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Drehfederstabbündel für die.Abfederung von an Längslenkern aufgehängten
Fahrzeugrädem Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehfederstabbündel für die Abfederung
von an Längslenkern aufgehängten Fahrzeugrädem, insbesondere für Kraftfahrzeuge
und deren Anhängerwagen, bestehend aus innerhalb eines Achsrohres untergebrachten
Einzelstäben mit sektorförinigem Querschnitt, die einander in der Längsachse des
Bündels berühren und die unter Belassung von Zwischenräumen auf den Umfang des Drehfederstabbündels
verteilt angeordnet sind, wobei die freien Enden der Einzelstäbe teinerseits in
einem drehbaren, mit dem Länigslenker verbundenen, rohrförmigen, axial unverschiebbaren
Aufnahmekörper und andererseits in einem mit dem Fahrgestell verbundenen rohrförinigen
Einspannkörper untergebracht sind und wobei der Ein-spannkörper mit einer der Anzahl
der Zwischenräume entsprechenden Anzahl von keilförmigen Distanzstücken versehen
ist.
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Drehfederstäbe, also einfache, normalerweise zylindrische Stäbe, die
an den beiden Stirnseiten eingespannt werden können, sind bereits schon längere
Zeit, insbesondere zur Abfederung von Kraftfahrzeu-(Y e Ausführung, verbun-"en,
in Gebrauch. Die einfach den mit einer Robustheit,die nur eine ganz minimale Wartung
benötigt, sowie der geringe Raumbedarf ließen den Drehfederstab zu einem unentbehrlichen
Konstruktionselement im Fahrzeugbau werden.
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Bei einem zylinderförmigen Drehfederstab nehmen bei der Verwindung
des Stabes die Torsionskräfte zum Mittelpunkt des Zylinders hin ab und werden im
Mittelpunkt selbst zu Null. Um diese ungleichmäßige, den Stab bruchgefährden-de
Belastung zu vermeiden, ist es auch bereits #bekannt, mehrere solcher Drehfederstäbe
zu einem Drehfederstabbündel zusammenzufügen, womit die Belastung des einzelnen
Stabes verringert und die Lastverteilung über den Querschnitt -des einzelnen Stabes
gleichmäßiger wird. Um auch bei einer solchen Anordnung den Vorteil der raumsparenden
Unterbringung derartiger Drehfederstabbündel beizubehalten, werden normalerweise
die einzelnen Drehfederstäbe so ausgeführt, daß sie dicht aneinanderliegen bzw.
sich ineinanderfüaen. Die hierbei entstehende Reibung zwischen den einzelnen Drehfederstäben
verfälscht jedoch die Federeigenschaften, ist zeitlichen Schwankungen unterworfen
und daher unerwünscht. Bekanntgewordene Konstruktionen vermeiden die Reibung dadurch,
daß die einzelnen Drehfederstäbe in stimseitige Aufnahmekörper mit entsprechenden
Bohrungen. eingesetzt sind. Um hierbei eine Vergrößerung des Einbauraumes zu vermeiden,
ist es auch bereits bekennt, Drehfederstäbe mit sektorförmieein Ouerschnitt 7.11
verwenden, die einseitig in einer Buchse fest eingespannt sind und am anderen Ende
begrenzt längsverschiebbar in sektorförmigen Mitnehniern geführt werden.
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Bei allen diesen Ausführungen, ob bei dem einzelnen Drehfederstab
oder bei den Drehfeder-stabbündeln verläuft die Kennlinie >des Kraft-Weg-Verlaufes
weitgehend linear. Diese lineare Charakteristik wird der sonstigen Vorteile dieser
Abfederung wegen in Kauf genommen, obwohl eine, progressiv mit dem Weg steigende
Kennlinie erwünscht ist, um kleine Unebenheiten weich und hart-- Schläge entsprechend
hart abfedem zu können. Bei linearer Charakteristik werden entweder die harten Stöße
nicht abgefangen und durchschlagen daher die Federung, oder die weichen Stöße werden
zu hart abgefedert, wodurch insbesondere bei Kraftfahrzeugen die Fahreigenschaften
und auch der Fahrzeugkomfort leiden.
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Eine weitere Schwierigkeit ergibt #sich durch die Art des Einspannens
der Drehfederstäbe. Normalerweise sind die Drehfederstäbe stirnseitig verstärkt,
damit sie den dort auftretenden zusätzlichen Beanspruchungen gewachsen sind. Durch
die QuerschnittsÜbergänge eind jedoch zusätzliche Materialspannungen nicht zu vermeiden,
die zu einem Bruch der Drehfederstäbe führen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Drehfederstabbündel anzugeben,
das einen progressiv anwachsenden Kraft-Weg-Verlauf aufweist und bei dem die einzelnen
Drehfederstäbe des Drehfederstabbündels so eingespannt sind, daß ein Brechen durch
unterschiedliche Spannungszustände des Materials nicht zu befürchten ist.
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Ausgehend von einem Drehfederstabbündel für die Abfederung von an
Längslenkern aufgehängten Fahrzeugrädi-.--n, insbesondere für Kraftfahrzeuge und
deren
Anhängerwagen, bestehend aus innerhalb eines Achsrohres untergebrachten Einzel#stäben
mit sektorförinigem Querschnitt, die einander in der Längsachse des Bündels berühren
und die unter Belassung von Zwischenräumen auf den Umfang des Dreh-A.ederstabbündels
verteilt angeordnet sind, wobei die freien Enden der Einzelstäbe einerseits in einem
drehbaren, mit dem Längslenker verbundenen, rohrförmigen, axial unverschiebbaren
Aufnahmekörper und andererseits in einem mit dem Fahrgestell verbundenen rohrförmigen
Einspannkörper unter-gebracht sind und wobei der Einspannkörper mit einer der Anzahl
der Zwischenräume entsprechenden Anzahl von keilförmigen Distanzstücken versehen
ist, wird diese Aufgabe g erf indungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aufnahmekörper
mindestens einen, vorzugsweise zwei sektorförmige Mitnehmer aufweist, die sich im
Ruhezustand an je einem Einzelstab abstützen.
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Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Ausbildung eines Drehfederstabbündels
tritt. eine progressive Federwirkung dadurch auf, daß bei geringer Belastung, beispielsweise
durch das Gewicht des abzufedernden Fahrzeuges, nur die beiden in der Dreh-'richtung
vom lieghden Drehfedentäbe die Abfederung bewirken. Bei größerem Gewicht bzw. beim
Überrollen von Unebenheiten durch das Fahrzeug werden die Mitnehrner im Aufnahmekörper
weiterverdreht, wodurch die zuerst an der Federung teilnehmenden Drehfederstäbe
mit weiter-en Drehfederstäben in Berührung kommen und diese versuchen mitzudrehen.
Da die Torsionskraft dieser weiteren Stäbe sich zu (der Torsionskraft der ersten
Stäbe addiert, ergibt sich eine Verstärkung der der Drehung entgegenwirkenden Kraft
und damit ein, Ansteigen der Federkraft. Es kann mithin eine. Beeinflussung des
Kraft-Weg-Verlaufs eines derartigen Drehfederstabbündels durch die Anzahl der Einzelstäbe,
durch deren Querschnitt und durch,die Größe der zwischen den einzelnen Stäben belassenen,
Ab-
stände vorgenommen werden. Hiermit kann aber auch ein solcher Drehfederstabbündel
jedem Bedarfsfall angepaßt werden, in dem entweder die Einzelstäbe aus unterschiedlichem
Material bestehen und damit ein unterschiedliches Rückdrehmoment aufweisen oder
in dem die Querschnitte der Einzelstäbe unterschiedlich sind oder auch dadurch,
daß die Zwischenräume zwischen den Einzelstäben nicht gleichmäßig, sondern der gewünschten
Federwirkung entsprechend belassen:sind. Alle diese Möglichkeiten können kombiniert
angewendet werden. Zweckmäßigerweise wird man bei allen diesen Fällen so vorgehen,
daß sich die Federwirkung vom Beginn der Belastung ab erhöht.
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Um auf der Einspannseite einen einwandfreien Sitz der einzelnen Drehfederstäbe
zu ermöglichen, hat es sich bewährt, daß die keilförmigen Distanzstücke fest mit
dem rohrförmigen Einspannkörper verbunden sind. Hierbei kann der Einspannkörper
seinerseits über Abstandskloben fest und zentrisch mit dem Achsrohr verbunden werden.
Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die einzelnen Drehfederstäbe nicht verwechselt
werden können, sondern daß deren Lage durch die fest mitdem rohrförmigen Einspannkörper
verbundenen keilförmigen Distanzstücke festgelegt im
ist.
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Eine vereinfachte Montage ergibt sich dadurch, daß mindestens ein
keilförmiges Distanzstück eine in radialer Richtung weisende Verlängerung aufweist
und daß die Verlängerung in einen Durchbruch des Achsrohres festgelegt ist.
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In-sbesondere um die Federkraft durch Herstellen verschieden großer
Abstände veränderlich zu machen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die keilförmigen
Distanzstücke zwischen die Einzelstäbe in den Einspantikörper eingeschoben und in
dieser Lage durch einen in der öffnung des Einspannkörpers einzusetzenden Sprengring
gehalten sind. Hierdurch kann auch die Laggerhaltung vereinfacht werden, da lediglich
durch verschiedene Distanzstücke verschiedene Abstände und damit unterschiedliche
Federkräfte einstellbar sind.
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Bewährt hat os sich, die keilförmigen Distanzstücke aus prellfreiem
Material herzustellen, wodurch ein zügiges Eingreifen der einzelnen Drehfederstäbe
gesichert und ein Klappern der Stäbe vermieden ist. Ebenso können -auch die
Mitnehm#er im Aufnahmekörper aus prell-freiem Material gebildet sein.
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Da es nunmehr möglich ist, die Federkraft sehr weich einsetzen zu
lassen und damit die Federkraft über einen größeren Winkelweg auszunutzen, hat es
sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Aufnahmekörper über einen Hebeltrieb oder
über einen Zahnradtrieb (Zahnstangentrieb) mit dem der Aufhängung des Fahrzeugrades
dienenden Längslenker verbunden ist. Durch die Zwischenschaltung derartiger Triebe
kann erreicht werden, daß der relativ kleine Winkelweg des Fahrzeugrades dem möglichen
großen Winkelweg des Drehfederstabbündels angepaßt - wird. Eine sehr einfache
Anpassung ergibt sich auch dadurch, daß der Abstand der Lagerung des Längslenkers
von dem Zentrum des Drehfederstabes je
nach der gewünschten Federwirkung unterschiedlich
ausgeführt ist.
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Durchdie oben aufgeführten Maßnahmen läßt sich außerdem bei Kraftfahrzeugen
und Anhängerwagen deren Bodenfreiheit beeinflussen.
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Insbesondere bei kleinen Fahrzeugen bzw. Anhängern hat es sich bewährt,
zwei zu einer Fahrzeugachse gehörende Drehfederstabbündel in zwei stirnseitig verbundenen
Einspannkörpem zu vereinigen oder auch beide Drehfederstabbündel in einem einzigen
mittigen Einspannkörper zu halten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch
den Einspannkörperdes Drehfederstabbündels, F i g. 2 einen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. 1,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Aufnahmekörper
des Drehfederstabbündels, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der
F i g. 3,
F i 1 ein Zwischen-lied zwischen Drehfederstabbündel und
Fahrzeugachse, F i g. 6 einen Schnitt durch einen Aufnahmekörper mit acht
Einzelstäben gleichgroßen QuerschnittD tes mit gleichen Zwischenräumen, F i
g. 7 einen Schnittdurch einen Aufnahmekörper mit zehn Einzelstäben gleich
großen Querschnittes, die in gleichbleibendem Abstand montiert sind, F i
g. 8 einen Schnitt durch einen Einspannkörper bei einem durchgehenden Achsrohr.
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Die freien Enden der einzelnen Drehfederstäbe 1,
2,
3 sind einerseits in einem durch einen Zahnradtrieb
od.
dgl. mit der Fahrzeugachse verbundenen und angetriebenen rohrförinigen, axial unverschiebbaren
Aufnahmekörper 4, wie ihn F i g. 3 darstellt, und andererseits in einem mit
dem Fahrgestell fest verbundenen rohrförmigen Einspannkörper 5, wie ihn F
i g. 1 darstellt, untergebracht. Die ein Drehfederstabbündel bildenden, im
Querschnitt ungleich großen keilförmig ausgebildeten und rosettenartig. um die Längsachse
des Bündels angeordneten Einzelstäbe 1, 2 und 3 weisen sektorförnligen
Querschnitt auf, so daß sie einander in der Längsachse des Bündels berühren. Unter
Belassung von Zwischenräumen sind die im Querschnitt ungleich großen Einzelstäbe
1, 2 und 3 ungleichmäßig auf dem Umfang verteilt angeordnet. Ein zur
Aufnahme der freien Enden der Einzelstäbe 1, 2 und 3 vorgesehener
zylindrischer Einspannkörper 5 besitzt dem Querschnitt der Einzelstäbe
1, 2 und 3 entsprechende sektorförmige Einschnitte, wodurch den Zwischenräumen
der Einzelstäbe 1, 2 und 3 entsprechende, gleichfalls einen sektorförmigen
Querschnitt besitzende Zap-fen 6 gebildet sind. Eine Büchse
9 ist fest mit dem Einspannkörper 5 und den Zapfen 6 verbunden
und hält die Einzelstäbe 1, 2 und 3 formschlüssig in ihren Einschnitten,
wobei sie in radialer Richtung unbeweglich, in Achsrichtung aber begrenzt verschiebbar
sind.
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Die Einzelstäbe 1, 2 und 3 ragen mit den entgegengesetzten
freien Enden, wobei die Zwischenräume, durch die Zapfen 6, 7 und
8 bestimmt werden, in eine Büchse 12 des Aufnahmekörpers 4. In einen Ader
Zwischenräume ragt ein fest mit der Büchse 12 und dem Aufnahmekörper 4 verbundener
Mitnehmer 14, der sich im Ruhezustand anden Einzelstab 1 abstützt. Bei Drehung
der Büchse 12, die durch Sinterlager 15 in einem Achsrohr 10 gelagert
und fest mit dem Aufnahmekörper 4, dem Mitnehmer 14 und einem Zahnrad
13 verbunden ist, wird der Drehfederstab 1 durch den Mitnehmer 14
in Drehrichtunjog bewegt. Genügt die Federkraft dieses Einzel#stabes nicht, um der
von außen angewandten Kraft entgegenzuwirken, so wird dieser Einzelstab
1
durch den Mitnehmer 14 an den nächsten Einzelstab 2 gedrückt, so daß sich
die Federkraft durch Zusammenwirken von zwei Einzelstäben 1 und 2 erhöht.
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In F i g. 5 ist das Zwischenglied zwischen dem Drehfederstabbündel
und der Fahrzeugachse als Zahnradtrieb dargestellt. Das mit dem Aufnahmekörper 4
eines Drehfederstabbündels fest verbundene Zahnrad 13 wird durch -einen um
eine Achse 20 drehbaren, mit einem Zahnsegment versehenen Schwinghebel 21 angetrieben.
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Einen Schnitt durch den Aufnahmekörper 4, in dem ein Drehfederstabbündel
aus acht Einzelstäben 23 bis 30 mit jeweils gleichem Querschnitt auf
dem Umfang der Büchse 12 zwischen den, beiden Mitnehmem 31 und
32 in gleichen, den Querschnitt der Einzelstäbe 23 bis 30 gleich
großen Abständen angeordnet sind, zeigt F i g. 6. Der Kraft-Weg-Verlauf des
Drehfederstabbündels ist vonder Anzahl der Einzelstäbe, deren Torsionskraft, dem
Querschnitt und den zwischen den Einzelstäben liegenden Abständen abhängig. F i
g. 7 zeigt einen Schnitt durch den Aufnahmekörper 4, dessen Büchse 12 durch
Lagerschalen 35 im Achsrohr 10 drehbar gelagert ist. Außerdem besteht
bei dieser Ausführung das Drehfederstabbündel aus zehn Einzelstäben mit gleichem
Querschnitt, die in gleich großem Abstand montiert sind.
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Kraftfahrzeuge besitzen vorwiegend Einzelradaufhängungen, bei denen
der Einspannkörper, wie ihn F i g. 1 zeigt, zur Anwendung kommt. Bei Anhängerwagen
werden jedoch des öfteren durchgehende Achsen verwendet, bei denen auch das Drehfederstabbündel
durchgehend ist, d. h. daß die beiden frei-en Enden der Drehfederstäbe jeweils
von Aufnahmekörpern aufgenommen werden. Bei einer solchen Ausführung wird der rohrförmige
Einspannkörper 55 etwa in der Hälfte der Achse durch Abstandskloben 45 bis
48 fest nüt dem Achsrohr 10
verbunden und die Einzelstäbe von den keilförmigen
Distanzstücken 50 bis 53 sowie den durch den Einspannkörper55 hindurch
bis ins Achsrohr10'reichenden keilförmigen Distanzstücken40 bis 43 unverrückbar
gehalten.
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Die Unteransprüche 2 bis 12 sind echte Unteranspräche.