DE2005557A1 - Federndes Zugelement - Google Patents

Description

DIPUOM-PHYSIKER

WILLYLORENZ 2ÜÜ5557

8035 GAUTING, HUBERTUSSTRASSE 83 1/2 »MÜNCHEN (0811) 862524

6. Februar 19 70

Federndes Zugelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein federndes Zugelement mit einem den vorgegebenen Federweg begrenzenden Stopper, welcher die Teilkraft überträgt, die aus der Differenz zwischen der zu übertragenden Kraft und der Federkraft resultiert.

Beim Bewegen von Körpern, wie z.B. Heben von Lasten oder Ziehen von Fahrzeugen, tritt eine im allgemeinen höchst unerwünschte, "Ruck" genannte Erscheinung auf. Durch einen Ruck kommt es an den Angriffspunkten der Kraft bzw. Gegenkraft sowie im Kraft übertragungsmittel selbst zu erheblichen Überbeanspruchungen. Diese führen in vielen Fällen zu einer Material ζ er st or u ng oder zumindest zu einem erhöhten Verschleiß.

Auf die mathematische Darstellung des Ruckes als zeitliche Änderung der Beschleunigung braucht hier nicht eingegangen

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zu werden. Für die Praxis genügt die Feststellung, daß die von einem Ruck hervorgerufene Kraft von der Masse des Körpers abhängt. Die Masse des zu bewegenden Körpers, z.B. eines abzuschleppenden Kraftfahrzeugs, kann man nicht ändern. Man muß daher - um bei diesem Beispiel zu bleiben - langsam anziehen, damit beim Spannen des Abschleppseils kein plötzlicher, zu heftiger Zug, d.h. ein Ruck, entsteht. Dies läßt sich allerdings, insbesondere im Straßenverkehr, nicht immer vermeiden. Es sind daher Abschleppseile bekanntgeworden, die (zwangsweise nur in äußerst geringen Grenzen) elastisch sind, um die angreifende Kraft gewissermaßen zu dämpfen, was jedoch nicht in nennenswertem Ausmaß möglich ist.

Es sind allerdings auch Abschleppseile bekannt, die eine Feder als zusätzliches Dämpfungsglied zwischengeschaltet haben, wobei ein Stopper zur Begrenzung des Federwegs vorhanden ist. Dadurch läßt sich zwar die Zugeigenschaft bereits erheblich verbessern, jedoch nur innerhalb eines verhältnismäßig klein* i Zug kr aft-Bereiche s, der zweckentsprechend ausgewählt werden kann und auf den dann die Federkraft und der Federweg abzustellen sind. Praktischen Bedürfnissen wird damit jedoch keineswegs ausreichend entsprochen.

Ähnlich liegen die Verhältnisse beispielsweise beim Heben vor Lasten mit einem Kran. Hier darf der Kranführer den Motor nur

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langsam einkuppeln, und zwar um so langsamer, je schwerer die zu hebende Last ist, um einen erhöhten Verschleiß des Krans bzw. eine Materia Iz er störung bei demselben sowie evtl. auch bei dem Lastkörper zu vermeiden. Es ist offensichtlich, daß sich zu diesem Problem noch eine Reihe weiterer Beispiele anführen ließe.

Es sei hier aber lediglich noch auf Sicherheitsgurte in Kraftfahrzeugen hingewiesen. Damit derartige Gurte über einen relativ großen Verzogerungs-Bereich und einen sehr kurzen Federweg wünschenswert dämpfen, müßten sie eine ganz bestimmte Federkennlinie besitzen. Diese läßt sich jedoch mit den bisher bekannten Mitteln auch nicht annähernd erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, ein federndes Zugelement der genannten Art zu schaffen, welches das Erreichen einer für den jeweiligen Verwendungszweck optimalen Federkennlinie ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch das Zusammenschalten mehrerer Federn, denen jeweils ein Stopper zugeordnet ist. Vorzugsweise besitzen die Federn unterschiedliche Kennlinien und das Zusammenschalten erfolgt durch hintereinander bzw. ineinander angeordnete Federn.

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Nachstehend sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die schematische Zeichnung beispielsweise näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zugelementes in ungespanntem Zustand;

Fig. 2 das Zugelement nach Fig. 1 im Zustand der vollen Kraftübertragung;

Fig. 3 eine Ausführungsform mit zwei ine inander gekoppelt en Zugfedern;

Fig. 4 eine Ausführungsform mit zwei ineinanderliegenden Zugfedern;

Fig. 5 eine Ausführungsform mit zwei Druckfedern;

Fig. 6 eine Au sführungs form mit drei hint ereinand ergeschalteten Druckfedern;

Fig. 7 eine Au sführungs form mit Tellerfedern; Fig. 8 ein Kennlinien-Diagramm.

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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zugelement kann z.B. bei Abschleppseilen od.dgl. Verwendung finden. Zur Erzielung einer gewünschten Fed erkennung sind drei verschiedene Zugfedern 1,2 und 3 dadurch miteinander gekoppelt, daß ein Seil 4 durch die Federn hindurchläuft und jeweils am Anfang 5 und Ende 6 jeder Feder unter Belassung eines bestimmten Durchhanges fest angebracht ist. Das zwischen den Punkten 5 und 6 liegende Seilteil, also der Durchhang, bildet einen Stopper 7, der den vorgegebenen Federweg der zugehörigen Feder begrenzt.

Wenn nun an beiden Enden des Seiles 4 eine Kraft P angreift, dehnt sich jede der Federn 1, 2 und 3 solange, bis ihr Stopper gespannt und damit ihr vorgegebener Federweg erreicht ist. Erst wenn alle Stopper gespannt sind, wird die volle Kraft P übertragen, und zwar teils durch die Federn 1,2,3 und teils durch die drei Stopper 7.

Da immer zuerst die Federn gespannt werden müssen, bevor die Stopper in Tätigkeit treten, kann eine Übertragung der vollen Kraft P nie augenblicklich stattfinden. Bei dem erfindungsgemäßen Zugelement kann ein Ruck nur über die Stopper erfolgen. Die Wirkung dieses Ruckes wird aber dadurch wesentlich herabgesetzt, d.h. die Materialbeanspruchung verringert, daß die Federkraft bereits gleichsinnig an dem zu bewegenden Körper

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angreift; der Ruck wird also nicht von der vollen Kraft P hervorgerufen, sondern nur von der Teilkraft, die aus der Differenz zwischen der Kraft P und der Federkraft resultiert.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform mit einer teilweise in Flachösen 8 eingeschraubten Zugfeder 9 dargestellt. An den Flachösen 9 ist eine als Stopper wirkende Kette 10 befestigt. Das Element ist zum Schutz mit einem Faltenbalg 11 od.dgl. verkleidet. Natürlich kann statt der Kette 10 auch ein anderes, als Stopper geeignetes Mittel, z.B. eine Schnur, ein Draht usw. Verwendung finden.

In die Kette 10 ist zusätzlich noch eine weitere Feder 33 eingehängt, die dieselbe Kette 10 als Stopper hat wie die Feder Wenn die Feder 33 stärker ist als die Feder 9, spannen sich die äußeren Teile der Kette 10 zuerst und die Feder 33 übernimmt dann die weiter ansteigende Kraft, bis auch bei ihr die Kette ein stärkeres Dehnen verhindert, d.h. den Federweg begrenzt.

Fig. 4 zeigt zwei im Durchmesser verschiedene Zugfedern 12 und 13, die ineinandergesetzt und jeweils mit ihrem einen Ende an einem Ring IH angebracht sind. Die als Stopper dienende Kette 15 ist einerseits am Ring 14 und andererseits am freien Ende der Feder 13 befestigt. Zwischen dieser Stelle und dein freien Ende der Feder 12 befindet sich als Stopper die Kette 16. Beim

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Auftreten von Zugkräften dehnt sich die äußere Feder 12, wobei sich ihr Stopper 16 spannt. Erst in diesem Augenblick wird die innere Feder 13 ebenfalls auf Spannung beansprucht. Trotzdem kann sich die Feder 12 noch weiter dehnen, denn die Kette 16 ist in diesem Stadium noch kein "echter" Stopper; sie wird erst dann zu einem solchen, wenn auch die Kette 15 gespannt ist·

Fig. 5 stellt ein zylindrisches Gehäuse 17 dar, welches eine Druckfeder 34 aufnimmt. Die Feder 34 stützt sich mit einem Ende an der Stirnwand des Gehäuses 17 und mit dem anderen Ende in einem längsbeweglichen Führungstopf 3 5 ab. Die Druckfeder 18 lagert sich auf der Außenseite des Führungstopfes 3 5 und stützt sich auf der anderen Seite auf ein längsbewegliches Führungsteil 19, an dem eine Stange 20 befestigt ist, die beide Federn und den Führungstopf 3 5 durchsetzt. Diese Stange 20 ist ihrerseits mit einer als Stopper wirkenden Kette 21 mit dem Gehäuseboden verbunden. Durch Herausziehen der Stange 20 werden beide Federn so weit zusammengedrückt, bis erstens der Führungstopf 35 an der G ehäu se st ir η wand anliegt und zweitens die Kette 21 gespannt ist. In dieser Stellung wird die gesamte Kraft übertragen.

In der zuletzt beschriebenen Ausführungsform kann die Kette

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entfallen, wenn über die Stange 20 eine (nicht dargestellte) Hülse geschoben ist. In diesem Fall kann die Stange 20 so lange entgegen der Wirkung der Druckfeder 18 nach außen gezogen werden, bis die Hülse zwischen dem Führungsteil 19 und dem Führungstopf 3 5 eingeklemmt ist. Die Hülse wirkt dann als Stopper. Es ist aber auch möglich, in dem Gehäuse 17 anstelle der Druckfeder 18 eine (nicht dargestellte) Zugfeder zu verwenden, deren eines Ende am Gehäuseboden und deren anderes Ende an dem nun fest mit der Stange 20 verbundenen Führungstopf 3 5 befestigt ist. Die Stange 20 kann nun entgegen der Wirkung der Zugfeder so weit nach außen gezogen werden, bis der Führungstopf mit der Stirnwand des Gehäuses 17 in Anschlag kommt. Hier bildet dann der Führungstopf 3 5 in Verbindung mit der Stirnwand den Stopper für beide Federn.

Fig. 6 zeigt ein zylindrisches Gehäuse 22, in welchem drei Druckfedern 23, 24 und 25 untergebracht sind. Die Feder 23 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen die Stirnwand des Gehäuses 2 2 und mit ihrem anderen Ende gegen den Boden eines Topfes 2 6. Die Feder 24 stützt sich einerseits gegen den letztgenannten Boden und andererseits gegen den Boden eines Topfes 2 7. Die Feder 2 5 schließlich stützt sich mit ihrem einen Ende gegen den letztgenannten Boden und mit ihrem anderen Ende gegen den Boden eines Topfes 28. Eine Stange 29 durchsetzt das

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Gehäuse 22 und damit auch die FedErn 23, 24 und 25 axial; auf ihr sitzen gleitbar die Töpfe 26 und 27, während der Topf 28 fest am Stangenende angebracht ist. Die Rolle des Stoppers wird hier von den Topfwänden übernommen, da in Abhängigkeit von der Topfhöhe der vorgegebene Federweg der zu dem betreffenden Topf gehörenden Feder begrenzt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die volle Kraft dann übertragen, wenn die Stange 29 maximal ausgezogen ist, d.h. wenn der Rand des Topfes 26 gegen die Stirnseite des Gehäuses 22, der Rand des Topfes 2 7 gegen den Boden des Topfes 2 6 und der Rand des Topfes 2 8 gegen den Boden des Topfes 2 7 stoßen.

Fig. 7 zeigt, wie in einem Gehäuse 30 mehrere Tellerfedern 31 untergebracht sind. Dabei können die Tellerfedern gleiche oder unterschiedliche Fed er kennlinien aufweisen. Im letzteren Fall geben beim Auseinanderziehen des Zugelements die schwächeren Tellerfedern zuerst nach und stützen sich nach Erreichen von ca. 80 % ihrer maximal möglichen Durchbiegung auf als Stopper wirkende Zwischenringe 32 ab. Auf Grund der vorausgegangenen Beschreibung dürfte die VJirkungsweise dieser Ausführungsform auch ohne weitere Erläuterungen verständlich sein.

Die Tatsache, daß den vorgegebenen Federweg f begrenzende Stopper die Teilkraft B übertragen, die aus der Differenz

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zwischen der zu übertrag- enden Kraft C und der Federkraft A resultiert, läßt sich in skalarer Schrexbwexse wie folgt darstellen:

B=C-A
oder A + B = C.

Voraussetzung ist, daß C größer als A ist.

In dem Kennlinien-Diagramm (Fig. 8) sind die obigen Beziehungen veranschaulicht, wobei die Kraft P über dem Federweg f aufgetragen ist.

Ansprüche

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Claims (4)

1. Pat entansprüche 1,J Federndes Zugelement mit einem den vorgegebenen Federweg

   begrenzenden Stopper, welcher die Teilkraft überträgt, die aus der Differenz zwischen der zu übertragenden Kraft und der Federkraft resultiert, gekennzeichnet durch das Zusammenschalten mehrerer Federn ( 1,2,3; 9,33; 12,13; 18,34; 23,24,25; 31), denen jeweils ein Stopper (7; 10; 15,16; 21,35; 26,27,28; 32) zugeordnet ist.
2. 2. Zugelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (1,2,3; 9,33; 12,13; 18,34; 23,24,25; 31) unterschiedliche Kennlinien besitzen.
3. 3. Zugelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenschalten durch hintereinander angeordnete Federn (1,2,3; 18,34; 23,24,25; 31) erfolgt.
4. 4. Zugelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenschalten durch ineinander angeordnete Federn (9,33; 12,13) erfolgt.

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