B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Tragfedersystem.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Federsystem mit einer weichen-, als Zugfeder oder als Druckfeder ausgebil¬ deten Tragfeder.

Weiche Tragfedern mit einer weiten flachen linearen Feder ^¬ kennlinie sind für zahllose Anwendungen die theoretisch idealen Lager oder Aufhangungen. Ihr Einsatz in der Praxis scheitert dann jedoch fast immer an den zu weiten Federwegen-i der damit verbundenen hohen flaterialbelastungi der ein weiches Tragfedermaterial-i sei dies nun ein Feder¬ stahl oder ein Elastomer-, nicht standhält-, sowie an dem zu harten üJirksamWerden notwendiger^ als Federwegbegren ^¬ zer wirkender Anschlage-

Entsprechendes gilt für steifere und mechanisch durchaus festere Tragfedern unter grσsser-i insbesondere dynami¬ scher Belastung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde-i ein Tragfeder¬ system zu schaffen-, das bei insbesondere weicher und/oder hochbelasteter Tragfeder eine hohe mechanische Standfestig¬ keit und Lebensdauern auch bei dynamischer Belastung! auf¬ weist und deren Federwegbegrenzung an den Grenzen des linearen Arbeitsbereiches weich und ohne Anschlagcharak- tεristik einsetztn ohne dazu weiche Anschlagpuffer ein¬ setzen zu müssen! die wiederum einer überhöhten Anforde¬ rung an ihr«: Standfestigkeit ausgesetzt wären.

Das zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene Tragfedersystem ist gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch eine mit einer Tragfeder gekoppelte bistabile Steuerfedern deren beide stabilen Endlagen in Richtung der Federauslenkuπg der Tragfeder übereinanderliegen.

Dieses Tragfedersystem der Erfindung weist zwei wesentliche und prinzipielle Vorteile auf: -eil Die Stεuerfeder kann von hoher und höchster mechanischer Festigkeit sein und vermag so eine weiche Tragfeder effektiv zu schützenn ohne in ihrem labilen Kennlinienbereich die Kennlinie der Tragfeder im angekoppelten Kennlinienbereich beacht¬ lich zu verändernή und -CΞ1 von einem überdehnten Eπdbe- reichn über den stabilen Endbereich-i durch den labilen Zwischenbereich mit praktisch verschwindender Federkon¬ stanten den anschliessenden Rückstellbereich der Steuer¬ feder in die zweite stabile Endlage und den daran an¬ schliessenden zweiten Überdehnungsbereich weist die im Tragfedersystem der Erfindung verwendete Stεuerfeder eine Federkennlinie aufn die im Tragfedersystem additiv zur Kennlinie der Tragfeder wirktn so dass dem Konstruk-

teur eines Tragfedersystems nach den Prinzipien der Erfin¬ dung durch eine entsprechende üJahl des Arbeitsabschnittes auf der Federkennlinie der Steuerfeder eine praktisch unbe¬ grenzte Vielfalt der Kennliniengestaltung für ein Trag¬ federsystem an die Hand gegeben ist-

Vorzugsweise wird die Steuerfeder jedoch so eingesetztn dassn jeweils bezogen auf die Federauslenkungn der zwischen den beiden stabilen Endlagen der Steuerfeder liegende labile Neutralbereich imn meist linearen _^ Arbeitsbereich der Tragfadαr liegt. Für die Realisierung eines solchen Tragfedersystems steht dem Fachmann in ohne weiteres erkennbarer Ueise eine Vielzahl von möglichen Federkombi¬ nationen zur Verfügung. Vorzugsweise ist das Tragfeder¬ system so ausgebildetn dass die Tragfeder eine Druck¬ oder Zugfedur istn und dass die Steuerfeder eine radial zur Tragf-ader vorgespannte Druck- oder Zugfeder oder eine Druck- oder Zugfederkombination aus mehreren einzelnen Druck- oder Zugfedern^ mit oder ohne zwischengeschalteten Hebelsysteπu.nn oder eine Tellerfedern -oder eine bistabile Blattfedern ist-

Insbesondere _^ wenn das Tragfedersystem als Axiallager oder Auflager eingesetzt werden solin ist die Tragfeder vor¬ zugsweise ein Gummipuffern an dessen Auflastträger eine unter radialer Kompression mit ortsfestem Widerlager vor¬ gespannte Gummischeibe oder Gummitellerfeder zentral ange¬ bunden ist.

Vor allemn wenn der als Tragfeder dienende Gummipuffer aus einem besonders weich eingestellten Elastomer be¬ steht oder als Lochgummifeder ausgebildet istn wird bei entsprechender Vorspannung der Steuerfeder ein extrem weichesn gleichzeitig aber extrem stabiles und mechanisch

festes Auflager erhaltenn dasn bei entsprechend ausgeleg¬ ter Dehnbarkeit der Steuerfedern aus dem linearen Trag¬ federarbeitsbereich weich und ohne Anschlagcharakteristik in einen begrenzenden Progressionsbereich übergeht.

Die Steuerfeder ist jedoch nicht nur in der Lagen die Federkennlinie und das Federverhalten der Tragfeder bei axialer Last steuernd zu beeinflussenn sondern kann auch in einfacher Weise durch entsprechende asymmetrische Ge¬ staltung auftretende asymmetrische Radialkräfte kompen¬ sieren. Dabei stehen auch zu einer solchen Kompensation von Radialkräften dem Fachmann wiederum ohne weiteres zahlreiche Möglichkeiten der Realisierung zur Verfügung. Besonders einfach ist eine differenzierte ^* Kompensation von Radialkαmponenten bei Verwendung einer komprimier¬ ten Gummischeibe als Steuerfeder dadurch möglichn dass die Gummifederscheibe in axialer Richtung mit Aussparun- genn Ausnehmungenn Kanälen oder Öffnungen versehen istn die die Rückstellkraft der Gummisteuerfederscheibe in radialer Richtung der Verteilung der Ausnehmungen ent¬ sprechend schwächenn wobei diese Ausnehmungenn Ausspa¬ rungen! Kanäle oder Öffnungen sowohl beidseitig offenn also durchgehend! als auch einseitig geschlossenn ausge¬ bildet sein können- Auch kann eine Asymmetrie der radialen Steuerfederkräfte in einfacher üJeise durch unterschiedlich dicke Ausbildung der Gummifedersteuerscheibe erreicht werden.

Für Anwendungenn bei denen sowohl eine weiche Tragfedern als auch eine nicht allzu steife Stεuerfeder benötigt werdenn um eine vorgegebene Kennlinie für ein Tragfeder¬ system zu realisierenn kann der Federweg der Steuerfeder inn bezogen auf die Tragfeder-», axialer Richtung durchaus auch unter Verwendung von federwegbegrenzenden Anschlä¬ gen begrenzt werden. Durch die nur mittelbare und an-

teilige Auswirkung eines solches Steuerfederbegrenzers auf die Kennlinie des gesamten Tragfedersystems bleiben solche Begrenzungsanschläge für die meisten Anwendungs¬ fälle unkritisch. Bei Verwendung von scheibenförmigen oder tellerförmigen Steuerfedern sind diese Steuerfeder¬ wegbegrenzer vorzugsweise als Scheiben ausgebildetn die oberhalb und unterhalb der Steuerfeder und zumindest im wesentlichen parallel zu dieser am Auflastträger der Tragfeder starr oder elastisch befestigt sind.

Steuerfederwegbegrenzer sind vorzugsweise auch dann vor¬ gesehen! wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Er¬ findung die Steuerfeder eine unter radialer Vorspannung stehenden bezogen auf das Lager radial angeordnete kreis- ringscheibenförmige Scheibenfeder aus einem elastomeren Werkstoff ist! die die weiche Tragfeder des Lagers peri- pher umschliessend angeordnet ist- Bei dieser Anordnung der Steuerfeder ist die Tragfeder vorzugsweise in einem zweiteiligen Lagergehäuse angeordnet! dessen beide Gehäuse¬ teile topfartig oder glockenförmig ausgebildet sind und einander axial mit Spiel so übergreifeni dass die Steuer¬ feder zwischen den beiden einander überlappenden Mantel- wänden der beiden Gehäuseteile eingespannt ist. Die Steuerfederwegbegreπzer sind dann bei dieser Ausgestaltung des Lagers vorzugsweise unmittelbar in den bzw. aus den Lagergehäusewandflächen ausgeformt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs ^¬ beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher er ^¬ läutert. Es zeigen".

Fig. 1 im schematischen Axialschnitt ein Ausfüh¬ rungsbeispiel des Tragfedersystemsn und zwar links der Mittellinie unter stati¬ scher Sollast sowie rechts der Mittel¬ linie im unbelasteten Zustandή

Fig- 2 das Kennlinienfeld einer Steuerfeder der in Fig. 1 gezeigten Artή

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Fig. 3 die Kennlinie einer weichen Gummitrag¬ feder der in Fig. 1 gezeigten Artή und

Fig. die Kennlinie eines Tragfedersystems der in Fig. 1 gezeigten Art als Addi¬ tion einer Steuerfederkennlinie der in Fig. Ξ gezeigten Art und einer Trag¬ federkennlinie der in Fig. 3 gezeigten Artή sowie

Fig. 5 im Axialschnitt ein weiteres Ausführungs¬ beispiel des Tragfedersystemsn wobei die Axialschnittebenen des linken und des rechten Teils der Darstellung um Ω in der Lagerachse gegeneinander verdreht sind-

Das in der Fig. 1 sche atisch dargestellte Tragfeder¬ system besteht im wesentlichen aus einer Tragfeder 1 und einer Steuerfeder B- Die Tragfeder 1 ist ein weicher zylindrischer Lochgummipuffern der in einem becherförmi¬ gen Gehäuse 3 angeordnet istn dessen Boden H als Wider- lagεr. für die Tragfeder 1 dient. Das Gehäuse 3 kann bei¬ spielsweise mit einem Aussenflansch 5 ausgerüstet seinn der Bohrungen t. aufweistn über die das Gehäuse 3 mit einem Bezugssystem! beispielsweise einem Maschinεnrahmenn fest verbindbar ist-.

Die Steuerfeder S ist eine zu ihrer horizontalen Haupt¬ ebene zumindest im wesentlichen symmetrisch profilierte Gummischs-ben die um eine zentrale Hülse 7 herumn die als Auflastträger des Tragfedersystems dientn dicker als an ihren äusserεn Randbεreichen ausgebildet ist.

An den beiden Enden der Hülse 7 sind Profilscheibeπ S T befestigtn die als Federwegbegrenzer für die Steuεrfeder S dienen-

Die Steuerfeder 2 wird als separates Teil vorgefertigt- Im entspannten Zustand weist die Steuerfeder Ξ einen Aussendurchmesser aufn der grösser als der Innendurch¬ messer des Gehäuses 3 an der Stelle istn an der die Steuerfeder 2 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise ein¬ gesetzt ist. Dies bedeutet! dass die Steuerfeder 5 nach dem Einsetzen in, den oberen Rand des Gehäuses 3 radial gestaucht ist. Dieser Verformung wεicht die Steuer¬ feder 5 bei fehlender Behinderung dadurch ausn dass sie sich axial konvex oder konkav durchwölbtn wobei beide Durchwölbungen zu einεm bεtragsmässig gleichen Verfor- mungs-Rest pannungsminimum führenή die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise radial eingespanntε Stεuerfeder 5 weist also zwei energetisch gleichwertige stabile End- lagenkonfigurationen aufn ist also "bistabil". Bei der

Überführung von der einen in die andere stabile Endlagen beispielsweise also beim Durchdrücken der konvexen End¬ lage in die konkave Endlage der Steuerfeder 2n wird ein labiler Zwischenbereich durchlaufen! dessen Zentrum durch eine Gleichverteilung der Verformungsspannungen zu beiden Seiten der Hauptebene der eingespannten Steuer¬ feder 2 gekennzeichnet ist. In diesem Bereich ist die axiale Federkonstante der Steuerfεder 2 praktisch Null- Erst nach Durchschreiten dieses Labilitätsbereichesn der dem Bereich der maximalen Federverformung entspricht! erfolgt eine spontane Rückstellung der Steuerfeder 2 in die zweita stabile Endlagen nämlich in dem hier beschrie¬ benen Funktionsbeispiel in die konkav durchgewölbte End¬ stellung. Wie dabei die Kennlinie der Steuerfeder 2 im einzelnen verläuftn hängt primär vom Grad der Stauchung der Steuerfeder 2 und sekundär von der Profilierung der Steuerfeder 2 ab. Typische Kennlinienverläufe für eine solche Steuerfeder sind in der Fig. 2 schematisch darge¬ stellt- Dabei entsprechen die mehr oder minder stark negativ ausgeprägten Abschnitte der Kennlinie dem spon¬ tanen Rückstellεn odεr Umklappen der vorgespannten

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Steuerfeder in die zweite stabile Endlage und die pro¬ gressiv ansteigenden Kennlinienäste im rechten Teil der Fig. 2 dem konkaven überdehnen der Steuerfeder.

In der Darstellung der Fig. 1 ist die Steuerfeder 2 rechts dεr Mittεlliniε 10 in ihrer konvexen stabilen Endlage bei unbelastetem Tragfedersystem dargestellt- Links der Mittellinie 10 ist die Steuerfeder 2 in ihrer labilεn Neutrallage bei belastetem Tragfedersystεm ge¬ zeigt.

Die eigentliche Tragfedεr 1 ist ein zylindrischer Loch- gummiblock! der in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel so dimen¬ sioniert istn dass er nicht oder nur minimal axial vorge¬ spannt mittelbar oder unmittelbari nämlich unter Zwischen- lagε der Scheibe ^■* .! an der in ihrer oberen stabilen End¬ lage entspanntεn Steuerfεdεr Ξ anliegt- Dabei erkennt der Fachmann ohne weiteres! dass er im .einzεlnen-die Vorspan¬ nungen der Federn 1 und 2 nach Massgabe der Anwendungs¬ anforderungen weitgεhεnd bεliεbig εinstεllεn kann-

Ohne Steuerfeder zeigt der als Tragfedεr 1 diεnende Loch¬ gummiblock in dem für das in Fig. 1 gezeigtε Tragfeder¬ system ausgenutzten Arbeitsbereich den in Fig. 3 gezeig¬ ten Kennlinienverlaufi wobei ebenso wie in der Fig. 5 und wie auch in Fig- M F die Federkraft und s den Feder¬ weg bedeuten«

Bei einem Zusammenbau und einer Kopplung der Tragfeder 1 und der Steuerfεdεr 2 in dεr aus Fig. 1 εrsichtlichεn Wεise addierεn sich die Federkennlinie der Tragfeder 1 und der Steuerfeder 2 zu einer resultierenden Kennliniε des Tragfadersystems- Der typische Verlauf einer solchen Kennlinie für ein Tragfedersystem der in Fig. 1 gezeigten Art ist in der Fig. M graphisch dargestεllt- Diese Kenn¬ linie ist durch einεn εxtrεm wεicheni d.h. flach verlau¬ fenden linearen Arbeitsbereich gekennzεichnεt! der bei

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Bedarf sogar noch weicher gestaltet werden kann als ihn die Tragfeder l alleine zur Verfügung stellt! der weich in den anschliessenden Progressionsbereich übergeht. Von weit grüsserer Bεdeutung als der weichε Übergang in den Prograssionsbereich ist dabei jedochi dass die extrem weiche lineare Federkennlinie für relativ grosse Kräfte nutzbar isti und zwar dauerhaft nutzbar isti da für die Steuerfeder 2 ein mechanisch wesentlich festeres und widerstandsfähigeres Elastomer eingesetzt werden kanni als dies zur Realisierung einer Federkennlinie der in Fig. 3 gezeigten Art für die Tragfeder 1 möglich ist.

Es sei angenommen! dass das in Fig. 1 dargestellte Trag¬ federsystem in der vorstehend beschriebenen Weise rechts der Mittellinie 10 dem unbelasteten Zustand des Tragfeder¬ systems entspricht. Es sei weiterhin angenommen! dass bei statischer Auflage der abzufedernden Last das Tragfeder¬ system in die links der Mittellinie ^" 10 in Fig. 1 gezeigte Konfiguration übergeht. Dies würde einem statischen Ar¬ beitspunkt entsprechen! der ungefähr im mittleren Bereich des linearem Abschnitts der in Fig. gezeigtεn Feder¬ kennlinie des Tragfedersystems liegt- Schwingungen! die diese Last relativ zum Widerlager M in beiden axialen Richtungen ausführt! können also von dem hier beschrie¬ benen Tragfedersystem ausserordentlich weich abgefedert werdeni und .zwar bei nur minimaler mechanischer Belastung der eigentlichen Tragfeder 1.

Aufgrund der vorstehenden Beschreibung ist ohne weiteres ersichtlichi dass beispielsweise durch eine Änderung der Abmessungen! Werkstoffeinstellungen für die Fedεrn lι2 und/oder die im einzelnen zu wählenden Vorspannungen der Arbeitspunkt aus dem mittleren Bereich des linearen Ab¬ schnitts der in Fig. M gezeigten Kennlinie an dessen linken oder rechten Rand oder sogar über diesen hinaus verschoben werden kann. Wohin solche Arbeitspunkte im

einzelnen zu verlegen sindn hängt von den spezifischen Erfordernissen des Anwenduπgsfalls ab und ist vom Fach¬ mann ohne weiteres auf dem Wege einer routinemässigen Abstimmung des Tragfedersystεms realisierbar*

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Tragfedersystems ist schliesslich in der Fig. S dargestellt. De in der Fig. 5 gezeigte Schnitt ist ein Axialschnitti bei dem die Schnitt- ebenε links der Mittellinie und die Schnittebene rechts der in Fig. 5 gezeigten Mittellinie 10 des Lagers um "τ0° gεgεn- einander vεrsetzt sindn so dass alson wenn einε dεr beiden Schnittebenen, in der Zeichnungsebene liegtn diε jεwεils an der Mittellinie angrenzend gegenüberstεhεnde Schnittflächε senkrecht zur Zeichnungsebene steht-

Das Gehäuse des in Fig. 5 gezeigten Lagers besteht aus zwei axial einandεr gegensinnig, öffnender und übergrεifender topfartigen oder glockenartigen Teilenn die im folgenden kurz als "auflastseitigεs Gehäuseteil" 11 und als "wider- lagerseitiges Gehäuseteil" 12 bezeichnet sind-

Die Darstellung der Fig. 5 zeigt das Lager unter Einwirkung einεr statischen Auflastn die in der ^* Figur nicht näher dar¬ gestellt ist- Insofern entspricht also die in der Fig. 5 gezeigte Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Darstellung im Teil links der Mittellinie 10.

Zwischen den einander mit radial ausreichend Spiel axial überlappenden Abschnittεn des Lagergehäusεs llnl2 ist eine kreisringscheibenförmige Steuerfeder 2 ^f unter radialer Kompression eingεspannt- Im gleichen Winkelabstand vonein¬ ander und in peripher alternierεnder Folge sind in den einander überlappεndεn Gehäuseteilen. ederweg-Begrenzungs¬ anschläge 13ιlM bzw. ISnlt für die Begrenzung des Steuer- fεdεrwεgs bεim Einschwingεn -C13.nlM> bzw. beim Rückschwingεn

-C1S!1_J3- des Lagers ausgebildet- Die Anschlagflächen lHnlMnlSnlb sind jeweils als Schrägflächen ausgebildet! die parallel und komplementär zueinandεr -C13nl4ή lSιlt.1 so bemessen sindi dass sie einerseits ein übermässiges Durchschlagen oder Durchwölben des labil eingespanntεn Stεuεrfederrings verhindern! anderer¬ seits kein abruptes anschlagartiges Begrenzen des Steuerfeder¬ wegs bewirken! sondern ein allmähliches progressives Ansteigen der Steuerfederkennlinie unter Zugbelastung der Steuerfeder herbeiführen.

Bei dem in Fig. S gezeigten Ausführungsbeispiel des Tragfeder¬ systems handelt es sich um ein besonders robust und kompakt ausgebildetes gleichsam gekapseltes Motorlager mit einem Gewindεzapfen 17 für den Auflastanschlussn also die Motor- bεfεstigungi und εinεm Gewindezapfen 18 für den Widerlagεr- anschlussn über den also das Lager mit den den Motorblock oder das Triebwerk tragenden Karosseriεtεilen verbunden ist-

Im übrigen entsprechen die. Ausbildung der Tragfeder und die Abstimmbarkait der Kennlinien des Lagers den vorstehend im Zusammenhang mit der Fig. 1 ausführlich erläuterten Gegeben¬ heiten-