DE3050256A1

DE3050256A1 - Spring and suspension of a vehicle comprising such spring

Info

Publication number: DE3050256A1
Application number: DE803050256A
Authority: DE
Inventors: M Zamitter
Original assignee: KI INZH STR INST
Current assignee: KI INZH STR INST
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-09-01
Publication date: 1982-04-15
Also published as: CA1179694A; SE8105666L; SE8303207L; JPS57500142A; US4763885A; DE3050256C2; FR2475171B1; FR2475171A1; WO1981002141A1; GB2087034A; GB2087034B; IT1146032B; SE8303207D0; SE432739B; IT8141512A0

Description

PATENTANWALT ÜipUmys. RICHARD LUYKEN

Kievsky inzhenemo-stroiteiny -Institut" ""~ 3050256

Kiew/UdSSE ' - ■ ■ PM 82 -656-M-61

* 23. Sept. 1981

FEUER UND FEDERAUFHÄNGUNG EINES L/BV

FAHRZEUGS UNTER DEREN ANWENDUNG

Gebiet der Technik'

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Abfederung dynamischer Belastungen an Tragkonstruktionen und betrifft insbesondere eine Feder sowie Federaufhängung eines Fahrzeugs unter deren Anwendung.

Stand der Technik

Federn und Federaufhängungen sind weit bekannt. Im Kraftverkehr sind in der Regel durch Schichtung mehrerer Federlagen ausgelegte Blattfedern am weitesten verbreitet. Ein Hauptnaohteil der Blattfedern ist ihre hohe Masse, die α bis IO % der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs beträgt. Um große Stoßkräfte abfedern zu können, ist man außerdem gezwungen, die Federlagenzahl zu vergrößern, wodurch Federungse igenschaf ten der Blattfedern beeinträchtigt werden.

Beste Federungseigenschaften weisen Federn mit einer nichtlinearen Kennlinie auf. Bekannt ist beispielsweise eine Feder, die ein an Enden gerolltes und an die Trag-' konstruktion gelenkig angebrachtes Federblatt darstellt

(s. DE-PS 54363a vom 8.02.1932). Jedoch, um größeren dynamischen Beanspruchungen entgegenwirken zu können, muß auch diese -^eder aus mehreren übereinandergeschichteten Federlesen zusammengesetzt werden, wobei jede dieser Lagen (wie auch bei anderen bekannten Blattfedern) sich in der Ebene minimaler Steifigkeit durchbiegt, welche mit der Ebene der Außenkrafteinwirkung zusammenfällt. Diese Feder ist daher kompliziert im Aufbau, was dadurch bedingt ist, daß zur Gewährleistung des Kontaktes zwischen ebenen und durchgebogenen Federblättern unter Einwirkung der angelegten Belastung Lagerungselemente notwendig sind. Zum Krai'tzusammenwirken der beschriebenen Feder mit abzufedernden Teilen eines Fahrzeuge werden mindestens drei Lagerungen benötigt: zwei an den Federenden und eine in der Mitte zur Auiienkraf tauf nähme .

Bekannt ist weiterhin eine flache bügeiförmige Feder, die als ein auf zwei Stutzpunkten freiliegender Balken arbeitet (s. D.D. Tschurabo "Gerätebauteile und -baugruppen",

-sr- h

Moskau, toaschinostrojenie-Verlae, lV65, S. 568, Bild 243a). Diete Feder biegt s icii unter Einwirkung einer Außenkraft ebenfalls in der Ebene minimaler Steifigkeit durch, d.h. eie kann wesentlichen Beanspruchungen (einige Hunderte Kilopond) nur bei hinreichender Dicke widerstehen, was wiederum ihre Federungseigenschaften beeinträchtigt sowie hohe Masse zur Folge hat. Beim Einsatz dieser Feder werden ebenfalls mindestens drei Lagerungen zum Kraft zusammenwirken mit den abzufedernden Teilen benötigt: zwei an den Schenkelenden und eine am iviittelstück zur A uiienkr aft aufnahme. Bei Fahrzeugfederungen haben derartige Federn keine Anwendung gefunden.

In der Federaufhängung eines Fahrzeugs dient eine Feder in der Regel als Federungselement. Die Federaufhangung kann auch mit einem Führun^s- und einem Dämpfungselement (Schwingungsdämpfer) ausgestattet werden.

Mit Blattfedern ausgestatteten Federungen zeichnen sich durch hohe Masse aus, wahrend Federungen mit Schraubenfedern kompliziert im Aufbau sind. So enthält z.B. eine Federung gemäß dem SU-Uhrhebersehe in ü75äO vom 50.11.1950 zylindrische Schraubenfedern, die innerhalb eines am abgefederten ^eil des Fahrzeugs befestigten Gehäuses untergebracht sind, und zweiarmige Führungshebel (zwei je Rad). Die großen Hebelarme sind dabei mit der Kadaohse des Fahrzeugs gelenkig gekoppelt, die Drehachse des jeweiligen Hebels ist mit dem abgefederten Teil des Fahrzeugs . ebenfalls gelenkig gekoppelt, und die kleinen Hebelarme stehen mit den erwähnten Federn Ux Zusanimenwirkung.

Zu/ '

Die beschriebene Federung gewährleistet nahe'geradlijQ nige vertikale Bewegung der Räder beim überwinden eines Hindernisses, sie ist aber kompliziert im Aufbau und durch hohe iiiasse gekennzeichnet. Der komplizierte konstruktionsmäßi^e Aufbau dieser Federung ist dadurch bedingt, daß das Federungs- und Führungselement des jeweiligen Rades innerhalb eines gesonderten Gehäuses untergebracht sind, das außerhalb des Fahrzeugrahmens angeordnet und an diesen mit Hilfe eines spezielen Tragwerkes (für Vorderräder) oder ausgebildeter Flanschelemente (für Hinterräder)

befestigt ist. Dabei sind im jeweiligen Gehäuse je zwei zweiarmige Hebel und drei Federn untergebracht, wobei zwei von diesen Federn während dem Arbeitshub (Anheben des Rades) und eine beim Rückstoß (Senken des ^ades) in Funktion stehen. Jede dieser federn wirki als Druckfeder. Hohe Masse der beschriebenen Federaufhängung ist dadurch bedingt, daß die für ihren Auf bau benötigten Teile wesentlichen Beanspruchungen einschließlich Punktbeiastungen ausgesetzt sind, infolgedessen diese große Abmessungen j_O und folglich hohe Masse aufweisen müssen, damit die dabei auftretenden ixineren Spannungen zulässige Grenzen nicht überschreiten. So erfährt der kleine Hebelarm der Vorderräder eine Punktbelastung, die bezüglich der auf den großen Hebelarm wirkenden Kraft proportional dem Hebeiνerhältje nis ist, das in der Größenordnung 2,5 bis 2,5 liegt und keinesfalls reduziert werden kann, da die durch erforderliche Steifigkeit und Abmessungseinschränkungen bedingte Durchbiegung der Schraubenfedern verhältnismäßig gering ist. Die innerhalb der Elemente des oberen, geometrisch 2Q geöffneten kinematischen Paares zwischen dem kleinen Führungshebelarm und dem Federteller, welche sich auf einer überaus kleinen Flache berühren, zustandekommenden Kontaktbeanspruchungen sind sehr hoch, infolgedessen, um diese innerhalb zulässiger Grenzen zu halten^ die Abmessungen der in Berührung stehenden Teile vergrößert werden^müssen^ was entsprechende Erhöhung der Masse dieser Teile erforderlich macht.

Die Ausführung einer zweckmäßigeren Gelenkverbindung in die sein kinematischen Paar ist ohne weiteren konstruktive ven Mehraufwand nient möglich.

Auf Lager des zweiarmigen Führungshebels wirken die sich auf den Hebelarmen geometrisch summierenden Kräfte ein, was beim genannten Hebelvorhältnis ebenfalls eine wesentliche Vergrößerung der Hebelabmessungen und dementsprechend eine Mas se erhöhung vom Gehäuse, wo'clie Federung untergebracht ist, zur Folge hat.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feder und eine Federaufhängung unter deren Anwendung

zu schaffen, deren konstruktionsmäßiger Aufbau Ihre Masse auf Kosten effektiverer Ausnutzung von Festigkeitsreserven des Federwerkstoffes unter Beibehaltung von Pestigkeits- und Federungseigenachaften herabsetzen läßt. ς uie Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in

einer bügeiförmig ausgestatteten Feder, die ein L.ittelstüok und in einer Ebene, liegende Schenkel mit daran angeordneten Elementen /,ur Lagerung und A ußeiikr aft aufnahme aufweist, das erwähnte Element zur Außeukraftaufnahme auf

IQ dem dem Element zur Lagerung entgegenliegenden Schenkel so angeordnet ist, daß die durch die Mittelpunkte dieser Elemente gezogene Linie parallel zu dem Mittelstüok verläuft.

Durch den beschriebenen konstruktionsmäßigen Aufbau der Peeler wird erreicht, daß ihr wiittelstück eich unter Einwirkung einer Außenkraft und der somit zustande kommenden und an den Schenkeln angreifenden Kompensationskräfte in der Ebene maximaler Steifigkeit durchbiegt. Infolgedessen kann die Masse einer solchen ^'eder im Vergleich

2Q zu bekannten Blattfedern und der obi^ erwähnten bügeiförmigen Feder bei gleichem Arbeitsvermögen wesentlich herabgesetzt werden. Die erforderliche Nachgiebigkeit (Elastizität) der Feder wird sowohlinfolge Durchbiegung ihres Mittelstuckes als auch infolge gegenseitiger Verschiebung ihrer Schenkel unter Einwirkung der Außenbelastung gewährleistet. Federungseigenschaften dieser Feder werden weiterhin dadurch gewährleistet, daß die höhst en Beanspruchungen in sämtlichen Querschnitten die für den Federwerkstoff zulässigen Grenzwerte erreichen können. Bei der erfindungSfcjemäßen Feder kann somit von der jeweiligen Masseeinheit die für den Federwerkstoff maximal zulässige Potentialenergie elastischer Verformungen zerstörungsfrei aufgenommen werden.

Die F_ecj_ermasse läßt sich weiterhin dadurch herabsetzen, daß für den Einsatz der Feder zwei Elemente zum Kraftzusamiuenwirken mit abzufedernden Teilen des Fahrzeugs ausreichen- ein zur Lagerung und ein zur Außenkraftaufnahme - sie werden dabei am zweckmäßigsten an den Sehen-

"-er- 'C

kelenden angeordnet. In der Konstruktion dieser Elemente können Bauteile von zylindrischen bzw. Kugelgelenken verwendet werden.

Um die von der Federmaste aufzunehmende Potentialenergie elastischer Verformungen auf der. gesamten Feder- ^ vorteilhaft

län^e ratimeller zu verteilen, sind/\ihr lüittelstuck und ihre Schenkel mit veränderlichem Querschnitt auszuführen. Falls die Feder vorwiegend Druckkrafteinwirkungen ausgesetzt wird und einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, solltet
/"""eras Mittelstück bei konstanter Dicke mit in Richtung der Scnenkel abnehmender Höhe ausgeführt werden, und im Fall, wenn die Feder vorwiegend von Zugkräften beansprucht wird, ^s0 r^fhx Mittel stück bei gleichbleibender Höhe auf der gesamten Länje zur Mitte verengend ausgelegt werden.

Die Schenkel werden in beiden Fällen einen Querschnitt mit konstanter Dicke und veränderlicher Höhe aufweisen.

Zwecks einer weiteren Masseherabsetzung ist die Feder so auszuführen, daß das Verhältnis vombezüglioh der Hauptachse maximalem Trägheitsmoment zurtiBiegungsmoment i^m jeweiligen Mittelstückquerschnitt konstant bleibt und die Querschnitte selbst bezüglich der Biegungsebene der Feder so gerichtet werden, daß die Achse in jedem von diesen, bezüglich der das Trägheitsmoment des Querschnittes maximal ist, senkrecht zur Biegungsebene der Feder liegt.

Die iJchenkel weisen geringste Masse in dem Fall auf, wenn sie rechtwinklig ausgeführt werden. Gegebenfalls wird die Feder vorteilhaft derart ausgestattet, daß der Winkel zwischen den ^chenkq.lh und dem Mittel stück der Feder 90 bis 110° betragt. f^üev Winkel über 110°, so nimmt die Festigkeit der Feder zu, jedoch vergrößern sich dabei ihre Abmessungen and Gesamtmasse, da es zur Aufrecherhaltung der Federweichheit die Schenkel verlängert werden müssen. Falls der Winkel unter 9O⁰ liegt, wachsen wesentlich die Beanspruchungen in der Verbindungszone der Schenkel mit dem i.iittelst ick an_t d.h. es wird damit die Festigkeit der Feder.beeinträchtigt.

Uüi die Federweichheit bei gleichzeitiger Reduzierung der Beanspruchungen zu erhöhen, sind die Schenkel

gekrümmt auszuführen. Die ^estigkeitsberechnung solcher Schenkel wird dabei im Fall konstanten Krümmungshalbmessers der Mittellinie am einfachsten.

Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, daß in d<;r federaufhängung eines Fahrzeugs, bestehend aus einer Feder und einem zweiarmigen Führungshebel, dessen kleiner Arm mit der erwähnten Feder kinematisch gewährende

koppelt ist, ^TJer große Arm Gelenkelemente zur Verbindung entsprechend mit der ßadachse des Fahrzeugs und deesem abgefederten Teil aufweist, die Feder auf die vorstehend dargelegte Art ausgebildet wird und einer,ihrer Schenkel mit dem kleinen Arm des Führungshebela und der andere mit dem abgefederten Teil des Fahrzeugs gelenkig gekoppelt sind; dabei liegen die Arme des FührungshebeIs in e iner &

Durch Anwendung der erfindungsgeinäßen Feder in der

^bekannten

Federaufhängung eines Fahrzeugs an stelle de**)Federungselemente wird die Masse der Aufhängung im Vergleich zu beliebigen bekannten Federungssystemen bei gleichen Arbeitavermögen und Zuverlässigkeit wesentlich herabgesetzt. Solche Federaufhängungen zeichnen sioh außerdem durch einfachen konstruktionßmäßigen Aufbau und leiohte Herstellung aus.

Nötigenfalls kann die erfinduncsgewäße Federaufhängung auch mit einem Schwingungsdämpfer versehen werden.

Die Auaführun^sform des zweiarmigen Führungshebels und Anordnungsvarianten der Feder in der erfindungsgemäßen Federaufhängung werden ^p tfetriebsbedingurigen und konstruktionsmäßigen Aufbau des zugehörigen Fahrzeu_bs festgelegt.

Falls der Abstand zwischen der Radachse und der unteren Fläche des abgefederten Teiles des Fahrzeugs in der Anordnungszone der x'eder be_brenzt ist, kann ein Führungshebel angewendet werden, bei dem der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes, gemessen im Uhrzeigersinn, (hier und im weiteren werden die Winkel im Uhr/.e i_bersinn angegeben) im Bereich von 0 bis läO° liegt. Die Feder ist dabei so anzuordnen, daß die

die Mittelpunkte der Ge lenke le ment β der Feder verbindende Linie parallel der die Radachsen des Fahrzeug verbindenden Linie ist . Unter diesen Bedingungen sollten die Schenkelenden dem abgefederten '±'eil des Fahrzeugs zugewandt werden. Liegen keine harte Einschränkungen bezüglich des Abetandeg zwischen der Radachse, und der unteren Fläche des abgefederten Teiles des Fahrzeugs in der Anordnungszone der Feder und des Abstandes zwischen der Hadachse und der oberen Fläche des Federmittelstückes vor, so können die Schenkelenden zur anderen Seite gerichtet werden (der Fahrbahn zugewandt).

Falls wesentliche Änderungen des Abstandes zwischen der Radachse des Fahrzeugs und dem Federmittelstück unerwünscht sind, so kann die Außenkraft vorwiegend auf Kosten elastischer Verformung (Verlagerung) der Federschenkel (die dann verstand!icherweise langer als bei den obig beschriebenen Ausfuhr ungsv ar iant en der Federaufhängung ausgelegt werden sollten) abgefedert werden. Der Führungshebel soll dabei so ausgestattet werden, daß der Winkel zwischen den geometrischen Aohsen seines großen und kleinen Armes 100° überschreitet. Die Feder ist aber so, wie es vorstehend beschrieben wurde, anzuordnen, d.h. der Winkel zwischen der die Radaohsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die iiittelpunkte der Gelenkelemente der Feder verbindenden Linie ist gleich 0°.

Bei begrenzten Abständen zwischen der Radachse des Fahrzeugs und dessem abgefederten Teil ist die Feder in der Federaufhängung zweckmäßig aus der Anordnungszone des Hades heraUdzutragen und an einer anderen Stelle beispieliL'weise in der Zone des Kofferraumes anzuordnen. Da-

vßollte
bei"--_A ein Führungshebel verwendet werden, bei dem der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes 240° überschreitet, die Feder ist so anzuordnen, daß der Winkel zwischen der die Radaohsen verbindenen Linie und der die Mittelpunkte der Gelenkelemente der Feder verbindenden Linie 90° überschreitet.

Im Fall der Einschränkungen der minimalen Bodenfreiheit wird die ^eder besonders vorteilhaft so angeordnet,

daß sie vorwiegend der Einwirkung von Druckkräften ausgesetzt wird.

Falls die Feder der federaufhängung in der Anordnungszone des Fahrzeugrades untergebracht wird und keine Ein-. schränkungen des Abstandes zwischen dem oberen Gelenk der Feder und der Radachse vorliegen, so kann ein Fiihrun^shebel verwendet werden, bei äem. der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes gleich ^& cjyon dem

O ist, d.h. ein einarmi_öer Hebel> ein Teil, des

SQ großen Armes als kleiner Arm dient. Die Feder ist gegebenfalls so anzuordnen, daß der Winkel zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte der Gelenkelemente der Feder verbindenden Linie unter 90° liegt. .

Falls aber Einschränkungen bezüglich dieses Abstandes vorhanden sind, ist die. Feder so anzuordnen, daß der Winkel zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die iviittelpunkteder .ßelenkelemente der Feder verbindenden Linie über O¹^^^ Der Führungshebel soll dabei derart ausgebildet werden, daß der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes 270° überschreitet.

Bei der Herausverlo T^er Feder aus der Anordnungszone des Fahrzeugrades kann ein Führung she bei verwendet werden, bei dem der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes 180° beträgt. Die Fe-

sollte
der dabei so angeordnet werden, daß der Winkel zwisohen

der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte der Gelenkelemente der Feder verbinden^den Linie 90° beträgt.

Eine der vorstehend beschriebenen ähnliche, aber kompaktere Federaufhängung kann gebaut werden, falls man einen Führungshebel mit dem Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes von 90⁰ verwendet und die Feder so anordnet, daß der Winkel zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte der Gelenkeleujente der Feder verbindenden Linie 90° überschreitet.

■-#- ίο

Nötigenfalls kann die erfindungsgemäße Federaufhängung mit einem Schwingungsdämpfer und einer Rückstoßstange zur Aufnahme von i^uerkräi'ten, Rückstoß- und Br ems moment en erweitert werden. t>ie Aus f uhr ungs form der erfindungsgeiaäßen Federaufhängung macht in einigen Fällen z.B. bei der Fahrerhausaufhängung eines Lkw den Führungshebel überflüssig und laßt den üchwingun^sdäaipf_er zwischen den Federschenkeln anzuordnen. Solcher konstruktionsmäßiger Aufbau zeichnet sich durch Kompaktheit aus φ

Kurzgefaßte Beschreibung der Zeichnungen Im weiteren wird das Wesen der Erfindung an Hand der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispiele un-. ter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in diesen zeigt.

I^ Fig. 1 eine Gesamtansicht erfindungsgemäßen Fe-

^der*' Ceiner

Fi^. 2 eine Hauptansicht ~^ Feder, bei der die belastende Kraft vorwiegend als Druckkraft wirkt; Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Feder im Schnitt;

einer

Fig. 4 eine Hauptansicht Feder, bei der die belastende Kraft vorwiegend als Zugkraft wirkt;

Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Feder im Schnitt; Fig. 6 -Feder mit gekrümmten Schenkeln; Fig. 7 die in Fig. 6 dargestellte Feder im Schnitt; pt Fig. Q Funktionsprinzip der Feder;

Fig. 9 Federaufhängung eines Fahrzeugs unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Feder;

Fig. IO kinematisches uchema der in Fig. 9 dargestellten Federaufhängung;

^; Fig. 11 bis 1? zeigen Ausführungsvarianten der Federaufhängung eines ' Fahrzeugs unter Anwendung erflndungsgemäßer Feuern;

Fig. Id eine Federaufhängung eines Fahrzeugs mit ei-

(^exner nem Schwingungsdämpfer zwischen den Sohenkeln "\ erfindungsgemäßen Feder.

Besonders vorteilhafte Ausführungsvarianten der

Erfindung
Die erfindungsgemäße Feder 1 ist in Form eines federn-

den Bügels (s. Fig.l) ausgelegt, derein Mlttelstüok 2 und in einer Ebene liegende Schenkel 5,4 aufweist. An Enden der Schenkel 3,4 sind ein Element zur >Außenkraftaufnahme und ein Element zur Lagerung; angeordnet, welche in Form von gerollten Federaugen 5»6 ausgestattet sind und mit Gelenkelementen verseh^ensind.

λ eine

Fig. 2 zeigt \ Feder 1 mit rechtwinkligem Querschnitt, die zur j'.inwirkung vorwiegend von Druckkräften bestimmt ist. Das Li itt el stück 2 dieser Feder 1 weist eine ^q in Richtung der Schenkel abnehmende Höhe auf, so daß h<h · gilt. Fig. 3 zeigt diese Feder im Schnitt.

Eine vorwiegend zur Einwirkung von Zugkräften ausgelegte Feder 1 mit rechtwinkligem Querschnitt weist ein zur Mitte ν er jungend es luittelstüok 2 auf, so daß b_Q < b gilt (Fig. 4, 5). ■

Die in Fig. 2 bis 5 dargestellten Federn weisen Schenkel mit rechtwinkligem Querschnitt auf.

Fig. 6 zeigt eine Feder 1, deren Schenkel gekrümmt ausgeführt sind, wobei der Krümmungshalbmesser R der Mittellinie N der Schenkel 3|4 konstant ist. Diese Feder zeichnet sich durch hohe Nachgiebigkeit bei einer im Vergleich zu den rechtwinklig angeordneten Schenkeln niedrigeren Konzentration der Beanspruchungen in der Verbind ungs ζ one mit dem kittelstück aus. Fig. 7 zeigt diese Feder im Schnitt.

Aus Fig. Q ist das Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Feder ersichtlich« Dieses Schema zeigt drei Zustände der Feder: a - ohne belastung (dicke Linie); b -

- durch eine Druckkraft und ο -. durch eine Zugkraft belastet (dünne Linien). Durch die Vektoren P., P₁' bzw.

P₀, P' sind die Druck- bzw. Zugkräfte gekennzeichnet. 2' d -aus

Wie^ der Fig. 8 zu ersehen ist, resultiert die gesamte Verformung 25 der Feder 1 aus der verdoppelten algebraischen Summe der Verlagerungen ^₁, <5"₂ cf,. Für die durch eine Druckkraft belastete Feder gilt 2 ti „

- 2( ^₁ + .5*2 ⁺ ^a)' Bei einer Zugbelastung gilt dagegen 2 6 -2( ^₁ + S₂- ^).

Mit größtem Gewicht geht in die gesamte Verformung

■■■-:.;■'■ O.:^::: 3050258

-J*"- -üz

die Größe δ^ ein.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Federaufhängung eines Fahrzeugs unter Anwendung der erfindungsgemäßen Feder. Sie weist je Rad:

- eine -Feder 1; ■

«-Arm

- einen Führungshebel 7 mit großen^ β und kleinem Arm 9»

dabei ist an den kleinen Arm 9 der Schenkel 3 der Feder 1 gelenkig gekoppelt;

- eine Rückstoßstange 10 u*¹«¹
- einen Schwingungsdämpfer 11

auf.

In Fig. 9 sind weiterhin der Fahrzeugrahmen 12, daa

schematises^ Rad 13 und die Radachse 14 _/^-—gezeigt. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, sind bei der jeweiligen Radaufhängung an dem. Fahrzeugrahmen 12 gelenkig angebracht:

- Schenkel 4 der Feder 1;

- ein Knde des ^ctiwingungsdämpfers 11;

- ein Ende der Rückstoßstange 10;

- Drehachse des Führungshebels 7· ■

A^Q die Radachse 14 sind der große Arm 8 des Führungshebels 7 und die anderen Enden von Schwingun^sdampfer 11 und Rückstoßstange 10 ebenfalls gelenkig befestigt.

In Fig. 9 sind mit dem Buchstaben "A" der Mittelpunkt der Latjerungi^an der Radachse 14)>des Fahrzeugs des großen Armes 8 vom Führungshebel 7/i mit dem Buchstaben '¹B" der Mittelpunkt der Lagerung eines Endes der Rückstoßstange 10 an der Radachse 14 und mit dem Buchstaben "C" der i.;ittelpunkt der Lagerung des anderen Endes der Rückstoßstange 10 bsi dem Rahmen 12 (abgefedertes Teil des Fahr- ^O zeuga) gekennzeichnet. Die Mittelpunkte von Elementen zum Kraftzut-auiiuenwirken der Feder 1 mit Jen abzufedernden Teilen (dem Rahmen 12 und dem kleinen Arm 9 des Führun^shebels V) i. ind in dieser und anderen Figuren mit dem Buchstaben "D" (Mittelpunkt der Elemente zum Zusammenwirken mit dem Rahmen 12). und "E" (Littelpunkt der Elemente zum Zusammenwirken mit den kleinen Arm 9 des Führungshebels 7) bezeichnet, iv.it dem Buchstaben "0" ist die Drehachse des Führungshebels 7 in seiner Lagerung am Fahrzeugrahmen 12 gekennzeichnet. Strichpunktlinien kennzeichnen geometrische

Achsen des FührungshebeIs 7, der Rückstoßstaage 10 und des Schwin^ungsdämpfers 11 sowie die Mittellinie der Verier 1. ..lit. dem Buchstaben "F" ist der Mittelpunkt der geometrischen Achse der *'eder 1 ^ekexinze Ichnet. Die Buohstäben "A₁", "B₁", "E₁"» "F₁" kennzeichnen dieselbe Punkte wie die Buchstaben "A", "B", "E", "F",^Jed0Chbeim Überwinden eines Hindernisses der Höhe H durch das Rad 13.

Der große Arm ti des Führun^shebels 7 und die Rückstoßstange IO bilden in der Fahrgestellebene des Fahrzeugs das Gelenkparallelogramm OABG, wodurch geradlinige Bewegung der Radachse 14 beim Überwinden eines Hindernisses gewährleistet und sowohl die ^^utj^icrgit_e*_aa_tjaU^ci¹ am ^wad 13 zustandekommende. Rückstoß- und Bremsmomentejauf aen Rahmen 12

übertragen werden,

.. nxa^

Zwecks besserem Verstand,<QeB Aufbaus der Federaufhängung 1st in Fig.10 ihr kinematisches Schema In Planansioht daxgestellt.

Fit;. 11 bis 17 zeigen einige konstruktionsmäßigen Ausführungsvarianten der Federaufhängung eines Fahrzeugs 2Q unter Anwendung ~~n erf indun&sgemäßen Feder und cFührungshebels 7. Die dem Zweckentsprechende Wahl dieser oder jener Variante hängt vonpetriebsverhältnissen des Fahrzeugs und von seinem konetruktionsmäßigen Aufbau ab.

Fij. 11 zeigt eine Federaufhängung, bei der der Führungshebel 7 derart ausgebildet iat, daß der Winkel zwisohen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes im bereich von 0 bis 180° liegt und die -^eder 1 so angeordnet ist, daß die die Mittelpunkte "D" und ¹¹E¹¹ dV Gelenkelemente der Feder 1 verbindende'Linie DE parallel der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie AO verläuft, wobei.die Schenkel 3»4 der Feder 1 der Fahrbahn zu-

•C'ine

gewandt sind, derartige Federaufhängung eignet sich vorteilhaft für die Fälle, wenn bezüglich des Abstandes zwischen der Radachse 14 und der unteren Fläche des abgefeic derten Rahmenteiles des Fahrzeugs in der Anordnungszone der Feder keine'star--Einschränkungen vorliegen. Beim Vorhandensein star ^^kin-chränkungen bezüglich dieses Abstandes müssen die Schenkel 3» 4 dem abgefederten Teil zugewandt werden (s. Fi₅-. 6).

-as-

Fig. 12 zeiet eine Federaufhängung, bei der der Führungshebel 7 derurt ausgebildet ist, daß der Winkel^ zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes ü,9 180° überschreitet, und die Feder 1 so angeordnet ist, daß der Winkel zwisohen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte "D", "E" der Gelenkelemente der Feder 1 verbindenden Linie DE _t1leich O⁰ ist. Diese Feder wird vorteilhaft in dem Fall angewendet, wenn eine Abstandsänderung zwisohen der Radachse 14 des Fahrzeugs und dem foittelstück 2 der Feder 1 unerwünscht ist.

In Fig. 13 iat eine Federaufhängung dargestellt, bei der der Führungshebel 7 derart ausgebildet ist, daß der Winkel p> zwischen den geometrischen Achsen seines großen

I^ und kleinen Armes Ü, 9 240° überschreitet, und die Feder 1 so angeordnet ist, daß der Winkel ψ zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte "D", "E" der Gelenkeleraente der Feder 1 verbin-. denden Linie DE 90° überschreitet. Solohe Federaufhängung

^ist vorteilhaft^ wenn die Möglichkeit besteht, die Feder 1 aus der Anordnung sz one des Rades IJ herauszuver l^und an einer anderen Stelle beispielsweise in der Zone des Kofferraumes eines Pkw unterzubringen.

Fig. 14 zeigt eine federaufhängung, bei der der Führungshebel 7 derart ausgebildet iat, daß der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes ti, 9 gleich O⁰ ist, und die Feder 1 so angeordnet ist, daß der Winkel jf zwischen der die Radachsen dea Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte "D¹·, ^O "E" der Gelenkelemente der Feder 1 verbindenden Linie ÜB unter 90° liegt.

Eine Federaufhängung, bei der der Führungshebel 7 derart ausgebildet ist, daß der Winkel /3 2?0° und der Winkel f 0° überschreiten, zeigt Fig. 15.

in Fig. 16 ist eine Federaufhängung dargestellt, bei der der Winkel ß> lüO° und der Winkel f 90° betragen.

Eine Federaufhängung, bei der der Winkel /> und der Winkel f unter 90° liegen, ist in Fig. 17 gezeigt.

Es ist darauf hinlzusτΓ2Β die Feder 1 der Federauf_cäVCv_n '

hängungen^se it env er tauscht in Bezug auf die in Fig. 11 bis 17 angegebene Stellung angeordnet werden kann.

In Fi_t,. la is* die -Federaufhängung eines Fahrzeugs mit einem zwischen den Schenkeln 3» 4 der Feder 1 angeordneten Schwingungsdämpfer 11 dargestellt. Solche Federaufhängungen eignen sich vorteilhaft für kleine Belastungen (bis zu 500 kp) z.B. für Aufhängung vom Kippfahrerhaus eines Lkw. Gegebenfalls wird der Schenkel 4 der Feder 1 IQ an den Fahrzeugrahmen 12 gelagert und der Schenkel 3 ist mit einer Vorrichtung 16 zur Befestigung des Fahrerhauses versehen. In Fig. 18 ist weiterhin ein Teil des Fahrerhauses ΘΧΏ.Θ3?

mit Vorrichtung 17 zur Verbindung mit der Federaufhängung gezeigt.

Die erfindungsgemäße Feder funktioniert wie folgt. Beim Zusammendrücken der Feder durch eingeprägte P-, und Rückstoßkraft P·,' (s. Fig. 8, Linie b), die zueinander gerichtet und de.a Littelstück 2 parallel sind, weichen die Schenkel 3,4 von ihrer Ausgangsstellung um einen Abstand ab· Dabei biegt sich das Mittel stück 2 der Feder 1, wie in Fig.8 (Linie b) gezeigt ist, durch.

Beim Auseinanderziehen der Feder 1 (s. Fig. 8, Linie c) weichen die Schenkel 3» 4 voneinander ab. In anderer Richtung wird auch das Mittelstück 2 der Feder 1 durchgebogen.

Man betrachtet nun die Funkt ions weise der Federaufhängung eines Fahrzeugs unter Anwendung der erfindungsgemäßen Feder. .

Beim Überwinden- , „, (s. Fig. 9) eines Hinder-

.dyrr.h dafl Rad 13 .'

nisses derTlÖhe Hjfbewegt sich die Radachse 14 geradlinig aufwärts, während die Arme 8,9 des Führungshebels 7 und die Rückstoßstange 10 sich um e inen Winkel c< drehen. Die Mittelpunkte "A", "B", "E", "F" gelangen dabei entsprechend an Paukte "A₁", "B₁", ¹¹JS₁", "F₁". Die Feder 1 wird verformt, so daß ihre Littellinie DFE die durch D₁F₁E₁ gekennzeichnete Stellung annimmt. Die Längst verformung EE, der Feder 1 hängt von der Höhe H des Hindernisses, dom Hebelverhältnis dor Arme d,9 des Führungshobel a 7 sowie vond.er

elastischen. Nachgiebigkeit dieser Arme 8,9 ab.

Während der Rückfederung bringen die Federungskräfte der Feder 1 und des Führungshebels 7 die Federaufhängung IzTSAusgangsstellung zurüok.

Einwirkend aufs Rad 13 wird die Querkraft über die Radachse 14,. die großen Arme 8 der Führungshebel 7 und die Rückstoßstange IO (Fig.10), welche in der Wirkungsebene dieser Kraft ein Tragwerk bilden, auf den Fahrzeugrahmen 12 übertragen.

XO ^{Die in} Fig. 18 dargestellte Federaufhängung funktioniert wie folgt.

In der Ausgangsstellung stützt sich das Fahrerhaus über die Vorrichtungen 16, 17 auf die Feder 1 ab. Statische und dynamische Belastungen werden dabei vom Fahrerje haus auf die Feder 1 und den ochwingungsdämpfer 11 übertragen. Unter ihrer Einwirkung wird die Feder 1 so verformt, wie es in Fig. 8 (Linie b) gezeigt ist. Federsohwingungen werden vom ^chwintjungsdämpfer 11 gedämpft.

Wie vorstehend beschrieben, liegen Haupt-

vorteiteder erfindungsgemäßen Feder und einer Federaufhängung unter deren Anwendung in geringer Masse und einfahr · ehern Aufbau. In der Tabelle 1 sind einige Kennwerte gegenübergestellt, welche die erf indungsgeinüße Feder im Vergleich zu bekannten Uruck- und Zugschraubenfedern bei gleichen Belastungen und Verformungen kennzeichnen.

In der Tabelle ist mit dem Buchstaben d der .Drahtdurchmesser und mit dem Buchstaben D der Mittlere Durchmesser der Federwindung bezeichnet. ^In der Gesamtmasse der genannten Federn ist dabei die Masse von Befestigungs- ^O -und Führungsei einent en ⁿicht enthalten.

- si?

Tabelle 1

Federart Belas- Belaa· tungs- tang, art kp

Maximales Gesamt- Feder- Anraer-Belastunga-verformasse, kung äqulva- mung, kg

lent, mm

2 kp/om

ErfIn-	Druck	2000
dungs-
gemaiie
(Bügel-)	Zug	2000
feder
Druck-	Druck	2000
schrau-
benfeder
Zug-	Zug	2000
eohrau-
benfeder

11920

11,0 0,9 dieselbe Feder

11,0 0,9

11

2,07 <J»20 mm mm

2,99 Feder mit Verschraubung

Industrielle Anwendbarkeit

Die erfindungSbemäße Feder und Federaufhängung eines Fahrzeugs unter deren Anwendung können in Kraftfahrzeugen, Bau- und Baggermatrchlnen zum Einsatz kommen. Am zweck-, mäüigsten ist die Erfindung im Kraftverkehr anzuwenden.

Claims

,ist PM 82 656-M-61

" ^Ä 23. Sept. 1981

PATENT ANSPRÜCHE: L/HW

'Feder, ausgeführt in Form eines Bügels, der ein Mittelstück und in einer Ebene liegende Schenkel aufweist, an denen ein Element zur Laßerun^· bzw. θ in Element zur Außenkraftaufnähme angeordnet sind, dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t , daß das Element zur Außenkraftaufnähme auf dem Schenkel O) so angeordnet wird, daß die durch Mittelpunkte der erwähnten Elemente gezogene Linie parallel dem Mittelstück (2) verläuft.

Ip 2. Feder nach Anspruoh 1, daduroh gekenn-

z e ichnet, daß das Element zur Außenkraft auf nähme und das Element zur Lagerung in Form von Gelenkteilen ausgebildet und an Enden der Schenkel (3,4) angeordnet sind.

j5. Feder nach Anspruch Ί ,dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstüok (2) veränderlichen Querschnitt aufweist.

4. Feder nach Anspruoh 1, d a d u r c h g eke nn ζ ei c hne t, daß die Schenkel (3»*O ver-

2Q änderlichen Querschnitt aufweisen.

5. Feder nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß sie solche Abmessungen und Form aufweist, daß im jeweiligen Querschnitt des Mittelstückes (2) das Verhältnis vom bezüglich der Hauptachse maximalen Trägheitsmoment zum Biegungsmoment konstant bleibt und die Querschnitte selbst in Bezug auf die Biegungsebene der Feder (1) so gerichtet sind, daß die Achse, bezüglich der das Trägheitsmoment im Querschnitt maximal wird, in jedem Querschnitt senkrecht zur Biegungsebene der Feder(l) liegt.

6. Feder nach Anspruch 1,da durch gekennzeichnet, daß die Schenkel (3,4) geradlinig ausgeführt und unter einem Winkel von 90 bis 110° zu ihrem Mittelstück (2) angeordnet sind.

7· Feder nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η n-

ze ichnet, daß die Schenkel (3»4) gekrümmt ausgeführt s ind.

8. Feder nach Anspruoh 7»dadurob> ge-

kennzeichnet, daß die Sohenkel 0,4) einen konstanten Krümmungshalbmesser der Mittellinie aufweisen, .,■■.·.

9· Federaufhängung; eines FaIn? ζ ο ugs, bestehend aus einer Feder und einem zweiarmigen FührunjjShebel, dessen kleiner Arm mit der erwähnten Feder klnematisoh gekoppelt ist, während sein großer Arm Elemente zur Gelenkverbindung entsprechend mit der Radachse des Fahrzeugs und dessen abgefederten Teil aufweist, dadurch g e kennzeichnet, daß die Feder (1) nach Anspruoh

einer/
ausgebildet ist und ,-r-ihrer Schenkel (3) mit dem kleinen Arm (9) des Führungshebels (7) und uer andere Schenkel (4) mit dem abgefederten Teil des Fahrzeugs gelenkig verbunden sind ^un(* die Arme (ti,9) des Führungshebel β

(7) in einer Kbene liegen.

10. Federaufhängung nach Anspruoh 9, dad ur cn gekennze lehnet, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet ist, daß der Winkel ( ß> ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (8,9) , gemessen im Uhrzeigersinn, zwischen 0° und 180° liegt, und die Fedar(l) so angeordnet ist, daß die die Mittelpunkte (D,E) der Gelenkeleiaente der Feder (1) verbindende Linie (DE) parallel der die Hadachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie ist;

11· Federaufhängung nach Anspruch 9, d a du r ch gekennze ich η et, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet i_st, daß der Winkel ( β ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (8,9), gemessen im Uhrzeigersinn, 180° überschreitet, und die Feder (1) so angeordnet ist, daß der Winkel zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D,E) der Gelenkelemente der Feder (l) verbindenden Linie (DE) gleich 0° ist.

12. Federaufhängung naoh Anspruch 9, d β d u r ο h gekennzeichnet, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet ist, daß der Winkel ( Jb ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (8,9), gemessen im Uhrzeigersinn , 240° überschreitet, und die

Feder (1) so angeordnet ist, daß der Winkel ( f ) zwisehen der die Radaoiit-en des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D,E) der Gelenkelemente der Feder (1) verbindenden Linie (DE), gemessen ebenfalls im . Uhrzeigersinn, 90° überschreitet*

13. Federaufhängung nach Ans^ruoh 9» d ad ur oh gekennzeichnet, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet ist, daß der Winkel zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (8,9) gleich O⁰ ist, und die ^eder (1) so angeordnet ist, daß der Winkel (T) zwischen der die Radaohsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D,B) der Gelenkeleiuente der Feder (1) verbindenden Linie (DE), gemessen im Uhrzeigersinn, unter 90° liegt.

-j_c 14. Federaufhängung nach Anspruch 9» dadurch

gekenn zei c h net, daß der Führungshebel (7) derart uusge"bildet ist, daß der Winkel ( β ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (^ä»9)» gemessen im Uhrzeigersinn, 270° überschreitet, und ^die Peder (1) so angeordnet ist, daß der Winkel ( y ) zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D,E) der Gelenkelemente der Feder (1) verbindenden Linie (DE) gleich 0° iat.

15· Federaufhängung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet ist* daß der Winkel ( /3 ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes(d,9), gemessen im Uhrzeigersinn, gleich 180°ist, und die Feder (1) so angeordnet ist, daß der Winkel ( T ) zwischen der die Radachsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D,E) der Gelenkelemente der Feder (1) verbindenden Linie (DE), gemessen ebenfalls im Uhrzeigersinn, 90° beträgt.

16. Federaufhängung nach Anspruch 9, d a d u ro h gekennzeichnet, daß der Führungshebel (7) derart ausgebildet ist, daß der Winkel ( Ji ) zwischen den geometrischen Achsen seines großen und kleinen Armes (8»9), gemessen im Uhrzeigersinn, unter 90⁰ liegt, und die Fe-

der (1) ao angeordnet ist, daß der Winkel ( Y¹ ) zwischen der die Radaohsen des Fahrzeugs verbindenden Linie und der die Mittelpunkte (D₁K) der Gelenkeleiuente der Feder (1) verbindenden Linie (DE), gemessen ebenfalls im Uhrzeigersinn, mindestens 90° beträgt.

17· Federaufhängung bestehend aus einer mit einem Schwingungsdämpfer gekoppelten -Feder, dadurch gekenn ze ichnet, daß der Schwingungsdämpfer (11) zwischen den Schenkeln (J, 4) der nach Anspruch 1 aus ge-"bildeten Feder (1) angeordnet ist.