Ringfeder mit geschlossenen Innen- und Aussenringen Die Erfindung betrifft eine Ringfeder mit geschlos senen Innen- und Aussenringen für Federungs- und Dämpfungszwecke.
Es sind Ringfedern aus geschlossenen Innen- und Aussenringen mit korrespondierenden Kegelflächen aus hochfestem Federstahl bekannt. Bei axialer Be- aufschlagung einer solchen Feder werden die mit entgegengesetzten Kegelflächen versehenen Innenringe gestaucht und die mit korrespondierenden Kegelflä chen versehenen Aussenringe gedehnt, wobei die In- nenringe auf Druck und die Aussenringe auf Zug beansprucht werden. Diese Ringfedern haben eine grosse Arbeitskapazität.
Es treten hohe Radialpres- sungen zwischen den Kegelflächen der Ringe auf und infolgedessen grosse Reibungskräfte, wodurch beacht liche Wärme erzeugt wird. Aus diesem Grunde liegt die Grenze der Verwendungsmöglichkeit der Feder ringe dort, wo die auftretenden Impulse eine grössere Temperaturerhöhung in der Feder verursachen, so dass das Schmiermittel aufgelöst wird, die aufein ander gleitenden Kegelflächen der Ringe verschleissen und die Feder nicht mehr brauchbar ist. Deshalb konnten die bekannten Ringfedern bisher nur dann Verwendung finden, wenn die Feder nur in gewissen Zeitabständen beansprucht wird und die Reibungs wärme in genügendem Masse abgeführt werden kann, z.
B. als Pufferfeder bei Schienenfahrzeugen oder zur Vernichtung von unerwünschten Stossenergien bei Pressen o. dgl. Auch ist es nicht möglich, die bekann ten Ringfedern als Tragfedern für Fahrzeuge zu ver wenden, da infolge der hohen Reibdämpfung hoch- frequente Schwingungen von der Fahrbahn auf den Wagenkörper übertragen werden.
Ein weiterer Nachteil der kegeligen Ausbildung der Innen- und Aussenringe der bekannten Ringfedern besteht darin, dass die Ringquerschnitte rechtwinklig zur Federachse verschieden gross sind, wodurch beim Federhub eine ungleichmässige radiale Beanspru chung der Ringquerschnitte erfolgt, was sich unvor teilhaft auf die Gesamtfederung und Dämpfung aus wirkt.
Um diesem Nachteil abzuhelfen und annähernd gleiche Ringquerschnitte zu schaffen; hat man bei einigen Ringfedern die Mantelflächen der kegeligen Innen- und Aussenringe der Feder mit bogenförmigen Ausnehmungen versehen, wozu jedoch zusätzliche Arbeitsgänge notwendig sind, welche die Federn ver teuern. Das Herstellen der korrespondierenden Kegel flächen der Innen- und Aussenringe erfordert zudem Präzision und ist kostspielig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu beseitigen und eine Ring feder zu schaffen, bei der z. B. innerhalb einer Feder säule jede denkbare Federkennlinie, ob reibungsstark oder ob reibungsarm, zusammengestellt werden kann und die darüberhinaus im Aufbau verhältnismässig einfach ist und daher leicht und preiswert hergestellt werden kann.
Gemäss der Erfindung haben die Innen- und die Aussenringe zylindrische Mantelflächen und sind zwi schen zwei Reihen von entgegengesetzt liegenden Pro filleisten mit korrespondierenden Kegelflächen derart angeordnet, dass diese den Ringraum ausfüllen.
Bei der vorliegenden Ringfeder bewegen sich z. B. beim Ein- und Ausfedern nur die entgegengesetzt liegenden Profilleisten mit den korrespondierenden Kegelflächen, während die inneren zylindrischen Man telflächen der Innen- und Aussenringe durch die anliegenden Profilleisten nur auf Druck beansprucht werden. Bei einem axialen Beaufschlagen der vorlie genden Feder werden beispielsweise die Ringquer schnitte der zylindrischen Innen- und Aussenringe gleichmässig radial beansprucht, wodurch der Wir kungsgrad der Feder verbessert wird. Die vorliegenden Ringfedern können nunmehr auch aus Leichtmetall hergestellt werden, da die vorzugs weise harte Oxydschicht, z.
B. eine Schicht aus soge nanntem Korund, der zylindrischen Innen- und Aus senringe der Feder durch das Zwischenschalten der mit Kegelflächen versehenen Profilleisten nicht mehr zur Auswirkung kommt: Bei der Federung gleiten die Ringe aus Leichtmetall nicht mehr aufeinander, u. ein Herausreissen von Metallteilchen sowie starke Be schädigungen und ein Kaltverschweissen werden somit vermieden. Infolgedessen kann man sich die vorteil haften Eigenschaften des Leichtmetalls nunmehr auch für Ringfedern zunutzemachen. Diese bestehen z. B.
in dem kleineren ElastizitätsmodulE=700 000 kg/cm2 gegenüber einem solchen v. Stahl E=2100000 kg/em2, so dass Ringfedern aus Leichtmetall bei gleicher Beanspruchung und gleichen Festigkeitswerten eine dreimal so grosse Federung besitzen wie Ringfedern aus Stahl. Diesen Ringfedern kommt auch die we sentlich bessere Wärmeleitfähigkeit des Leichtmetalls zugute, auf Grund welcher die während eines konti nuierlichen Betriebes erzeugte beachtliche Wärme schnell abgeführt wird, so dass der Schmierfilm zwi schen den Kegelflächen der Profilleisten lange Zeit wirksam bleibt und die Feder zum Dauerbetrieb ge eignet ist.
Auch kommt eine beachtliche Gewichts einsparung zustande, was für den Leichtbau, insbe sondere für den Flugzeugbau, von wesentlicher Be deutung ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die eingesetzten Profilleisten mit kegeligen Be rührungsflächen nach ihrem Verschleiss leicht und einfach durch neue Profilleisten ersetzt werden kön nen und die zylindrischen Innen- und Aussenringe stets erhalten bleiben. Die Profilleisten selbst sind z. B. einfache Pressteile und können mit Schmiernuten billig im Gesenk -geschlagen werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Profilleisten z. B. aus einem ent sprechenden Werkstöff auf Fertigmass wirtschaftlich zu giessen.
Bei der neuen Feder sind weiterhin die Innen- und Aussenringe vorzugsweise einfache zylin drische Drehteile, und ferner können bei gleichen Innen- und Aussenringen durch geeignete Wahl des Kegelwinkels der Profilleisten verschiedene Steigungen und damit verschiedene Federkennlinien erzielt wer den.
Zweckmässigerweise besteht die eine Reihe ge genüber der anderen übereinander geschalteten Reihe der Profilleisten aus Werkstoffen mit unterschied lichen Reibungskoeffizienten, so dass dadurch die Federcharakteristik entsprechend der jeweiligen Fe- derungs- und Dämpfungsaufgabe vorteilhaft beein- flusst werden kann.
Die Profilleisten können korrespondierende plane Kegelflächen und die äusseren Anlageflächen dersel ben für die Ringe z. B. Bogenform aufweisen. Durch die Bogenform der äusseren Anlageflächen der Profil leisten können diese für verschiedene Ringdurch messer der Feder verwendet werden. Um eine all seitige Flächenberührung der zwischengeschalteten Profilleisten mit den zylindrischen Ringen zu erzielen, ist es vorteilhaft, beim Prüfen der Ringfeder die Ringe über ihre Streckgrenze zu beanspruchen, so dass die äussere Bogenform der Profilleisten in die Mantel flächen der Ringe mit bleibender Verformung einge drückt wird.
Durch diese Massnahme wird die tra gende Umfangsfläche der zylindrischen Innen- und Aussenringe gegenüber normalen Ringflächen ver grössert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Werk stoff der zylindrischen Ringe zweckmässig verfestigt wird.
Vorzugsweise besitzen die zu einer Federsäule gehörigen hintereinander geschalteten Profilleisten mit Kegelflächen verschiedene Kegelwinkel, so dass da durch die Federkennlinie der jeweiligen Federungs- und Dämpfungsaufgabe vorteilhaft angepasst werden kann.
Ferner können zwischen den zylindrischen In nen- und Aussenring zwei Reihen von entgegengesetzt liegenden kegeligen Bolzen angeordnet sein, derart, dass zweckmässigerweise je ein Bolzen der einen Reihe mit den beiden benachbarten Bolzen der an deren Reihe, sowie sämtliche Kegelbolzen einer Reihe mit der zylindrischen Fläche des zugehörigen Ringes in Linienberührung stehen. Hierdurch steht eine rei bungsarme Ringfeder zur Verfügung, die überall da eingesetzt werden kann, wo starke Reibungen und Dämpfungen unerwünscht sind, z. B. als Tragfeder für Fahrzeuge.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ringfeder in einem axialen Schnitt in einer Teildarstellung, Fig. 2 die Ringfeder in einem Schnitt gemäss der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin dung in der gleichen Darstellung, Fig. 4 die Ringfeder gemäss Fig. 3 nach der Be lastung der Ringe der Feder über die Streckgrenze, Fig. 5 eine Profilleiste für den Innenring der Fe der gemäss Fig. 3 und 4 in einer Seitenansicht,
Fig. 6 dieselbe Profilleiste in einer Vorderansicht, Fig. 7 die Profilleiste in der Draufsicht, Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin dung in einer Teildarstellung und einem axialen Schnitt, Fig. 9 diese Ringfeder in einer Vorderansicht, ebenfalls in einer Teildarstellung.
Die Ringfeder nach Fig. 1 und 2 enthält einen zylindrischen Innenring 1 und zwei zylindrische End- innenringe 2 mit radialen Vorsprüngen 3. Konzentrisch im radialen Abstand zu den Innenringen 1, 2 sitzen zwei zylindrische Aussenringe 5 mit radialen Vor sprüngen 4.
Zwischen den zylindrischen Innen- und Aussenringen 1, 2 und 5 sind übereinander zwei Reihen Profilleisten 6, 6a und 7 mit korrespondieren den kreisbogenförmigen Kegelflächen 8 und 9 und Schmiernuten 10 angeordnet, die den Ringraum all seitig ausfüllen. In der Längsmitte der Profilleisten 6 und 7 ist eine Nut 10a vorgesehen, in die zur Lage fixierung der Profilleisten ein Flachsprengring 17 ein- gebracht ist. Die radialen Vorsprünge 3 und 4 der Innen- und Aussenringe 1, 2 und 5 dienen zum Hal tern der Profilleisten 6, 6a und 7 gegen axiale Verschie bung.
Bei axialer Beaufschlagung der Ringfeder wer den die zylindrischen Innen- und Aussenringe 1, 2 und 5 mittels der zwischengeschalteten Profilleisten 6, 6a und 7 mit korrespondierenden kreisbogenförmi gen Kegelflächen 8, 9 radial federelastisch gestaucht u. gedehnt. Zur Erzielung eines grösseren Federwegs der Ringfeder schaltet man mehrere zylindrische Innen- und Aussenringe mit Profilleisten hintereinander.
Gemäss Figur 3 und 4 sind zwischen den zylin drischen Innen- und Aussenringen 1, 2 und 5 überein ander zwei Reihen nebeneinanderliegender Profil leisten 11 und 12 mit korrespondierenden planen Ke gelflächen 13 und 14, Schmiernuten 10 und bogen förmigen Anlageflächen 15 und 16 für die Ringe 1, 2 und 5 angeordnet. Figur 4 zeigt die zwischen den Ringen 1, 2 und 5 liegenden Profilleisten 11 und 12 nach der Belastung der Ringe 1, 2. und 5 der Ring feder über die Streckgrenze. Hierbei haben sich die bogenförmigen Anlageflächen 15, 16 der Profilleisten 11, 12 in die Ringe 1, 2, 5 eingedrückt und dabei den Werkstoff der Ringe verfestigt.
In den Figuren 5 bis 7 ist eine zu der Ringfeder nach Fig. 3 und 4 gehörige Profilleiste 11 mit planer Kegelfläche 13, Schiemrnuten 10, Nut 10a für den Sprengring 17 und bogenförmiger Anlagefläche 15 für den Innenring 1 dargestellt.
Die Ringfeder gemäss Fig. 8 und 9 weist bezüglich der Innenringe 1 und 2 und der Aussenringe 5 die gleiche Gestaltung auf wie die Ringfeder nach Fig. 1 und 2. Zwischen die Innenringe 1, 2 und die Aussen ringe 5 sind jedoch zwei Reihen von entgegengesetzt übereinander liegenden kegeligen Bolzen 18 geschaltet. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, dass je ein Bolzen 18 der einen Reihe mit den beiden benach barten Bolzen 18 der anderen Reihe sowie sämtliche Bolzen 18 einer Reihe mit der zylindrischen Mantel fläche des zugehörigen Ringes 1, 2 oder 5 in Linien berührung stehen.
Die radialen Vorsprünge 3, 4 der Ringe 1, 2 und 5 dienen zum Haltern der kegeligen Bolzen.
Wird die Ringfeder zusammengedrückt, so werden die an den Enden der Feder sitzenden Innenringe 2 mit ihren kegeligen Bolzen 18 und über die mit diesen in Linienberührung stehenden oberen kegeligen Bol zen 18 die Aussenringe 5 nach innen bewegt. Diese Bewegung wird auch auf die kegeligen Bolzen 18 übertragen, die oberhalb des in der Mitte angeord neten Innnerings 1 an der Mantelfläche der Aussen ringe 5 anliegen. Infolgedessen werden die Innenringe 1 und 2 radial elastisch gestaucht und die Aussen ringe 5 radial elastisch gedehnt.
Ring spring with closed inner and outer rings The invention relates to a ring spring with closed inner and outer rings for suspension and damping purposes.
Annular springs made of closed inner and outer rings with corresponding conical surfaces made of high-strength spring steel are known. When such a spring is axially loaded, the inner rings provided with opposing conical surfaces are compressed and the outer rings provided with corresponding conical surfaces are stretched, the inner rings being subjected to compression and the outer rings to tensile stress. These ring springs have a large working capacity.
There are high radial pressures between the conical surfaces of the rings and, as a result, large frictional forces, which generate considerable heat. For this reason, the limit to the possible use of the spring rings is where the impulses that occur cause a greater temperature increase in the spring, so that the lubricant is dissolved, the conical surfaces of the rings sliding on one another wear and the spring is no longer usable. Therefore, the known ring springs could previously only be used when the spring is only used at certain intervals and the friction heat can be dissipated to a sufficient extent, for.
B. as a buffer spring in rail vehicles or to destroy unwanted impact energies in presses o. The like. It is also not possible to use the well-known ring springs as suspension springs for vehicles, since high-frequency vibrations from the roadway to the due to the high friction damping Car body are transferred.
Another disadvantage of the conical design of the inner and outer rings of the known ring springs is that the ring cross-sections at right angles to the spring axis are different in size, which results in uneven radial stress on the ring cross-sections during the spring stroke, which has an unprecedented effect on the overall suspension and damping .
To remedy this disadvantage and to create approximately the same ring cross-sections; with some annular springs, the outer surfaces of the conical inner and outer rings of the spring have been provided with arcuate recesses, but for this additional operations are necessary, which make the springs more expensive. The production of the corresponding conical surfaces of the inner and outer rings also requires precision and is expensive.
The invention has for its object to eliminate the above disadvantages and to provide a ring spring in which z. B. within a spring pillar every conceivable spring characteristic, whether high-friction or low-friction, can be put together and which is also relatively simple in structure and therefore can be produced easily and inexpensively.
According to the invention, the inner and outer rings have cylindrical outer surfaces and are arranged between two rows of opposing profile strips with corresponding conical surfaces in such a way that they fill the annular space.
In the present ring spring z. B. during compression and rebound only the opposing profile strips with the corresponding conical surfaces, while the inner cylindrical Man telflächen the inner and outer rings are claimed by the adjacent profile strips only under pressure. When the spring in question is axially loaded, the ring cross-sections of the cylindrical inner and outer rings, for example, are subjected to uniform radial loads, which improves the efficiency of the spring. The present ring springs can now also be made of light metal, as the preference, hard oxide layer, for.
B. a layer of so-called corundum, the cylindrical inner and outer rings of the spring by the interposition of the profile strips provided with conical surfaces no longer has an effect: In the suspension, the rings of light metal no longer slide on each other, u. a tearing out of metal particles as well as severe damage loading and cold welding are thus avoided. As a result, the advantageous properties of the light metal can now also be used for ring springs. These consist e.g. B.
in the smaller modulus of elasticity E = 700,000 kg / cm2 compared to such a v. Steel E = 2100000 kg / em2, so that ring springs made of light metal have three times as much suspension as ring springs made of steel with the same load and the same strength values. These ring springs also benefit from the significantly better thermal conductivity of the light metal, due to which the considerable heat generated during continuous operation is quickly dissipated, so that the lubricating film between the conical surfaces of the profile strips remains effective for a long time and the spring is suitable for continuous operation is.
There is also a considerable saving in weight, which is essential for lightweight construction, in particular for aircraft construction.
Another advantage of the invention is that the profile strips used with conical contact surfaces can be easily and simply replaced by new profile strips after their wear and the cylindrical inner and outer rings are always retained. The profile strips themselves are z. B. simple pressed parts and can be cheap-hammered with lubrication grooves in the die. There is also the possibility of using the profile strips z. B. to cast economically from a corresponding material to finished size.
In the new spring, the inner and outer rings are preferably simple cylin drical turned parts, and furthermore, different slopes and thus different spring characteristics can be achieved with the same inner and outer rings by suitable choice of the cone angle of the profile strips.
Expediently, one row consists of materials with different coefficients of friction compared to the other row of profile strips connected one above the other, so that the spring characteristics can be advantageously influenced in accordance with the respective suspension and damping task.
The profile strips can have corresponding flat conical surfaces and the outer contact surfaces dersel ben for the rings z. B. have arch shape. Due to the arc shape of the outer contact surfaces of the profile, they can be used for different ring diameters of the spring. In order to achieve all-round surface contact of the interposed profile strips with the cylindrical rings, it is advantageous to stress the rings beyond their yield point when testing the ring spring, so that the outer arch shape of the profile strips is pressed into the surface of the rings with permanent deformation .
By this measure, the tra lowing circumferential surface of the cylindrical inner and outer rings is enlarged compared to normal ring surfaces.
Another advantage is that the material of the cylindrical rings is suitably solidified.
The profile strips with conical surfaces connected one behind the other, belonging to a spring column, preferably have different cone angles, so that the spring characteristic curve can advantageously be adapted to the respective suspension and damping task.
Furthermore, two rows of oppositely lying conical bolts can be arranged between the cylindrical inner and outer rings, in such a way that expediently one bolt in each row with the two adjacent bolts in the row, and all taper bolts in a row with the cylindrical surface of the associated ring are in line contact. As a result, a low-friction ring spring is available that can be used wherever strong friction and damping are undesirable, eg. B. as a suspension spring for vehicles.
In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown schematically. 1 shows a partial illustration of an annular spring in an axial section, FIG. 2 shows the annular spring in a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows another embodiment of the invention in the same illustration, FIG 4 the ring spring according to FIG. 3 after loading the rings of the spring beyond the yield point, FIG. 5 shows a profile strip for the inner ring of the spring according to FIGS. 3 and 4 in a side view.
Fig. 6 the same profile strip in a front view, Fig. 7 the profile strip in plan view, Fig. 8 a further embodiment of the inven tion in a partial representation and an axial section, Fig. 9 this ring spring in a front view, also in a partial representation.
The annular spring according to FIGS. 1 and 2 contains a cylindrical inner ring 1 and two cylindrical end inner rings 2 with radial projections 3. Two cylindrical outer rings 5 with radial projections 4 are located concentrically at a radial distance from the inner rings 1, 2.
Between the cylindrical inner and outer rings 1, 2 and 5, two rows of profile strips 6, 6a and 7 are arranged one above the other with corresponding circular arc-shaped conical surfaces 8 and 9 and lubricating grooves 10, which fill the annulus on all sides. In the longitudinal center of the profile strips 6 and 7, a groove 10a is provided, into which a flat snap ring 17 is inserted to fix the profile strips in position. The radial projections 3 and 4 of the inner and outer rings 1, 2 and 5 serve for Hal tern of the profile strips 6, 6a and 7 against axial displacement environment.
When the ring spring is axially applied, the cylindrical inner and outer rings 1, 2 and 5 by means of the interposed profile strips 6, 6a and 7 with corresponding conical surfaces 8, 9 radially resiliently compressed u. stretched. To achieve a greater spring deflection of the ring spring, several cylindrical inner and outer rings with profile strips are connected one behind the other.
According to Figure 3 and 4 are between the cylin drical inner and outer rings 1, 2 and 5 on top of the other two rows of adjacent profile strips 11 and 12 with corresponding flat cone gel surfaces 13 and 14, lubrication grooves 10 and curved contact surfaces 15 and 16 for the rings 1, 2 and 5 arranged. Figure 4 shows the lying between the rings 1, 2 and 5 profile strips 11 and 12 after the loading of the rings 1, 2. and 5 of the ring spring over the yield point. Here, the arcuate contact surfaces 15, 16 of the profile strips 11, 12 have pressed into the rings 1, 2, 5 and thereby solidified the material of the rings.
FIGS. 5 to 7 show a profile strip 11 belonging to the annular spring according to FIGS. 3 and 4 with a flat conical surface 13, Schiemrnuten 10, groove 10a for the snap ring 17 and an arcuate contact surface 15 for the inner ring 1.
The ring spring according to FIGS. 8 and 9 has the same design as the ring spring according to FIGS. 1 and 2 with regard to the inner rings 1 and 2 and the outer rings 5. However, between the inner rings 1, 2 and the outer rings 5 there are two rows of opposite sides superimposed conical bolts 18 switched. The arrangement is such that one bolt 18 of one row is in line with the two neighboring bolts 18 of the other row and all bolts 18 of one row are in line with the cylindrical outer surface of the associated ring 1, 2 or 5.
The radial projections 3, 4 of the rings 1, 2 and 5 are used to hold the tapered bolts.
If the annular spring is compressed, the inner rings 2 seated at the ends of the spring are moved inward with their conical bolts 18 and via the upper conical Bol zen 18 which are in line contact with them. This movement is also transmitted to the tapered bolts 18, which are above the inner ring 1 angeord designated in the middle on the outer surface of the outer rings 5 rest. As a result, the inner rings 1 and 2 are radially elastically compressed and the outer rings 5 are stretched radially elastically.