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Feder elementj insbesondere für Einspurfahrzeuge
Einspurfahrzeuge weisen zur Radabstützung meist Teleskopgabeln oder sogenannte Federbeine auf, die aus einer Kombination einer oder mehrerer Schraubenfedern mit einem hydraulischen Stossdämpfer be- stehen, wobei das Durchpressen des hydraulischen Mediums durch gegebenenfalls ventilartig. ausgebilde- te Drosselöffnungen den Dämpfungseffekt ergibt und eine gewünschte Progression durch Verringerung des
Durchflussquerschnittes mit zunehmendem Federweg erreicht wird.
Diese stossdämpfende Federelemente haben den Nachteil, dass sie wegen der ineinandergleitenden, gegeneinander abzudichtenden Teile und der notwendigen Ventile od. dgl. zur Steuerung des Flüssigkeitsumlaufes eine verhältnismässig komplizier- te, teure und störanfällige Konstruktion darstellen und rasch hintereinander erfolgende Stösse infolge der
Trägheit der Steuerung nicht mehr voll aufnehmen. Schwingungen mit hoher Frequenz fuhren sehr bald zu einer beträchtlichen Erwärmung des hydraulischen Mediums, wodurch die Ventile und Dichtungen in
Mitleidenschaft gezogen werden, so dass nach längerem Betrieb Undichtheiten und unter Umständen so- gar Funktionsstörungen auftreten.
Ausserdem müssen derartige Federbeine od. dgl., bezogen auf den erreichbaren Federweg, eine verhältnismässig grosse axiale Länge erhalten.
Es ist auch schon bekannt, zur Radfederung von Einspurfahrzeugen zu einer Schraubendruckfeder eine koaxiale Gummifeder parallel zu schalten, so dass bei Belastungsbeginn zunächst die Schraubenfeder allein und erst bei stärkerer Belastung die Gummifeder zusätzlich zur Wirkung kommt, so dass eine progressive Federkennlinie des Gesamtelementes erreicht wird. Eine Verbesserung besteht dabei noch darin, dass die innerhalb der Schraubenfeder liegende Gummifeder hinsichtlich ihres Durchmessers so bemessen ist, dass sie bei normaler Belastung in der Schraubenfeder noch lose gleitet, unter stärkerer Belastung aber zwischen die Windungen der Schraubenfeder hineingedrückt wird.
Solche Federelemente weisen zwar einen einfacheaaufbau auf, der Dämpfungseffekt ist aber nicht ausreichend, da die kürzer als die Schrau- benfeder bemessene Gummifeder bei Normalbelastung praktisch unbelastet und somit wirkungslos bleibt. so dass die häufig auftretenden kleinen Raderschütterungen mit hoher Frequenz ungedämpft übertragen werden. Weiters ist es im allgemeinen Fahrzeugbau bekannt, Schraubenfedern mit koaxialen Gummiholfedern zu kombinieren. Die Gummiholfedern sind dabei wesentlich kürzer als die Schraubenfedern, sie treten daher nur bei starken Stössen in Funktion, haben demnach auch praktisch keine dämpfende Wirkung, weshalb zusätzliche Stossdämpfer vorgesehen werden.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Mängel und die Schaffung eines Federelementes fftrEJn- spurfahrzeuge od. dgl., das bei einfachem Aufbau und geringer axialer Baulänge wartungs-und stötungs- frei sowohl kleine Erschütterungen mit höherer Frequenz als auch starke Stösse mit geringer Frequenz jeweils im geforderten Masse dämpft.
Die Erfindung geht von einem Federelement mit einer Schraubendruckfeder und einer zu dieser parallel geschalteten, zweckmässig koaxialen Zusatzfeder aus Gummi od. dgl. aus und besteht im wesentlichen darin, dass die in an sich bekannter Weise als Hohlkörper ausgebildete Zusatzfeder aus einem Werkstoff mit einer zwischen zwei und zehn liegenden Stoss-bzw. Rückprallelastizität hergestellt ist und mit der Schraubenfeder über den ganzen Federweg in beiden Richtungen in Wirkungsverbindung steht, wobei die Kraft der Zusatzfeder bei maximalem Federweg das Eineinhalb- bis Zweieinhalbfache der Schraubenfederkraft beträgt. Die besonderer. Elastizitätswerte des für die Zusatzfeder verwendeten Gummis bzw. entsprechenden andern synthetischen Werkstoffes ergeben die gewünschte Dämpfung, wobei die Stossbzw.
Rückprallelastizität das Verhältnis zwischen der jeweils aufgewandten und abgegebenen Arbeit
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darstellt und aus der Rückprallhöhe eines auf einen Probekörper auftreffenden Pendels od. dgl. bestimmt wird. Da die Zusatzfeder mit der Schraubenfeder auch beim Entspannungsvorgang fest verbunden ist und verhältnismässig niedrige Elastizitätswerte aufweist, setzt sie der Entspannung der Schraubenfeder einen gewissen Widerstand entgegen, der beim Entspannungsvorgang zu einem besonderen Dämpfungseffekt führt. Dabei muss aber die Zusatzfederkraft in dem bestimmten Verhältnis zur Schraubenfederkraft stehen, um eine für eine einwandfreie Abfederung von Einspurfahrzeugen erforderliche Federkennlinie des gesam- ten Elementes zu erzielen.
Die Zusatzfeder aus Gummi od. dgl. wandelt unabhängig von der Frequenz einen Teil der Formänderungsarbeit um, u. zw. wunschgemäss so, dass bei hohen Frequenzen eine kleine und bei niederen Frequenzen eine grosse Dämpfung wirksam wird. Da das ganze Element nur aus der
Schraubenfeder und der Zusatzfeder mit den erforderlichen Einspann- bzw. Verbindungsorganen besteht, ergibt sich eine einfache und billige Konstruktion, die völlig wartungsfrei ist. Dauerversuche haben er- geben, dass eher die Schraubenfeder erlahmt, als die Gummifeder ihre massgeblichen Eigenschaften ver- liert, so dass völlige Betriebssicherheit gewährleistet ist. Die Kombination Schraubenfeder-Gummifeder od. dgl. bedarf selbstverständlich keinerlei Wartung.
Die Baulänge ist verhältnismässig gering, da sie sich im wesentlichen auf die Schraubenfederlänge beschränkt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Zusatzfeder in an sich bekannter Weise mehrfach einge- schnürt, wobei die Aussendurchmesser der durch die Einschnürungen voneinander getrennten Mantelzonen von der Mitte gegen die Federenden zu abnehmen. Durch diese ringnutartigen Einschnürungen'wird bei
Belastung der Zusatzfeder gewissermassen eine Faltung erreicht, u. zw. kommen die etwa querverlaufen- den Wandungsflächen nacheinander zum Anliegen, so dass auf diese Weise die Progression beeinflusst wer- den kann. Da der Aussendurchmesser der Zusatzfeder zonenweise von der Mitte zu den Enden abnimmt, die Feder also in der Mitte ihren grössten Durchmesser aufweist,-wird ein Ausknicken bei axialer Belastung vermieden.
Die Wandstärke der Mantelzonen steigt gegen die Federenden zu an. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Endzonen, die zuerst beansprucht werden, eine Deformierung erfahren, bevor noch die Mittelzonen nachgeben. Ferner ist es zweckmässig, wenn der Hohlraum der Zusatzfeder zwischen den Ein- schnürungen Erweiterungen aufweist, wobei der Winkel zwischen den beiden jeweils, an den Äquatorbereich dieser Erweiterungen anschliessenden Seitenwände gegen die Federenden zunimmt. Je grösser dieser
Winkel ist, desto stärker ist der Widerstand, den der Hohlkörper in der betreffenden Zone der Faltung bei axialer Belastung entgegensetzt.
Durch die verschiedene Winkelbemessung wird, obwohl die Beanspruchung der einzelnen Zonen nicht gleich ist, eine möglichst gleichmässige Verformung der Zusatzfeder über ihre ganze Länge erzielt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein Federelement für ein Einspurfahrzeug im Axialschnitt, Fig. 2 die Zusatzfeder aus Gummi od. dgl. im belasteten Zustand ebenfalls im Schnitt und Fig. 3 das zugehörige Federdiagramm.
Zwischen Federtellern 1 ist eine Schraubendruckfeder 2 angeordnet. Koaxial zu dieser liegt eine Zusatzfeder 3 aus Gummi od. dgl., deren Enden an den Federtellern 1 eingespannt sind, so dass die Zusatzfeder 3 mit der Schraubenfeder 2 über den ganzen Federweg in beiden Richtungen in Wirkungsverbindung steht bzw. die Schraubenfeder 2 beim Entspannen die weniger elastische Zusatzfeder 3 mitnehmen muss. Die Zusatzfeder 3 weist mehrere ringnutartige Einschnürungen 4 auf, wobei der Aussendurchmesser der durch die Einschnürungen voneinander getrennten Mantelzonen von der Mitte gegen die Federenden hin abnimmt. Die Zusatzfeder 3 ist also im Mittelbereich stärker als an den Einspannenden. Dagegen nimmt die Wandstärke gegen die Federenden zu, die Mittelzone besitzt demnach eine geringere Wandstärke als die Endzonen.
Der Hohlraum 5 der Zusatzfeder 3 weist zwischen den Einschnürungen Erweiterungen auf. Dabei sind die Winkel Clb 02, zwischen den beiden jeweils an den Äquatorbereich der Erweiterungen anschliessenden Seitenwänden untereinander nicht gleich, sondern nehmen gegen die Federenden zu. Auf diese Weise wird der Widerstand, den die einzelnen Zonen gegen ein Zusammendrücken in axialer Richtung entgegensetzen, gegen die Einspannenden zu grösser. Fig. 2 zeigt, wie sich die Zusatzfeder 3 bei Belastung durch Faltung im Bereich der Einschnürungen verformt, wobei sich zunächst die äusseren Querwände aneinanderlegen.
In Fig. 3 bildet in üblicher Weise die Federkraft P die Ordinate und der Federweg f die Abszisse. Mit 6 ist die lineare Kennlinie der Schraubendruckfeder 2 bezeichnet, wogegen die strichlierte Linie 7 die Charakteristik der Zusatzfeder 3 darstellt. Mit 8 ist die Kennlinie der Federkombination bezeichnet. Es ist ersichtlich, dass einerseits die gewünschte Progression erreicht und dass anderseits eine gute Dämpfung erzielt wird, die mit zunehmendem Federweg bzw. zunehmender Belastung stark ansteigt. Bei maximalem Federweg ist die Kraft der Zusatzfeder 3 etwa doppelt so gross wie die Kraft der Schraubenfeder 2.