß sich bei gleichzeitig vereinfachter Herstellung und mindestens unter Beibehalten
der guten Führungs- und Dämpfungseigenschaften ohne Vergrößerung des Platzbedarfs
weichere Federkennlinien verwirklichen lassen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Gummihohlkegelstumpf
lediglich an seinem weiteren Ende mit einem im wesentlichen auf Druck beanspruchten
Außenbund versehen ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß bei unbelastetem Gummihohlkegelstumpf
zwischen dem Ringflansch des inneren kegelstumpfförmigen Abstützkörpers und der
zugewandten Stirnfläche des Außenbundes ein Abstand vorbestimmter Größe vorgesehen
ist.
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Durch diese Maßnahme wird jedoch nicht nur eine vorteilhafte Lösung
der Erfindungsaufgabe gewährleistet. Darüber hinaus ist es möglich, die Dämpfung
zu steigern, wobei es von besonderer Bedeutung ist, daß die Dämpfung über den Federweg
des Gummifederelementes wesentlich gleichmäßiger als bisher verteilt ist. Infolge
der günstigen Dämpfung und des größeren Federweges bei gleichem Gummivolumen wie
bei den bekannten Gummifederelementen ergibt sich eine bessere Ausnutzung des vorhandenen
Gummivolumens. Gleichbleibende Federung und Dämpfungswerte sind zudem sicherer zu
erreichen. Dies wird auch noch dadurch begünstigt, daß nur noch die Abstützflächen
der Abstützkörper für den einzigen Außenbund und die Kegelflächen für den Gummihohlkegelstumpf
aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Haltbarkeit, d. h. die Lebensdauer der
Gummielemente ist größer, da Zerstörungen des Gummihohlkegels im Bereich einer abgeplatteten
Spitze des inneren Abstützkörpers bei stärkeren Belastungen ausgeschlossen sind.
Inbesondere wird dadurch auch die Belastbarkeit des Gummifederelementes wesentlich
vergrößert, so daß damit ebenfalls eine bessere Ausnutzung des Gummivolumens gewährleistet
wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt jeweils in einem Längsmittelschnitt Abb.l ein
Gummifederelement, dessen kegehge Abstützflächen sämtlich den gleichen Kegelwinkel
aufweisen, wobei die linke Seite der Abbildung ein. unbelastetes und die rechte
Seite ein belastetes Gummifederelement darstellt, Abb.2 ein Gummifederelement, dessen
äußerer Abstützkörper und Gummihohlkegelstumpf innen und außen gleichen Kegelwinkel
aufweisen, während der Kegelwinkel des inneren Abstützkörpers etwas größer ist.
Die linke Seite der Abb.2 stellt jeweils
ein unbelastetes und ein
schwach belastetds und die rechte Seite der Abb. 2 ein stark belastetes Gummifederelement
dar.
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Das Gummifederelement gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb.l besteht
im wesentlichen aus einem kegelstumpfförmigen inneren Abstützkörper 1, einem hohlkegelstumpfförmigen
äußeren Abstützkörper 2 und einem lose zwischen diese Abstützkörper 1 und 2 eingelegten
Gummihohlkegelstumpf 3.
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Der Gummihohlkegelstumpf 3 ist lediglich im Bereich seines größten
Durchmessers, d. h. an seinem weiteren Ende, an seinem Außenmantel mit einem zwei
etwa parallele Stirnflächen aufweisenden Außenbund 4, auch Ringwulst genannt, versehen.
Der Außenmantel des Außenbundes 4 verläuft zylindrisch und kann symmetrisch zu seiner
Quermittelebene mit einer Ringnut 5 von segmentförmigem Querschnitt versehen sein,
um beim Zusammendrücken des im wesentlichen auf Druck beanspruchten Außenbundes
4 die Oberflächenspannung des Außenmantels des Außenbundes 4 zu vermindern. Der
Kegelwinkel des Gummihohlkegelstumpfes 3 ist vorteilhaft kleiner als 30='. um eine
gute dynamische und statische Dämpfung, die wesentlich höher liegt als die Eigendämpfung
der verwendeten Gummimischung, zu erzielen.
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Die Gummimischung als solche entspricht den üblichen, für Gummifedern
verwendeten Gummimischungen mit hoher Elastizität und geringer Eigendämpfung. Die
Härte richtet sich dabei nach der gewünschten Federkennlinie des Gummifederelementes.
Die axiale Dicke des Außenbundes 4 des Gummihohlkegelstumpfes 3 ist größer als die
Wanddicke des Gummihohlkegelstumpfes 3 und beträgt vorteilhaft ein Vielfaches davon.
Die innere Abstützfläche des Gummihohlkegelstumpfes 3 und seine äußere Abstützfläche
weisen gleichen Kegelwinkel auf.
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Der innere kegelstumpfförmige Abstützkörper 1 ist aus Stahlguß, Gußeisen,
Leichtmetall od. dgl. hergestellt und vorteilhaft hohl ausgebildet. Er ist in beliebiger
Weise mit dem einen der beiden abzustützenden, in der Zeichnung nicht dargestellten
Maschinen- oder Fahrzeugteile z. B. durch Schrauben, Nieten, Schweißen od. dgl.
verbunden. An seinem den größeren Durchmesser aufweisenden Ende ist der kegelstumpfförmige
Abstützkörper 1 mit einem nach außen gerichteten Ringflansch 6 versehen, der an
seinem Außenumfang einen zur Längsachse des Abstützkörpers 1 koaxialen Ringkragen
7 aufweist. Die Übergänge zwischen der kegeligen Abstützfläche des Abstützkörpers
1 und der inneren Fläche des Ringflansches 6 sowie zwischen der letzteren und dem
Innenmantel des Ringkragens 7 sind gut abgerundet, um Verletzungen der entsprechend
verlaufenden Abstützflächen des Gummihohlkegelstumpfes 3 und seines Außenbundes
4 zu vermeiden.
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Der äußere Abstützkörper 2 des Gummifederelementes ist ebenfalls als
metallischer Hohlkegelstumpf ausgeführt und in gleicher Weise wie der innere Abstützkörper
1 mit dem anderen in der Zeichnung nicht mehr dargestellten abzustützenden und zu
führenden Maschinen- oder Fahrzeugteil verbunden. Der Innenmantel des mit dem inneren
gleichachsigen äußeren Abstützkörpers 2 stellt die äußere Abstützfläche des Gummihohlkegelstumpfes
3 dar. Da das Gummifederelement gemäß der Erfindung nicht nur als Federelement,
sondern insbesondere auch als Führungselement vorgesehen ist, dringen die gleichwinklig
kegeligen Abstützflächen der beiden Abstützkörper 1 und 2 in axialer Richtung weit
ineinander ein. Der äußere Abstützkörper 2 ist ebenfalls an seinem den größeren
Durchmesser aufweisenden Ende mit einem nach außen gerichteten Ringflansch 8 versehen,
der parallel zum Ringflansch 6 des inneren Abstützkörpers 1 eine Abstützfläche für
die andere Stirnfläche des Außenbundes 4 aufweist. Auch dieser Ringflansch 8 ist
außen mit einem teilweise den Außenmantel des Außenbundes 4 umfassenden Ringkragen
9 versehen, wobei durch gut abgerundete Übergänge zwischen Innenmantel des Ringkragens
9, Ringflansch 8 und kegeliger Abstützfläche Verletzungen des eingelegten Gummihohlkegelstumpfes
3 und seines Außenbundes 4 vermieden werden. Die Ringkragen 7 und 9 der beiden Abstützkörper
1 und 2 sind einander zugekehrt. Die Innenflächen der Ringkragen 7 und 9 erweitern
sich zu ihren Rändern hin kegelförmig. Statt beide Abstützkörper 1 und
2 mit je einem Ringkragen 7 bzw. 9 zu versehen, kann auch schon ein Ringkragen
an nur einem der Flansche 6 bzw. 8 genügen.
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Um eine sehr hohe Dämpfung zu gewährleisten, sind die Flanschabstützflächen
der beiden Abstützkörper 1 und 2 und die Stirnflächen des Außenbundes 4 des Gummihohlkegelstumpfes
3 so aufeinander abzustimmen, daß im unbelasteten oder nur schwach belasteten Zustand
des Gummifederelementes zwar sämtliche Kegelflächen der ineinander-P a
schachtelten
Teile 1, 3 und 2 aneinanderliegen, aber von den Stirnflächen des Außenbundes 4 nur
die innere an dem Ringflansch 8 anliegt, während zwischen der äußeren Stirnfläche
des Außenbundes 4 und der Innenfläche des Ringflansches 6 des inneren Abstützkörpers
1 anfänglich ein vorbestimmter Abstand vorgesehen ist (Abb. 1, linke Seite), dessen
Größe sich nach den gewünschten Feder- und Dämpfungseigenschaften des Gummifederelementes
richtet, wobei mit größerem Abstand Dämpfung und Weichheit der Federkennlinie steigen.
Bei starker Belastung liegen auch beide Flanschabstützflächen voll am Gummikörper
an (Abb. 1, rechte Seite).
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Für Fälle, in denen eine noch weichere Federcharakteristik und noch
höheres Dämpfungsvermögen erforderlich sind, ist das Gummifederelement gemäß Abb.2
vorgesehen. Das Gummifederelement nach der Abb.2 entspricht im grundsätzlichen Aufbau
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1. Die kegelige Abstützfläche des äußeren Abstützkörpers
10 und die beiden kegeligen Abstützflächen des Gummihohlkegelstumpfes 11 stimmen
im Kegelwinkel auch hier überein. Ihr Kegelwinkel soll höchstens 35° betragen, bleibt
jedoch vorteilhaft noch unter 30°. Im gezeichneten Beispiel liegt er bei 15°. Der
Kegelwinkel der kegeligen Abstützfläche des inneren Abstützkörpers 12 ist jedoch
etwas größer als derjenige der ihr zugewandten Abstützfläche des Gummihohlkegelstumpfes
11 gewählt.
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Bei unbelastetem Gummifederelement liegt der Gummihohlkegelstumpf
11 und sein Außenbund 13 zwar von Anfang an voll auf den Abstützflächen des äußeren
Abstützkörpers 10 auf, der innere Abstützkörper 12 ist jedoch nur im Bereich
des größten Durchmessers des Gummihohlkegelstumpfes 11 auf dessen innerer
kegelförmiger Abstützfläche 12 abgestützt (Abb.2, linke Seite, vollausgezogen).
Durch stärkeres Belasten wird der Gummihohlkegelstumpf 11 im Bereich seines Außenbundes
13 mit diesem radial gedehnt, bis. die Abstützfläche des Ringflansches
14
des inneren Abstützkörpers 12 auf der zugeordneten Stirnfläche des Außenbundes 13
des Gummihohlkegelstumpfes 11 aufliegt. Dabei vergrößert sich auch die kegellge
Auflagefläche zwischen Gumn-iihohlkegelstumpf 11 und innerem Abstützkörper 12 (Abb.
2, linke Seite, gestrichelt ausgezogen). Bei noch stärkerer Belastung kommen schließlich
alle Abstützflächen zum vollen gegenseitigen Tragen (Abb. 2, rechte Seite).