Titel: Belleville's Scheibenfeder.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1867, Band 184, Nr. XLV. (S. 229–233)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj184/ar184045

XLV. Belleville's aus conischen Scheiben bestehende Feder.

Aus Armengaud's Génie industriel, Februar 1867, S. 72.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Der Ingenieur Belleville in Paris war bestrebt eine Feder zu construiren, welche bei vielseitiger Anwendbarkeit dem Bruche weniger unterworfen ist, als die bisher gebräuchlichen Federn.

Figur 18 zeigt die Anordnung seiner Scheibenfeder im Verticaldurchschnitt. Jeder Theil der Feder besteht aus einer abgestutzt kegelförmigen Scheibe a von einem Metalle, welches die genügende Elasticität besitzt (am besten Bessemerstahl). Je zwei solcher Scheiben sind mit einander in der aus der Figur erkennbaren Weise verbunden. Sämmtliche so hergestellte Scheibenpaare, von denen eine gewisse Anzahl eine Feder bildet, werden von einer central zu den Scheiben angeordneten Stange b durchdrungen und mittelst derselben zu einem Ganzen vereinigt.

Bei der Construction dieser Federn sind gewisse, durch zahlreiche Versuche festgestellte Verhältnisse einzuhalten. So z.B. deformiren und legen sich die Scheiben plötzlich zusammen, ohne sich allmählich abzuplatten, wenn der volle Radius derselben (d.h. der Radius der Scheibe nach Abzug des Radius des centralen Loches in derselben) sehr groß ist im Verhältniß zur Metalldicke. Diese Wirkung tritt um so schneller ein, |230| je größer der volle Radius der Scheiben im Verhältniß zur Dicke ist. Um überhaupt Federn herzustellen, deren Zusammendrückung sich proportional zur Belastung stellt, sind folgende Erfahrungsresultate zu berücksichtigen:

1) die Deformation der Scheiben tritt ein, sobald die Dicke nur etwa ein Fünfzehntel des vollen Radius beträgt;

2) man erhält Federn, welche sich nicht deformiren, deren Widerstandsfähigkeit aber unregelmäßig und gering ist, wenn die Dicke ein Zehntel bis ein Zwölftel des vollen Radius beträgt;

3) um endlich Federn von regelmäßiger Widerstandsfähigkeit und bei bester Ausnutzung des Materials zu erhalten, darf das Verhältniß zwischen der Metallstärke und dem vollen Radius der Scheiben nicht viel über ein Achtel betragen, besser ist es, dieses Verhältniß noch etwas kleiner zu wählen, so daß z.B., wenn die Metallstärke 5 bis 6 Millimet. beträgt, der volle Radius gleich 45 Millimet. gemacht wird.

Womöglich soll das Loch in der Mitte der Scheiben nicht über 4 Centimeter Durchmesser haben, eine Dimension, wobei die Stange, welche gewissermaßen die Achse der Feder bildet, stark genug wird für den Gebrauch. Damit die Scheiben stets flach gegen einander gedrückt werden können, ohne an die Grenze ihrer Elasticität zu gelangen, so daß sie stets wieder in ihre conische Form zurückgehen und nie brechen, darf der Grad ihrer Conicität nie über ein Zehntel des vollen Radius betragen, bei normaler Beschaffenheit des Metalles etwa ein Zwölftel. Die Form der Scheiben wird die besten Resultate ergeben, wenn sie wie in Fig. 18 hergestellt ist, wo, wie man sieht, die Erzeugenden des Conus geradlinig, ohne alle Krümmung sind.

Um diese Form zu erhalten, ist es nothwendig, daß die Scheiben kalt oder wann, am besten aber rothwarm zwischen zwei Matrizen gestanzt werden, welche genau concentrisch geführt sind. Diese Matrizen müssen genau die Form des herzustellenden Conus repräsentiren. Man kann auch die Matrizen so einrichten, daß durch dieselben die Scheiben mit einem Schlage ausgeschnitten und gepreßt werden, zu welchem Zwecke die Matrizen am Rande eine harte Schneide haben müssen, um als Durchschlag zu wirken.

Das beste Material zu den Scheibenfedern ist der Bessemerstahl; derselbe ist nicht zu theuer, dabei fest und elastisch.

Die Anwendung der Scheibenfedern ist einfach und leicht; sie verlieren keine Kraft durch Reibung oder Gleiten, und es können damit Federn von unbegrenzter Zusammendruckbarkeit hergestellt werden. Sie sind zu allen Zwecken, wo man bisher Spiral- oder Blattfedern benutzte, |231| anwendbar, besonders aber als Eisenbahnwagenfedern; ferner für schwere Feldgeschütze und für Schiffskanonen; auch bei Krahnen, um das Reißen der Ketten zu verhüten u.s.w.

Sie sind besonders in den Fällen nützlich, wo man Federn von sehr großer Zusammendrückbarkeit oder großer Widerstandsfähigkeit bei geringem Durchmesser braucht. In diesem Falle können diese Federn aus Scheiben von verschiedener Stärke gebildet werden, um eine größere oder geringere Widerstandsfähigkeit zu haben, oder es werden zur Verstärkung der Widerstandsfähigkeit zwei, drei und vier Scheiben ineinander gelegt, um so Scheiben von zwei-, drei- und vierfacher Stärke zu erhalten.

Indem man successive eine Anzahl solcher tellerförmigen Federglieder abwechselnd mit ihren inneren und äußeren Rändern zusammen verbindet, so entsteht eine geschlossene und dehnbare Säule, die fähig ist sehr große Lasten zu tragen, wobei die inneren und äußeren Flächen der Feder gleichzeitig sehr verschiedenen Pressungen ausgesetzt seyn können. Ein so hergestellter Apparat ist anwendbar in allen Fällen, wo man die Uebertragung einer constanten oder veränderlichen Kraft durch eine Flüssigkeit ohne Reibungsverlust vermitteln will, wobei der Uebertragungsapparat, nach Wegnahme der Kraft, seine ursprüngliche Stellung wieder einnimmt.

Dieser Apparat ist als hydraulischer oder pneumatischer Regulator bei allen durch Flüssigkeiten betriebenen Motoren anwendbar, als nämlich bei Dampfmaschinen, Wasserrädern oder Turbinen etc.; er sichert eine regelmäßige und sehr kräftige Wirkung. Ferner als hydraulische oder pneumatische Bremse, wo er ebenfalls sehr kräftig und auf weite Entfernungen wirkt.

Figur 19 zeigt einen solchen nach Belleville's System construirten Regulirapparat.

a sind die metallenen Scheiben, welche conisch oder concav (am besten conisch) über einander liegend gekuppelt sind. Diese Scheiben sind in der Mitte durchbohrt und können, für gewisse Zwecke, abwechselnd an ihrem inneren und äußeren Rande durch Zwischenlagen c, c' von Leinwand und Kautschuk oder einer anderen luftdichten Substanz verbunden seyn.

Die Art der Verbindung durch einfache Uebereinanderlage ist nur dann anwendbar, wenn der Apparat, der der Pressung durch ein äußeres Gewicht unterworfen ist, nur einfach von selbst zurückgehen soll, wie z.B. bei der Steuerung eines Registers.

Sobald der Apparat der Compression einen Widerstand entgegensetzen soll, wie z.B. als Regulator einer Dampf- oder hydraulischen |232| Maschine, so ist es nothwendig, daß die Scheiben an ihren inneren und äußeren Umfängen vernietet sind, weil zu fürchten ist, daß der Widerstand des Steuerungsobjects ausnahmsweise größer als die Summe der auf die Oberfläche der Scheiben ausgeübten Pressungen werden kann. Es ist sehr anzurathen, auch in diesem Falle Zwischenlagen von dichtem Stoffe zwischen die zu vernietenden Scheibenumfänge zu legen, um die Verbindungsstellen hermetisch zu schließen.

Die Scheiben a können in Zahl, im Durchmesser und in der Dicke variiren, je nach dem Grade der Compressibilität und der Stärke der Widerstandsfähigkeit, die man erreichen will. Mitten durch die Scheibe geht eine Stange b und dieselbe ist in einem Ansatz der unteren Scheibe oder in eine Platte, welche die untere Scheibe ersetzt, befestigt. Die oberste Scheibe ist an dem Deckel befestigt, gegen welchen sie durch den auf die Stange b mittelst der Mutter e ausgeübten Zug gepreßt wird. Diese Mutter ist so stark angezogen, daß die Scheibenräder stark genug für den hermetischen Verschluß gegen einander gepreßt werden.

Die Stange b durchdringt den Deckel mit dem nöthigen Spielraum, um alle Reibung zu vermeiden, so daß die innere Oberfläche der Feder in beständiger Communication mit der äußeren Luft ist und daher nur der Wirkung des atmosphärischen Druckes unterliegt.

Die Thätigkeit des Apparates wird auf folgende Weise bewirkt:

1) Das äußere Ende b' der Stange b ist entweder direct oder durch Vermittlung von Gelenken, Zahngetrieben, Stangen oder Ketten, je nachdem es zweckmäßig erscheint, mit der zu regulirenden, zu steuernden oder zu belastenden Maschine verbunden.

2) Das Rohr g, oder alle anderen äußeren Theile des Cylinders F, die in Verbindung mit dem Apparat, welcher Pumpe, Kessel oder irgend ein Reservoir seyn kann, stehen, ist bestimmt durch Vermittelung einer Flüssigkeit einen dem Atmosphärendrucke überlegenen Druck auf die äußere Oberfläche der Scheiben zur Wirksamkeit zu bringen; hierdurch wird die Scheibenfeder comprimirt und die Stange b durch den Deckel des Cylinders herausgetrieben in einer der Compression der Feder entsprechenden Länge.

Sobald die Scheibenfeder in dieser Weise als Regulator der Kraft und Geschwindigkeit von Umtriebsmaschinen gebraucht wird, so wird das Rohr g, welches mit dem Inneren des Cylinders F communicirt, mit einer besonderen Wasser- oder Luftpumpe verbunden, die durch die Umtriebsmaschine in Thätigkeit gesetzt wird. An dem Cylinder F befindet sich außerhalb ein Ablaßhahn n, zur Regulirung, dessen Oeffnung man je nach der erwünschten Geschwindigkeit der Maschine einstellt.

Wenn aus irgend einer Ursache die Maschine während ihrer Arbeit |233| eine beschleunigte Geschwindigkeit annimmt, so wird das von der Pumpe in der Zeiteinheit gelieferte Wasserquantum ein größeres, als das welches durch den Hahn n beim normalen Gange der Maschine abfließt, und es resultirt daraus eine gewisse Compression der Feder. Die bewegte Stange b wirkt alsdann auf den Admissionshahn und hemmt den Dampfzufluß bei der Dampfmaschine, oder den Wasserzufluß bei einem hydraulischen Motor in entsprechender Weise. So kann der Gang der Maschine durch beliebiges Reguliren am Hahne r verlangsamt oder beschleunigt werden. Wenn die Feder bestimmt ist, den Dampfdruck in einem Kessel zu reguliren, so wird der Cylinder F mit dem Kessel in Communication gesetzt und durch Vermittelung der Stange b das Essenregister bewegt, und zwar wird dasselbe um so mehr geschlossen, je mehr die Feder vom wechselnden Dampfdruck comprimirt wird.

Die Form, Anordnung und Proportionirung des Apparates wird natürlich dem jedesmaligen Zwecke gemäß gewählt; die Feder, die meistens aus Stahlblech hergestellt wird, kann auch aus anderen Stoffen, z.B. aus Kautschuk für besondere Zwecke, angefertigt werden. Ueber die vielfache Anwendbarkeit des Apparates ist bereits das Nöthige oben gesagt worden.

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