DE102008052960B4

DE102008052960B4 - Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung

Info

Publication number: DE102008052960B4
Application number: DE102008052960.5A
Authority: DE
Inventors: Johann Deml; Andreas Vogl; Alexander Lorey
Original assignee: Grammer AG
Current assignee: Grammer AG
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: CN101761600A; US8439334B2; CN102654171A; US8820724B2; CN101761600B; US20100102493A1; DE102008052960A1; US20130020458A1; CN102654171B

Abstract

Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung mit einem ersten Federungsteil (1; 40; 61; 80) und einem zweiten Federungsteil (2; 42; 62; 82), wobei das erste Federungsteil (1; 40; 61; 80) und das zweite Federungsteil (2; 42; 62; 82) in mindestens eine Schwingungsrichtung (6, 66) relativ zueinander schwingbar sind, zumindest eines der Federungsteile (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) bei einer Schwingungsbewegung mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist und das erste und zweite Federungsteil (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) mittels zweier Scherenarme schwingbar miteinander verbunden sind, wobei eine Steuerungseinheit, die mindestens eine mit zumindest einem der Federungsteile (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) verbundene Wegkulisse (10, 13, 17; 50, 51; 70; 90, 91) aufweist, in welcher mindestens ein mit einem die Rückstellkraft erzeugenden Federelement (7; 67) und/oder dem anderen Federungsteil (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) verbundenes Führungselement (9; 69; 52a, 52b; 92a, 92b) verschiebbar angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung mit einem ersten Federungsteil und einem zweiten Federungsteil, wobei das erste Federungsteil und des zweite Federungsteil in mindestens einer Schwingungsrichtung relativ zueinander schwingbar sind und zumindest eines der Federungsteile bei einer Schwingungsbewegung mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Federungsschwingungssysteme, insbesondere für Fahrzeugsitze sind in vielfältiger Weise bekannt. Beispielsweise werden sehr häufig zwischen zwei Federungsteilen, nämlich einem unteren Teil und einem oberen Teil, auf welchem der eigentliche Fahrzeugsitz angebracht ist, eine Luftfeder und in Ergänzung ein Gasdämpferelement angebracht, um die Schwingungsbewegung, welche sowohl von oben durch den Fahrer, als auch von unten durch des Fahrgestell eingeleitet werden kann, abzufedern. Derartige Federungsschwingungssysteme erfordern eine aufwändige Steuerung der Luftfeder und des Dämpfers und sind somit in ihrer Herstellung als auch in ihrer Wartung kosten- und zeitintensiv.
Die Druckschrift DE 10 2005 043 575 A1 offenbart eine Drehfeder zur Anordnung auf oder an einer drehbaren Welle, insbesondere der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem eingangsseitigen ersten Bauteil und einem ausgangsseitigen zweiten Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil relativ zueinander verdrehbar sind und wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil wenigstens ein Federelement wirkt, welches bei einer drehenden Relativbewegung von erstem und zweitem Bauteil verformt wird, wobei das wenigstens eine Federelement über einen ersten Verbindungsabschnitt in einer an dem ersten Bauteil ausgebildeten ersten Aufnahme und über einen zweiten Verbindungsabschnitt an einer an dem zweiten Bauteil vorgesehen zweiten Aufnahme gehalten ist, und wobei das erste Bauteil wenigstens ein erstes Kraftübertragungselement, in oder an dem die erste Aufnahme ausgebildet ist, aufweist, wobei das wenigstes eine erste Kraftübertragungselement Verbindungsmittel zur Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung mit der drehbaren Welle oder einem an der Welle befestigten Nabenelement aufweist.
Die Druckschrift DE 10 2005 044 214 A1 offenbart ebenfalls eine Drehfeder. Die aus der DE 10 2005 044 214 A1 bekannte Drehfeder weist einen ersten und einen zweiten Endbereich einer zentralen Federeinrichtung auf, wobei die Endbereiche relativ zueinander verdrehbar sind und wobei die Federeinrichtung durch Verdrehen der Endbereiche in ihrem Umfang veränderbar ist und dem relativen Verdrehen entgegenwirkt, wobei die zentrale Federeinrichtung durch Veränderung ihres Durchmessers mit mindestens einer weiteren Federeinrichtung wirkverbindbar ist.
Aus der Druckschrift DE 452315 ist eine Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit die Radachse tragenden Schwinghebeln bekannt, die mit je zwei Federn zusammenarbeiten, bei deren Durchbiegung das Drehmoment der einen Feder in bezug auf die Drehachse des Hebels wächst, wobei die zweite Feder derartig am Schwinghebel angeordnet ist, dass ihr wirksames Drehmoment in bezug auf die Drehachse des Schwinghebels so stark abnimmt, dass die Summe der beiden Drehmomente annähernd gleich groß bleibt.
Derartige bekannte Federungsschwingungssysteme weisen zudem den Nachteil auf, dass sie nach einer gewissen Zeit reparaturanfällig sind und ggf. die Luftfeder und/oder der Dämpfer ersetzt werden müssen.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung zur Verfügung zu stellen, welches kostengünstig herzustellen und auch wenig zeitintensiv in seiner Wartung und einfach in seinem Aufbau ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, dass bei einem Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung mit einem ersten Federungsteil und einem zweiten Federungsteil, wobei das erste Federungsteil und das zweite Federungsteil in mindestens einer Schwingungsrichtung relativ zueinander schwingbar und zumindest eines der Federungsteile bei einer Schwingungsbewegung mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist, und das erste und zweite Federungsteil mittels zweier Scherenarme schwingbar miteinander verbunden sind, wobei eine Steuerungseinheit angeordnet ist, die mindestens eine mit zumindest einem der Federungsteile verbundene Wegkulisse aufweist, in welcher mindestens ein mit einem die Rückstellkraft erzeugenden Federelement und/oder dem anderen Federungsteil verbundenes Führungselement verschiebbar angeordnet ist. Hierbei kann die Wegkulisse verschiedene Kulissenformen aufweisen. Durch eine geschickte Ausbildung der Kulissenform der Wegkulisse in Abhängigkeit von der Schwingungsrichtung des Federungsschwingungssystems kann vorteilhaft nicht nur eine Reduzierung der Schwingungsbewegung in Abhängigkeit von der momentanen Belastung des Federungsschwingungssystems, insbesondere durch in das Federungsschwingungssystem eingeleitete Impulse, sondern auch eine Gewichtsanpassung, wie es beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz mit einem daraufsitzenden Fahrer der Fall ist, erfolgen. Es wird demzufolge in Abhängigkeit von der Kulissenform der Wegkulisse eine unterschiedliche Gegenkraft zu der schwingungserzeugenden einleitenden Kraft erhalten, wobei ein Entlangfahren der Wegkulisse durch die Schwingungsbewegung automatisiert erfolgt.
Die Wegkulisse kann beispielsweise bezüglich der Schwingungsrichtung bogenförmig ausgebildet sein. Hierbei läuft das Führungselement in Form eines Führungszapfens innerhalb der bogenförmig ausgebildeten Wegkulisse, die beispielsweise ein Schlitz oder eine Nut innerhalb eines Bleches oder eines gleichartigen Bauteiles darstellen. Der Führungszapfen selber ist mit einem Federelement, welches die Rückstellkraft erzeugt, verbunden, wobei das Federelement ortsfest an einem der Federungsteile befestigt sein kann, welches zugleich die bogenförmige Wegkulisse enthält bzw. damit verbunden ist.
Eine weitere Wegkulisse kann bevorzugt angeordnet sein, wobei diese derart ausgebildet ist, dass sie für eine vorwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen nahezu linearen ersten Verlaufsabschnitt und einen gegenüber dem ersten Verlaufsabschnitt mit einem ersten Steigungswert ansteigenden zweiten Verlaufsabschnitt aufweist. Weiter bevorzugt weist eine derartige Wegkulisse für den Übergang von der vorwärtsgerichteten Schwingungsbewegung in eine rückwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen abfallenden dritten Verlaufsabschnitt auf, dessen Steigungswert als zweiter Steigungswert größer als der erste Steigungswert ist.
Diese Wegkulisse kann zudem für die rückwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen nahezu linearen vierten Verlaufsabschnitt und einem gegenüber dem vierten Verlaufsabschnitt mit dem ersten Steigungswert abfallenden fünften Verlaufsabschnitt aufweisen. Für den Übergang von der rückwärtsgerichteten Schwingungsbewegung in die vorwärtsgerichtete Schwingungsbewegung weist die Wegkulisse vorzugsweise einen ansteigenden sechsten Verlaufsabschnitt auf, dessen Steigungswert dem zweiten Steigungswert entspricht. Durch eine derart ausgebildete weitere Wegkulisse wird ermöglicht, dass ein weiteres Führungselement vorhanden ist, welches darin auf einer vorgegebenen Kulissenbahn in vorbestimmte Richtungen der einzelnen Verlaufsabschnitte in Abhängigkeit von dem momentanen Schwingungsweg des gesamten Systems verläuft, um im Zusammenspiel mit der ersten Wegkulisse, die bogenförmig ausgebildet ist, mittels der Führungselemente, die miteinander verbunden sind, ein bestimmtes Schwingungsreduzierungsverhalten aufgrund der gezielten Wegkulissenführung zu erhalten. Hierdurch wird ermöglicht, dass unterschiedliche Federkräfte auf das schwingende System in Abhängigkeit von der momentanen Schwingungsstellung des Schwingungssystems wirken.
Vorteilhaft wird für ein derartiges System keine weitere Luftfeder oder ein Dämpfer zwischen den beiden Federungselementen, beispielsweise einem unteren und oberen Teil eines Fahrzeugsitzes, benötigt.
Ebenso kann die bogenförmige Bahn einer Wegkulisse ohne weitere Wegkulisse innerhalb eines Federungsteiles angeordnet sein, wobei das Führungselement bzw. der Führungszapfen innerhalb der bogenförmigen Bahn mittels eines Schwenkarmes ausgelenkt wird, welcher wiederum an beispielsweise einem Scherengestell, welches mehr oder weniger in Abhängigkeit von der momentanen Schwingungsbewegung ein- oder ausgefahren wird, befestigt ist. Der Schwenkarm kann bei seiner Schwenkbewegung, die bedingt durch das Ein- und Ausfahren des Scherengestelles bewirkt wird, an seitlich angebrachten Federelementen, die links- und rechtsseitig des Schwenkarmes angeordnet sind, eine rückwirkende Federkraft erfahren, die entgegen der weitergehenden Schwenkbewegung wirkt und somit zu einer Schwingungsreduzierung beiträgt.
Derartige Schwingungssysteme werden vorrangig für vertikal ausgerichtete Schwingungssysteme, also beispielsweise einer Fahrerkabine oder einem Fahrzeugsitz verwendet.
Ebenso können horizontal ausgerichtete Schwingungssysteme mit derartigen Wegkulissen ausgestattet sein, wie es beispielsweise bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Traktor, in Fahrerrichtung oder senkrecht zur Fahrerrichtung benötigt werden könnte. Grundsätzlich sind sämtliche Schwingungssysteme mit jeder Art von Scherenfederung oder Parallelogrammfederung zwischen den beiden Federungsteilen koppelbar bzw. mit diesen anwendbar, wobei die Scherenfederung bzw. Parallelogrammfederung zwischen den beiden Federungsteilen als Verbindungselement dient. Selbstverständlich können auch jede andere Art von Verbindungselementen in Verbindung mit derartigen Wegkulissen zur Verfügung gestellt werden.
Horizontal ausgerichtete Schwingungen können beim erfindungsgemäßen Schwingungssystem eine Schwingungsreduzierung erfahren, indem beispielsweise eine bogenförmige Kulisse jeweils in einem von zwei an dem ersten Führungsteil schwenkbar gelagerten Hebelarmen angeordnet ist, wobei zwei den bogenförmigen Wegkulissen zugeordnete Führungselemente mittels eines Verbindungselementes miteinander verbunden sind. Das Verbindungselement ist auf einem Gleitelement gleitend gelagert.
Vorzugsweise sind die Hebelarme in Schwenkrichtung, welche durch die Schwingungsrichtung beeinflusst wird, mittels Federelemente federbeaufschlagt. Durch eine derartige Konstruktion kann durch ein Verschwenken der Hebelarme, welches bedingt durch eine Horizontalschwingung des gesamten Systems erwirkt wird, ein Verschieben des Verbindungselementes und der daran befestigten Führungselement, welche innerhalb der Kulissen laufen, erreicht werden. Dies hat zur Folge, dass die Hebelarme in einer anderen Stellung zueinander, jedoch in Abhängigkeit zueinander aufgrund des Verbindungselementes, gestellt werden. Hierdurch werden die Hebelarme entgegen der Federkraft der Federelemente ausgelenkt und es findet eine Rückstellkraft aufgrund der Federelemente, die bevorzugt an den Federungsteilen selbst befestigt sind, statt. Weitergehende Federelemente, wie beispielsweise eine Luftfeder oder ein Dämpfungselement zwischen den beiden Federungsteilen, wie es bisher der Fall war, sind nicht benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stehen die schwenkbaren Hebelarme mit mindestens einem Dämpfungselement zum Dämpfen von deren Schwenkbewegungen in Verbindung. Dieses Dämpfungselement kann ebenso wie die zuvor erwähnten Federelemente seitlich oder senkrecht zu den Hebelarmen angeordnet sein und mit einer Gegenkraft gegen die Auslenkung der Hebelarme wirken, um hierdurch eine Schwingungsreduzierung in Abhängigkeit von den Schwenkbewegungen der Hebelarme zu beaufschlagen. Hierbei Sind die Schwenkarme wiederum aufgrund des Verbindungselementes in gegenseitiger Abhängigkeit zueinander angeordnet.
Das in der Wegkulisse verschiebbar angeordnete Führungselement wechselwirkt mit mindestens einem die Schwingungsbewegung wiedergebenden Bauteil, wobei es sich hierbei beispielsweise um ein Trägheitselement handeln kann. Hierdurch wird aufgrund der zeitverzögerten Verschiebung des Trägheitselementes eine verzögerte Verschiebung der Führungselemente innerhalb der Wegkulisse, nach eingeleiteter Schwingungsbewegung in das Gesamtsystem, bewirkt und somit eine Schwingungsdämpfung bzw. Schwingungsreduzierung bei kurzzeitigen Stößen bewirkt. Dies kann zudem dazu führen, dass aufeinanderfolgende entgegengesetzte Schwingungen nicht zu einer Überschwingung des Gesamtsystems führen, da das Trägheitselement sich nur mit einer gewissen Trägheit auslenken lässt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1 in einer schematischen seitlichen Darstellung ein Federungsschwingungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2a–g in einer Ausschnittsdarstellung die Wegkulissenführung des Federungsschwingungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3a und 3b in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein horizontal wirkendes Federungsschwingungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 in einer schematischen Seitendarstellung ein vertikal wirkendes Federungsschwingungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 in einer Draufsicht ein horizontal wirkendes Federungsschwingungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
6 in einem Kraft-Weg-Diagramm den Kraft-Weg-Verlauf eines Federungsschwingungssystems gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
7 in einem Kraft-Weg-Diagramm den Kraft-Weg-Verlauf eines Federungsschwingungssystems gemäß der dritten und vierten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist in einer schematischen Seitendarstellung ein unterer Abschnitt eines Fahrzeugsitzes oder einer Fahrerkabine eines Fahrzeuges dargestellt, wobei das Federungssystem in vertikaler Richtung schwingend beaufschlagbar ist. Ein erstes Fahrzeugsitzunterteil 1 bzw. für die Fahrerkabine ein Karosserieteil 1 und ein zweites Fahrzeugsitzoberteil 2 bzw. ein Kabinenteil bei Verwendung in einer Fahrerkabine sind mittels zweier Scherenarme 3, 4 schwingbar miteinander verbunden. Zur Durchführung der Schwingung in die Richtung 6 können die Scherenarme mittels Rollen – oder Gleitlagerung – in Horizontalrichtung 5 verschoben werden.
Ein Federelement 7 ist mit einem ersten Ende 8 an einem Ende des Fahrzeugsitzoberteiles 2 angeordnet und mit einem zweiten Ende innerhalb einer bogenförmigen ausgebildeten Wegkulisse 10, die vorzugsweise als Nut ausgebildet ist, als Führungszapfen 9 bzw. Führungselement angeordnet.
Der Führungszapfen 9 ist mittels eines Stangenelementes 11 fest mit einem zweiten Führungszapfen 12 verbunden, der wiederum in einer weiteren Wegkulisse 13 angeordnet ist.
Ein Hebelarm 14 wird um einen Schwenkpunkt 15 mittels des Scherenarmes 3, der verschiedene Steigungen in Abhängigkeit von dem momentanen Schwingungszustand aufweist, ausgelenkt.
In 2a–g wird ein Ausschnitt des Federungsschwingungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie es in 1 gezeigt wird, dargestellt. Der hier näher dargestellte Ausschnitt weist die bogenförmige Kulissenbahn 10 mit dem darin angeordneten Führungszapfen 9 und der Stange 11 auf. Das Federelement 7 ist ebenso mit dem Führungszapfen 9 verbunden.
Die Wegkulisse 13 zeigt für eine vorwärtsgerichtete Schwingungsbewegung ein nahezu linearen ersten Verlaufsabschnitt 18 und einen gegenüber dem ersten Verlaufsabschnitt 18 mit einem ersten Steigungswert ansteigenden zweiten Verlaufsabschnitt 19 auf. Weiterhin weist die Wegkulisse 13, entlang deren Rand 17 der Führungszapfen bzw. die Führungsrolle 12 verläuft, für den Übergang von der vorwärtsgerichteten Schwingungsbewegung in eine rückwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen abfallenden dritten Verlaufsabschnitt 20 auf, dessen Steigungswert als zweiter Steigungswert größer als der erste Steigungswert ist.
In 2a wird der Hebelarm 14, der mit dem Führungszapfen 12 In Verbindung steht und dessen Auslenkung mitbestimmt, in Richtung des Pfeils 16 aufgrund der Schwingungsbewegung verschwenkt.
In 2b wird der Schwenkarm 14 weiter in Richtung des Pfeils 16 verschwenkt, wodurch eine Rückstellklinke 26, die um einen Schwenkpunkt 27 verschwenkt werden kann und vorzugsweise mit einer Verzahnung und ggf. einer Federbeaufschlagung versehen ist, ausgelenkt wird. Ebenso wird der Führungszapfen 9 innerhalb der bogenförmigen Kulisse langsam nach oben bewegt.
In 2b wird der Führungszapfen 12 entlang eines mit dem ersten Steigungswert abfallenden fünften Verlaufsabschnittes 22 nach unten bewegt, wodurch sich die Klinke 26 weiter auslenken lässt.
Anschließend findet – wie in 2c gezeigt – eine rückwärtsgerichtete Bewegung des Schwenkarmes 14 statt, wie es durch das Bezugszeichen 30 dargestellt wird. Zeitgleich wird die Klinke 26 gemäß dem Bezugszeichen 31 wieder nach oben gelenkt und der Führungszapfen 12 wird entlang des sechsten Verlaufsabschnittes, dessen Steigungswert dem zweiten Steigungswert entspricht, nach oben bewegt.
In 2d findet eine weitergehende Bewegung des Schwenkarmes 14 entlang des Pfeils 30 und eine rückwärtsgerichtete Schwenkbewegung der Klinke 26 entlang des Pfeils 32 statt.
Der Führungszapfen 9 ist nun bereits auf dem nach unten gerichteten Weg der bogenförmigen Kulisse 10, wobei der in 2b dargestellten Position des Führungszapfens 9 zu entnehmen ist, dass er in seiner maximalen nach oben gerichteten Auslenkung innerhalb der Kulisse 10 sich befindet. Es findet hierdurch über den gesamten Federweg der so bewirkten Federung eine Veränderung der Federungskinematik statt, wie sie als gewünschte Federungskennlinie gemäß dem Diagramm 6 wiedergegeben ist.
Der Führungszapfen 12 ist gemäß dem Übergang von der Position, wie sie in 2d dargestellt wird, in eine Position, wie sie in 2e dargestellt wird, in einen ersten Verlaufsabschnitt 18 übergegangen, der nahezu linear verläuft. Bei dieser Stellung des Führungszapfens 12 wird der Führungszapfen 9 entlang der bogenförmigen Kulissenbahn 10 bereits wieder abwärts bewegt. Dies entspricht einem Umschaltpunkt, wie er im Übrigen gemäß der Darstellung von 2c ebenso vorliegt, da in diesem Fall ein Hebellot 28 und die Richtung der umgelenkten Federkraft des Federelementes 7 für einen kurzen Moment die gleiche Richtung aufweisen.
Ein weiterer Umschaltpunkt findet in der Darstellung gemäß 2f statt. Auch hier ist die Richtung des Hebellots 28 in gleicher Richtung wie die Richtung der umgelenkten Feder 7 wiedergegeben. In dieser Position wird der Führungszapfen 12 weiter nach links bewegt, wie es ebenso aus 2d hervorgeht. Eine weitere Klinke 24, die um einen Schwenkpunkt 25 schwenkbar ist, wird gemäß der Darstellung von 2g mit einer Schwenkbewegung nach unten kraftbeaufschlagt, wie es durch das Bezugszeichen 33 gezeigt wird. Hierdurch wird der Führungszapfen 12 entlang dem zweiten Verlaufsabschnitt 19 und dem dritten Verlaufsabschnitt 20 in Richtung des vierten Verlaufsabschnittes 21 bewegt, um die Bewegung bei einer weitergehenden Schwingungsbewegung erneut durchzuführen.
In 3a wird in einer schematischen Ansicht eine Draufsicht eines horizontal ausgerichteten Federungsschwingungssystems, wie es beispielsweise für Fahrzeugkabinen oder Fahrzeugsitze verwendet werden kann, dargestellt. Gemäß dieser Darstellung ist das Federungsschwingungssystem in nicht ausgelenkten Zustand. In 3b hingegen wird das Federungssystem im ausgelenkten Zustand wiedergegeben.
Ein Federungsteil 42, beispielsweise ein Karosserierahmen, kann gegenüber einem Rahmen 40, 41 in seitlicher Richtung verschoben werden, wie es in 3b mittels einer nach oben gerichteten Verschiebestellung des Federungsteiles 42 relativ zu den Teilen 40, 41 dargestellt wird. Eine derartige Relativverschiebung findet jedoch vorrangig dadurch statt, dass die Rahmenteile 40, 41 entlang des Pfeils 56 seitlich verschoben werden, also gemäß der Darstellungen in 3b nach unten verschoben werden.
An einem Gelenkpunkt 43 ist neben einer Trägheitsmasse 54, die an einem Trägheitshebelarm 55 befestigt ist, eine Verbindung mit einem Führungszapfen 52b schwenkbar angeordnet.
Zwei Hebelarme 44 und 45 sind um zwei Schwenkpunkte 46, 47 schwenkbar gelagert und mittels zwei Federn 48, 49 gegenüber dem Rahmen 40, 41 in ihrer Schwenkrichtung federbeaufschlagt.
Zwei Wegkulissen mit Kulissenbahnen 50, 51 sind bogenförmig ausgebildet und weisen zwei Führungszapfen 52a, 52b, die in diesen Kulissenbahnen verschiebbar angeordnet sind, auf.
Eine Führungsschiene 53 ist angeordnet, um ein Verbindungselement 52, welches zwischen den beiden Führungszapfen 52a und 52b angeordnet ist, in x-Richtung, also in Horizontalrichtung, zu verschieben.
Durch einen Vergleich der beiden in 3a und 3b wiedergegebenen Darstellungen ist erkennbar, dass bei einer Auslenkung bzw. Schwingungsbewegung der Rahmenteile und ggf. Karosserieteilen zugleich eine Auslenkung des Trägheitselements 54 stattfindet. Hierdurch wird, auch bedingt durch die Schwenkbewegung der Arme 44 und 45, welche aufgrund der Schwingungsbewegung des gesamten Schwingungssystems verschwenkt werden, ein Verschieben des Verbindungselementes 52 nach links bewirkt. Dies hat zur Folge, dass die Führungszapfen 52a und 52b entlang der bogenförmigen Kulissenbahnen nach links verschoben werden und hierdurch in gegenseitiger Abhängigkeit die Schwenkbewegungen der Hebel zu einer Federbeaufschlagung derjenigen der Federelemente 48, 49 führen. Hierdurch ergibt sich eine Schwingungsreduzierung des gesamten Schwingungssystems.
In 6 ist in einem Kraft-Weg-Diagramm der Kraft-Weg-Verlauf der Schwingungssysteme gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform wiedergegeben. Mittels der dargestellten Wegkulissen und damit zusammenwirkenden Führungszapfen sowie der Federelemente und Hebelarme wird die Federungskinematik des gesamten Federungsschwingungssystems über den gesamten Federweg der Schwingungsbewegung so verändert, dass sich eine gewünschte Federkennlinie gemäß 6 einstellt. Die Federkennlinie wird während der Schwingungsbewegung derart verändert, dass sie in einer Höhenverstell-Mitte (HV-Mitte) eine relativ geringe Steigung aufweist. In den Federungsendlagen wird die Federungskennlinie so verändert, dass sie eine relativ hohe Steigung aufweist. Dies stellt eine so genannte Endlagenfederung dar. Die Endlagenfederung ist derart ausgelegt, dass eine hohe kinetische Energie sanft abfedert. Die daraus resultierende hohe Spann- oder Federungsenergie hinsichtlich des gesamten Schwingungssystems wird bei Richtungsumkehr der Relativbewegung durch Umschalten der Federungsfederkonstante aus dem Schwingungs- bzw. Federungssystem entzogen. Dieser Energieentzug führt zu geringeren Schwingungsamplituden und somit zu besseren Komfortwerten (SEAT-Wert). Dieses Prinzip kann sowohl für mechanische als auch pneumatische Sitzsysteme verwendet werden.
4 wird ein weiteres Federungsschwingungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welches in Vertikalrichtung entlang des Bezugszeichens 66 schwingen kann. Wiederum sind Scherenarme 63, 64 zwischen einem Federungsunterteil 61 und einem Federungsoberteil 62, wie es ein Unterbau eines Fahrzeugsitzes sein kann, dargestellt. Durch Verschwenken der Scherenarme 63, 64 findet ein Verschieben der Rollen entlang der Richtung 65 statt.
Ein Federelement 67 ist mit einem Ende 68 an dem oberen Federungsteil angeordnet und mit einem weiteren Ende 69 mittels eines Führungselementes innerhalb einer bogenförmigen Wegkulisse 70 angeordnet. Die Wegkulisse 70 ist ebenso innerhalb des oberen Federungsteiles 62 angeordnet oder damit verbunden.
Ein Hebelarm bzw. Schwenkarm 74 ist um einen Drehpunkt 75 schwenkbar gelagert und mit dem Scherenarm 64 verbunden.
Zwei Dämpfungs- bzw. Federungselemente 71 und 72 sind links- und rechtsseitig des Schwenkarmes 74 angeordnet und können bei einer Schwenkbewegung 73 des Hebelarmes 74 zu einer Abfederung der Schwenkbewegung 73 und somit zu einer Schwingungsreduzierung führen.
Gemäß 5 ist wiederum ein Federungsschwingungssystem gezeigt, welches in Horizontalrichtung schwingungsbeaufschlagt werden kann. Wiederum ist eine Draufsicht in einfacher schematischer Darstellung wiedergegeben. Ein Rahmen 80, 81 kann gegenüber einem weiteren Federungsteil 82 verschoben werden, wodurch zwei Hebelarme 84, 85, die schwenkbar an Schwenkpunkten 86, 87 befestigt sind, ausgelenkt werden können. Im Wesentlichen ist die Funktion des in 5 wiedergegebenen Schwingungssystems die gleiche, wie die in 3a und 3b gegebene Version, allerdings ohne Trägheitselement.
Die Dämpferkennlinien der in 5 wiedergegebenen vierten Ausführungsform müssen folgendes aufweisen:
Beim Einfedern des Systems (in Bildebene nach links oder rechts) sollen die Dämpfer bzw. Dämpfungselemente eine geringe Arbeit bzw. Energie aufnehmen, also leichtgängig sein.
Beim Einfedern des System soll die kinetische Energie der eingefederten Masse zum Großteil von den Federungselementen aufgenommen (Endlagenfederung) werden.
Beim Ausfedern sollen die Dämpfungselemente eine hohe Arbeit bzw. viel Energie aufnehmen, also schwergängig sein. Beim Ausfedern des Systems (in Bildebene zur Mitte hin) sollen die Dämpfungselemente eine hohe Arbeit bzw. viel Energie aufnehmen, sodass die gespeicherte Federenergie nicht als kinetische Energie wieder an die eingefederte Masse übergeben wird, sondern vom Dämpfungselement aufgenommen wird.
Die Hebelarme 84, 85 werden bei Auslenkung bzw. Verschwenkung durch die Dämpfungselemente 88, 89 in ihrer Schwenkbewegung gedämpft. Hierdurch entsteht eine Schwingungsreduzierung des gesamten Schwingungssystems. Zeitgleich werden die Führungszapfen 92a und 92b innerhalb bogenförmiger Wegkulissen 90, 01 nach links oder rechts verschoben, um eine gegenseitige Abhängigkeit der Schwenkbewegungen der Hebelarme 84, 85 zu erhalten. Hierfür wird das Verbindungselement 92 ebenso nach links oder rechts verschoben.
In 7 wird in einem Kraft-Weg-Diagramm der Kraft-Weg-Verlauf der Schwingungssysteme gemäß der dritten Ausführungsform wiedergegeben. Das aus der Wegkulisse, dem Hebelarm, den Feder bzw. Federungselementen und den Dämpfungselementen bestehende Steuerungszusammenspiel benutzt die Relativbewegung zwischen dem einem Federungsteil und dem anderen Federungsteil zur Veränderung der Schwingungsfederungseigenschaften. Mittels der zusätzlichen Anordnung eines Federelementes oder Dämpferelementes werden die Schwingungsfedereigenschaften über den gesamten Federweg des Schwingungssystems so verändert, dass sich eine gewünschte Kraft-Weg-Kennlinie gemäß 7 einstellt. Beim Einfedern erfolgt im Bereich der Endlage ein hoher Gradientenanstieg der Schwingungsfederkennlinie. Beim Ausfedern aus dem Endlagenbereich beschreibt die Kennlinie einen linearen Verlauf gemäß dem Diagramm in 7. Beim Zurückschwingen aus dem Endlagenbereich mit hoher Geschwindigkeit, also mit hoher kinetischer Energie, kann die Endlagenfederung ihre gespeicherte Energie aufgrund der hohen Dämpferkraft nicht an das System abgeben. Bei langsamer Ausfederung aus dem Endlagenbereich, also bei niedriger Geschwindigkeit und niedriger kinetischer Energie, verschiebt jedoch die Endlagenfederung das Scherensystem bestehend aus den Scherenarmen, in Richtung der Mittelstellung. Jegliche Zustände zwischen den beiden beschriebenen Extremsituationen können sich durch entsprechende Betriebszustände einstellen.
Dieser Energieentzug bedingt durch Umschalten der Federungskennlinie, wie sie in 7 dargestellt ist, führt zu geringeren Schwingungsamplituden und somit zu besseren Komfortwerten (SEAT-Werten).
Wiederum kann dieses Prinzip so für mechanische als auch pneumatische Sitzsysteme, also für Feder- oder Balg-Fußpunktverschiebungen, verwendet werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1, 40, 41, 61, 80: erstes Federungsteil
2, 42, 62, 82: zweites Federungsteil
3, 4, 63, 64: Federungsmechanik/Scherenarme
5: Horizontalrichtung
6, 66: Schwingungsrichtung
7, 67: Federelement
8, 68: erstes Ende
9, 68: zweites Ende
9, 12, 52a, 52b, 69, 92a, 92b: Führungselement
10, 13, 17, 50, 51, 70, 90, 91: Wegkulisse
11: Stangenelemente
12: zweite Führungszapfen
14: Schwenkarm
15: Schwenkpunkt
14, 54, 74: Bauteil
16: Pfeil
17: Rand
18: erster Verlaufsabschnitt
19: zweiter Verlaufsabschnitt
20: dritter Verlaufsabschnitt
21: vierter Verlaufsabschnitt
22: fünfter Verlaufsabschnitt
23: sechster Verlaufsabschnitt
24: Klinke
25: Schwenkpunkt
26: Rückstellklinke
27: Schwenkpunkt
28: Hebellot
30, 31, 33: Bewegung
32: Pfeil
43: Gelenkpunkt
44, 45: Hebelarme
46, 47: Schwenkpunkte
48, 49: Federelemente
53: Gleitelement
54: Trägheitselement
55: Trägheitshebelarm
56: Pfeil
65: Richtung
71, 72: Federungselemente
73: Schwenkbewegung
74: Schwenkarm
75: Drehpunkt
80, 81: Rahmen
84, 85: schwenkbare Hebelarme
86, 87: Schwenkpunkte
88, 89: Dämpfungselemente
92: Verbindungselement

Claims

Federungsschwingungssystem zur Schwingungsreduzierung mit einem ersten Federungsteil (1; 40; 61; 80) und einem zweiten Federungsteil (2; 42; 62; 82), wobei das erste Federungsteil (1; 40; 61; 80) und das zweite Federungsteil (2; 42; 62; 82) in mindestens eine Schwingungsrichtung (6, 66) relativ zueinander schwingbar sind, zumindest eines der Federungsteile (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) bei einer Schwingungsbewegung mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist und das erste und zweite Federungsteil (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) mittels zweier Scherenarme schwingbar miteinander verbunden sind, wobei eine Steuerungseinheit, die mindestens eine mit zumindest einem der Federungsteile (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) verbundene Wegkulisse (10, 13, 17; 50, 51; 70; 90, 91) aufweist, in welcher mindestens ein mit einem die Rückstellkraft erzeugenden Federelement (7; 67) und/oder dem anderen Federungsteil (1; 40; 61; 80; 2; 42; 62; 82) verbundenes Führungselement (9; 69; 52a, 52b; 92a, 92b) verschiebbar angeordnet ist.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegkulisse (10; 50; 51; 70; 90, 91) bezüglich der Schwingungsrichtung (6; 66) bogenförmig ausgebildet ist.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegkulisse (10, 13, 17; 50, 51; 70; 90, 91) derart ausgebildet ist, dass sie für eine vorwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen nahezu linearen ersten Verlaufsabschnitt (18) und einen gegenüber dem ersten Verlaufsabschnitt (18) mit einem ersten Steigungswert ansteigenden zweiten Verlaufsabschnitt (19) aufweist.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegkulisse (13, 17) für den Übergang von der vorwärtsgerichteten Schwingungsbewegung in eine rückwärts gerichtete Schwingungsbewegung einen abfallenden dritten Verlaufsabschnitt (20) aufweist, dessen Steigungswert als zweiter Steigungswert größer als der erste Steigungswert ist.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegkulisse (13, 17) für die rückwärtsgerichtete Schwingungsbewegung einen nahezu linearen vierten Verlaufsabschnitt (21) und eine gegenüber dem vierten Verlaufsabschnitt (21) mit dem ersten Steigungswert abfallenden fünften Verlaufsabschnitt (22) aufweist.
Federungsschwingungssystem nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Übergang von der rückwärtsgerichteten Schwingungsbewegung in die vorwärtsgerichtete Schwingungsbewegung die Wegkulisse (10, 13, 17; 50, 51; 70; 90, 91) einen ansteigenden sechsten Verlaufsabschnitt (23) aufweist, dessen Steigungswert dem zweiten Steigungswert entspricht.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine bogenförmige Wegkulisse (50, 51; 90, 91) in einem von zwei an dem ersten Führungsteil (40, 41; 80, 81) schwenkbar gelagerten Hebelarm (44, 45; 84, 85) angeordnet ist, wobei zwei den bogenförmigen Wegkulissen (50, 51; 90, 91) zugeordnete Führungselemente (53a, 53b; 92a, 92b) mittels eines Verbindungselements (52; 92) miteinander verbunden sind.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (52; 92) auf einem Gleitelement (53) gleitend gelagert ist.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (44, 45) in Schwenkrichtung, welche durch die Schwingungsrichtung beeinflusst wird, mittels Federelemente (48, 49) federbeaufschlagt sind.
Federungsschwingungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbaren Hebelarme (84, 85) mit jeweils mindestens einem Dämpfungselement (88, 89) zum Dämpfen von deren Schwenkbewegungen in Verbindung stehen.
Federungsschwingungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Wegkulisse (13, 17; 50, 51; 70) verschiebbar angeordnete Führungselement (12; 52b; 69) mit mindestens einem die Schwingungsbewegung wiedergebenden Bauteil (14; 54; 74) wechselwirkt.
Federungsschwingungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Teil einer die Federungsteile (1, 2; 61, 62) verbindenden Federungsmechanik (3, 4; 63, 64) oder ein Trägheitselement (54) ist.