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Die
Erfindung betrifft eine Federungseinrichtung entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
den Patentschriften
US 2 443
900 ,
US 2 721 766 und
DE-PS 567 164 sind Federungseinrichtungen für Rollen und Räder bekannt.
Diese Einrichtungen weisen eine in Bezug zur Radachse exzentrisch
angeordnete Tragachse auf, um welche die Nabe des Rades schwenken
kann. Ein federndes Element stützt
die Nabe gegenüber
einem fest stehenden Teil ab. Fährt
das Rad gegen ein Hindernis, so führt die Nabe eine Schwenkbewegung
aus, wodurch das Rad dem Hindernis ausweicht.
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Der
Nachteil dieser bekannten Federungseinrichtungen liegt in der Schwierigkeit,
eine platzsparende und kostengünstige
Ausführung
zu verwirklichen, die es ermöglicht,
ein Federungsverhalten zu erreichen, das einer ganz bestimmten vorgegebenen
Federkennlinie entspricht. Meist erfordert die vorgegebene Federkennlinie
eine Federdimensionierung, die im vorgegebenen Bauraum nicht untergebracht
werden kann. Auch erweisen sich die Herstellung und der Zusammenbau
als aufwendig, weil die Konstruktion aus vielen Teilen besteht.
Die aus der Patentschrift
US
5 493 755 bekannte Federungseinrichtung verwendet ein Federelement
aus Elastomer, welches auf Torsion beansprucht wird. Diese Ausführung erlaubt
keine großen
Schwenkwinkel und belastet außerdem
das Material auf eine Weise, die das Volumen des Federelementes
nicht optimal ausnutzt. Es kommt zu einer Überlastung der äußeren Zone, während innen
liegende Bereiche noch nicht optimal belastet sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Federungseinrichtung der
hier vorliegenden Art so weiterzuentwickeln, dass der erforderliche
Herstellungsaufwand gegenüber
bisher bekannten Federungseinrichtungen verringert wird, dass ein
modularer Aufbau möglich
ist und dass die Kennlinie der Federung mit einfachen Mitteln veränderbar
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Federungseinrichtung aus wenigen
Bauteilen, und ohne großen
Bauraum zu beanspruchen, hergestellt werden kann. Das Federelement
wird lediglich auf Druck oder Schub belastet. Als Widerlagerelement
kann ein einfaches längliches
Bauteil mit zum Beispiel rundem Querschnitt verwendet werden. An
der Radaufnahme sind nur zwei Durchbrüche für die Aufnahme des Widerlagerelementes
erforderlich. Gegenüber
einer konventionellen Rolle ohne jegliche Federung erhöht sich
der Aufwand an Bauteilen lediglich um 3 Elemente, nämlich um
den Nabenkörper,
das Federelement und das Widerlagerelement. Außerdem kann das Federelement
aufgrund des modularen Aufbaues der Federungseinrichtung beim Einbau
der Rolle den zu erwartenden Anforderungen entsprechend ausgewählt (Federkennlinie)
und später
auch mit wenig Aufwand ausgewechselt werden. Das Material des Federelementes
wird optimal ausgenutzt, wobei bei langer Lebensdauer im begrenzten
Bauraum des Nabenkörpers
eine Federung mit einem großen
Arbeitsvermögen
realisiert werden kann.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigt
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1 eine
Explosionsdarstellung einer Ausführung
mit zwei Lagern;
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2 eine
Schnittdarstellung von 1 bei unbelastetem Zustand;
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3 eine
Schnittdarstellung von 2 in belastetem Zustand;
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4 und 5 je
eine Explosionsdarstellung einer Ausführung für ein einzelnes Lager sowie
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6 eine
seitliche Ansicht von 5.
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Die
nachfolgend beschriebenen Federungseinrichtungen 1 lassen
sich bei Rädern 7 verwirklichen,
die von beliebig gestaltbaren Radaufnahmen getragen werden.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zeigt eine
Federungseinrichtung 1, die beispielsweise an einer als
Lenkrolle ausgebildeten Laufrolle 2 vorgese hen ist. Die
um eine vertikale Achse 5 verschwenkbare Laufrolle 2 weist
eine Radaufnahme 3 auf, die zum Tragen eines auf einer
horizontalen Achse 6 (Laufachse) drehbar gelagerten Rades 7 und
zum Tragen der Federungseinrichtung 1 bestimmt ist. Die Federungseinrichtung 1 weist
einen zylindrischen Nabenkörper 9,
ein Federelement 19 und ein Widerlagerelement 18 auf.
Das Rad 7 ist mit einem zur horizontalen Achse 6 konzentrisch
angeordneten zylindrischen Durchbruch 8 ausgestattet, der
zur Aufnahme des Nabenkörpers 9 bestimmt
ist, wobei der Außendurchmesser
des Nabenkörpers 9 geringfügig kleiner
ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Durchbruches 8.
Der Nabenkörper 9 besitzt zwei
auf Abstand gehaltene zylindrische Lagersitze 10, die zur
Aufnahme von zwei bevorzugt als Wälzlager ausgebildeten Lagern 15 bestimmt
sind, wobei die Lager 15 im zylindrischen Durchbruch 8 passgenau
eingesetzt sind. Der Nabenkörper 9 weist
einen horizontal verlaufenden Raum 11 in Form eines bogenförmigen Schlitzes
auf, durch den das im Beispiel als Stab ausgebildete Widerlagerelement 18 hindurchgeführt ist.
Im Raum 11 ist auch das Federelement 19 untergebracht,
das beispielsweise als Elastomer ausgebildet ist und mit dem Widerlagerelement 18 zusammenwirkt.
In einem Abstand zum Raum 11 weist der Nabenkörper 9 eine
horizontal verlaufende Durchgangsbohrung 12 auf, die zur
Aufnahme einer Tragachse 17 vorgesehen ist, mit deren Hilfe
das Rad 7 an den Gabelschenkeln 4 der Radaufnahme 3 befestigbar
ist. Jeder Gabelschenkel 4 weist zu diesem Zweck einen
horizontal verlaufenden ersten Durchbruch 20 auf, um die
Tragachse 17 an den Gabelschenkeln 4 fixieren
zu können.
In einem Abstand zu den ersten Durchbrüchen 20 ist an jedem
Gabelschenkel 4 je ein zweiter horizontal angeordneter
Durchbruch 21 vorgesehen, wobei der Durchbruch 21 zur
Aufnahme und zum Fixieren des Widerlagerelementes 18 vorgesehen
ist. Befestigungsmittel der üblichen
Art dienen zum Arretieren der Tragachse 17 und des parallel
zur Tragachse 17 angeordneten Widerlagerelementes 18 an
den Gabelschenkeln 4. Der Nabenkörper 9 ist dabei mit
geringem seitlichen Spiel zwischen den Gabelschenkeln 4 angeordnet.
In montiertem Zustand der Federungseinrichtung 1 liegt
das Federelement 19 entweder bereits mit leichtem Druck
am Widerlagerelement 18 an oder es ist aus Gründen einer
leichteren Montage zwischen dem Federelement 19 und dem
Widerlager element 18 ein kleines Spiel gewählt. Bei
Belastung des Rades 7 vollführt der Nabenkörper 9,
und damit das Rad 7, eine Schwenkbewegung, so dass das
im Raum 11 formschlüssig
untergebrachte Federelement 19 gegen das ortsfest angeordnete
Widerlagerelement 18 gedrückt wird. Bei diesem Einfederungsvorgang
wird das Federelement 19 verformt und nimmt Energie auf.
Entlastet man das Rad 7, gibt das Federelement 19 Energie
ab, so dass das Rad, einem Ausfederungsvorgang gleich, in die Ausgangsposition
zurückkehrt.
Das Federelement 19 kann auch so ausgeführt sein, dass es sowohl am Nabenkörper 9 als
auch an der Radaufnahme 3 befestigt ist.
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Anhand
der 2 und 3 lässt sich die Wirkung der Federungseinrichtung 1 treffend
beschreiben. Die Laufrolle 2 ist jeweils in Seitenansicht und
teilweise geschnitten dargestellt. Auf die in 2 dargestellte
Laufrolle 2 wirkt keine Tragkraft, während die gleiche Laufrolle 2 in
der Darstellung nach 3 einer Tragkraft ausgesetzt
ist, die das begrenzte Verschwenken des Rades 7 mit dem
Nabenkörper 9 um
die horizontale Achse 6 der Tragachse 17 bewirkt.
Die letztendlich auf das Rad 7 einwirkende Tragkraft drückt das
Rad 7, in der Zeichnung rechtsdrehend, um das Maß A nach
oben, wobei das in den Gabelschenkeln 4 abgestützte Widerlagerelement 18 gegen
das Federelement 19 drückt
und dieses ein Stück
weit zusammenpresst. Ist die auf das Rad 7 einwirkende
Tragkraft gering, weicht auch das Rad 7 nur geringfügig aus
und Maß A
ist kleiner. Ist die Tragkraft hingegen groß, bewirkt diese ein starkes
Ausweichen des Rades 7 und ein dementsprechend starkes
Zusammenpressen des Federelementes 19. Das Zusammenpressen
des Federelementes 19 verursacht somit ein stoßdämpfendes
Abfedern des Rades 7, so dass die Federungseinrichtung 1 in vorteilhafter
Weise insgesamt ein Abfedern der Laufrolle 2 bei in der
Praxis auftretenden Stößen und
Belastungen bewirkt.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der Nabenkörper 9 zweiteilig
und symmetrisch ausgebildet ist, so dass das Rad 7 auch
mit nur einem Lager 15 ausgestattet werden kann. Im Beispiel ist
für jeden
Nabenkörper 9 ein
Federelement 19 vorgesehen. Ein mit diesen Teilen ausgestattetes
Rad 7 lässt
sich in eine Radaufnahme 3 zum Beispiel so einbauen, wie
dies in den 1 bis 3 beschrieben
ist
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5 und 6 zeigen
eine Ausführung, bei
welcher der Nabenkörper 9 zweigeteilt
ist und die beiden Hälften 13 des
so ausgebildeten Nabenkörpers 9 identisch
sind und jeweils eine Zunge 14 mit Rastverzahnung an der
Innenseite und eine Zunge 14 mit Rastverzahnung an der
Außenseite
aufweisen, wobei die Zungen 14 so angeordnet sind, dass beim
Einsetzen der beiden Hälften 13 des
Nabenkörpers 9 in
den Innenring 16 des Lagers 15 die Zunge 14 mit
Rastverzahnung an der Innenseite der einen Hälfte 13 jeweils in
die gegenüberliegende
Zunge 14 mit Rastverzahnung an der Außenseite der anderen Hälfte 13 eingreift.
Eine fein gestufte Rastverzahnung ermöglicht es, mit nur einer Ausführung eines Nabenkörpers 9,
Lager 15 unterschiedlicher Breite zu verwenden. Das Federelement 19 ist
platzsparend zwischen den beiden Hälften 13 des Nabenkörpers 9 untergebracht.
Die beschriebene Anordnung lässt
sich in ein Rad 7 einbauen und das so gestaltete Rad 7 entsprechend
der eingangs beschriebenen Weise an einer Radaufnahme 3 befestigen.
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Alternativ
kann als Federelement 19 eine Schenkelfeder vorgesehen
werden, deren eines Ende im Nabenkörper 9 eingreift und
deren zweites Ende die Tragachse 17 so fest umschlingt,
dass ausreichender Reibschluß erreicht
wird oder auf eine andere geeignete Weise mit einem festen Teil
verbunden ist.
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Ebenfalls
alternativ ist es möglich,
auf das Rad 7 zu verzichten und die Funktion des Rades 7 auf
wenigstens ein Lager 15 zu übertragen. Bei Verwendung von
nur einem Lager 15 als Radersatz wäre dann der Nabenkörper 9 durch
zwei ineinander verrastbare Hälften 13 zu
bilden, siehe 5 und in den Innenring 16 eines
Lagers 15 einzusetzen. Diese Anordnung lässt sich
ebenfalls in eine Radaufnahme 3 einbauen.
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Schließlich ist
es denkbar, anstelle von nur einem Widerlagerelement 18 ein
weiteres derartiges Element vorzusehen, wobei jedes Widerlagerelement 18 ortsfest
an einer entsprechend gestalteten Radaufnahme 3 anzuordnen
wäre.