DE1805219A1

DE1805219A1 - Federung fuer Fahrzeuge,insbesondere Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1805219A1
Application number: DE19681805219
Authority: DE
Inventors: Risuke Kubochi; Hiroki Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1967-10-26
Filing date: 1968-10-25
Publication date: 1969-05-22
Also published as: GB1205850A; SE355164B; FR1589805A

Description

Patentanwälte 4 Düsseldorf, den 24. Oktober 1968

Dr. ing. Eichenberg Cecilienallee 76 Ill/Sch.

Dipl.-Ing. Sauerland -lon C O Ί

Dr. Ing. Kö::ig 18ObZ 1 Unsere Akte: 24 412

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, No. 1 loyota-cho, Toyota-shi, Aiohi-ken, Japan

"Federung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Federung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, aus einer Querblattfeder mit zwei im Abstand zueinander liegenden Abstützpunkten.

Bei den bekannten Federungen dieser Art wird die Karosserie an den beiden Abstützpunkten der Querblattfeder abgestützt, um die beim Fahren von den sich nach oben und unten bewegenden Fahrzeugrädern ausgehenden Belastungen bzw. Kräfte über die Federenden weitgehend aufzunehmen. Bei den bekannten Blattfedern ist der sich zwischen den Abstützpunkten erstreckende Federteil durchgehend gleich ausgebildet, d.h« der Querschnitt des mittleren Federteils entspricht dem Federquerschnitt an den Abstützpunkten. Derartige Blattfedern sind daher nicht nur verhältnismäßig schwer, sondern auch an den Abstützpunkten der größten Belastung ausgesetzt, so daß die Federn an den Abstützpunkten reißen bzw. brechen können. Ferner sind die Blattfedern an ihren Abstützpunkten infolge der hier auftretenden Reibung auch einem hohen Verschleiß ausgesetzt.

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe "besteht darin, eine für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge geeignete Federung mit einer Querblattfeder der eingangs genannten Art zu. schaffen, die die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die den größten lederquerschnitt aufweisenden Abstützpunkte symmetrisch zur Mitte der Feder liegen und daß der sich zwischen den Abstützpunkten erstreckende Federteil eine geringere Dicke als an den Abstützpunkten aufweist. Durch eine derartige Ausbildung der Feder, d.h_o durch eine geringere Dicke des sieh zwischen den Abstützpunkten erstreckenden Federteils, können das Gewicht der Feder verringert und deren lebensdauer erheblich verlängert werden. Außerdem wird das Verhältnis zwischen der Rollsteifheit und der einfachen Durehfederungssteiflaeit der Querblattfeder gegenüber den bekannten Blattfedern größer, so daß mit der erfindungsgemäßen Blattfeder ausgerüstete Fahrzeuge geringere Rollbewegungen der Karosserie und damit bessere Lenkeigenschaften aufweisen, ohne daß der Fahrkomfort beeinträchtigt wird.

Eine weitere Verbesserung läßt sich erzie-' len, wenn gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung auch die Breite des sich zwischen den Abstützpunkten erstreckenden Federteils geringer als die Federbreite an den Abstützpunkten ist.

Derartige Federungen eignen sich für Querblattfedern, die mit ihren beiden Abstützpunkten zur Abstützung eines Fahrzeugrahmens dienen und an ihren gegenüberliegenden Enden mit den Lenkern zweier-Fahrzeugräder verbunden sind.

Ferner kann es auch günstig sein, wenn die 909821/0811

Breite des sich zwischen den Abstützpunkten erstreckenden Federteils geringer als die Dicke der Feder an den Abstützpunkten ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigens

ffig. 1 eine Federung für ein Kraftfahrzeug,

ffig« 2 eine schematische Darstellung der in Fig· 1 gezeigten Federung,

ffig. 3 und 4 eine Ansicht und Aufsicht einer bekannten Querblattfeder für eine Federung gemäß Fig. 1,

ffig. 5t 7 und 9 Vorderansichten erfindungsgemäßer Querblattfedern,

ffig. 6, 8 und 10 die zu Fig. 5, 7 und 9 zugehörigen Aufsichten,

Pig. 11 bis 14 Vorderansichten einiger abgeänderter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Blattfedern,

Fig.,15, 16 und 19 Durchbiegungen der Blattfedern bei unterschiedlichen Kraftangriffen und

ffig.17» 18 und 20 die den Durchbiegungen der Fig. 15, 16 und 19 entsprechenden Biegemomente.

Die in den FIg₀ 1 und 2 dargestellte Radaufhängung besitzt Achsschenkel 2, 2' zur Aufnahme der Achsen der Vorderräder 1, 1', die über schrägstehende Stoßdämpfer 3, 3¹ mit der Karosserie, im vorliegenden Fall einem Kotflügelblech 4 verbunden sind. An den Achsschenkeln 2, 2¹ befestigte Achsschenkelhebel 5, 5' sind über Kugelgelenke 6, 6¹ mit dem einen Ende von unteren Lenkern 7» 7' verbunden. Die gegenüberliegenden

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Enden der lenker 7» 7¹ sind mit dem unteren Teil des Fahrzeugs, d.h. mit dem vorderen Achskörper 8 verbunden. Zur elastischen Abstützung der Karosserie 4» 8 gegenüber den Rädern 1, 1' dient eine Querblattfeder 10, deren äußere Enden in der Nähe der freien Enden der Lenker 7, 7' über Zapfen 11, 11^f an den Lenkern 7, 7^! befestigt sind. Die Feder 10 wird über an ihrer unteren und oberen Seite in der Nähe der inneren Enden der Lenker 7, 7' liegende Sitze 12, 12¹ und 13, 13' von dem Achsträger 8 getragen. Die Sitze 12, 12' und 13, 13' bilden Abstützpunkte X, X^! der Feder 10, während die Lagerzapfen 11, 11· Angriffspunkte Y, Y¹ für die von den Rädern auf die Feder 10 übertragene Belastung darstellen. Sowohl die Abstützpunkte X, X^! als auch die Lastangriffspunkte Y, Y¹ liegen symmetrisch zur Federmitte. Die an den Fahrzeugrädern 1, 1¹ angreifenden Kräfte P, P¹ werden daher über die Achsschenkel 2, 2' und Achsschenkelhebel 5» 5' auf die unteren Lenker 7, 7' übertragen und dort von den Angriffspunkten Y, Y' der Feder 10 aufgenommen.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, besitzen bekannte Blattfedern 10 in dem sich zwischen den Stützpunkten X, X' erstreckenden Federteil eine gleichbleibende Dicke und Breite.

Im Gegensatz dazu, sind bei einer erfindungsgemäßen Feder 10 (Fig. 5, 7, 9 und 11) die Dicke und Breite in dem sich zwischen den Abstützpunkten X, X^f erstreckenden Federteil geringer als an den Stellen der Abstützpunkte selbst. Die Breiten- und Dickenausbildung der Feder wird so gewählt, daß die Dicke h_Q an den Abstützpunkten und die Dicke h im mittleren Teil der Feder sowie die Federbreite b an den Abstützpunk-

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ten und die Breite b im mittleren Teil der Feder im folgenden Verhältnis zueinander stehen:

das bedeutet, die Abstützpunkte X und X¹ liegen an Stellen des größten Federquerschnittes.

Bei den in den Fig. 5 und 9 gezeigten Blattfedern 10 besitzt der sich zwischen den Abstützpunkten X, X¹ erstreckende Federteil eine geringere Breite als an den Abstützpunkten X, X¹ selbst, so wie das aus den Figo 6 und 10 ersichtlich ist.

Sofern die Blattfeder 10, wie im Fall der Figo 12 bis 14» aus mehreren Federelementen besteht, gilt das Gleiche wie für die Federn gemäß Fig. 7, 9 und 11, doh. der mittlere Federteil besitzt eine geringere G-e samtdicke.

Wenn die Fahrzeugräder einer Achse gleichmäßig und gleichzeitig durchfedern, d.h. wenn die an den Angriffspunkten Y, Y^f angreifenden Kräfte P und P¹ einander gleich sind, ergibt sich die in Fig. 15 dargestellte Durchbiegung der Blattfeder 10. In Fig. 17 ist das dieser Durchbiegung entsprechende Biegemoment M wiedergegeben. Wie ersichtlich, ist das auf die Feder 10 wirkende Biegemoment zwischen den Abstützpunkten X und X¹ konstant.

In den Fig. 16 und 18 ist angenommen, daß sich ein Fahrzeugrad nach unten und das auf der gegenüberliegenden Seite befindliche Fahrzeugrad nach oben bewegt, so daß auf die Karosserie eine Rollbewegung

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ausgeübt wird. Die Biegemomente M der Federn 10 nehmen in diesem Fall an den Abstützpunkten X und X¹ ihre maximalen Absolutwerte (jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen) ein, während das Biegemoment M im Bereich zwischen den beiden Abstützpunkten X und X' Werte zwischen den Maximalwerten aufweist.

Die Fig. 19 und 20 zeigen einen üblichen Fall, bei dem die Stoßbewegung der beiden Fahrzeugräder nicht gleich ist. Dieser Fall stellt eine Kombination der in den Fig. 15 bis 18 wiedergegebenen Durchbiegung dar. Das Maximum des Biegemomentes M liegt am Abstützpunkt X'o

Es sei angenommen, daß ein Fahrzeug auf unebener Fahrbahn fährt und' die Belastung der beiden Fahrzeugräder nicht gleich ist. In diesem Fall wird die Feder 10 etwa die in Figo 19 wiedergegebene Lage einnehmen. Das maximale Biegemoment wirkt also am Abstützpunkt X oder X', d_oh_o das zwischen den Abstützpunkten wirkende Biegemoment ist kleiner.

Demgemäß ist eine Blattfeder - wie in den Figo 3 und 4 gezeigt - die zwischen ihren Abstützpunkten X, X¹ eine gleichbleibende Dicke besitzt, an ihren Abstützpunkten der höchsten Belastung ausgesetzt, so daß sie an einem oder beiden Abstützpunkten brechen kann, obgleich sie in anderen Teilen eine Festigkeit aufweist, die ausreicht, um der angreifenden Belastung standzuhalten. Die in den Figo 3 und 4 gezeigte bekannte Feder besitzt ferner auch den Nachteil, daß sie infolge der an den Abstützpunkten auftretenden Reibung zwischen der Federoberfläche und ihren Tragelementen einem starken Verschleiß ausgesetzt ist.

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Bei den Federausführungen nach den Figo 5, 7, 9 und 11 Ms 14 ist die Dicke oder Breite der Feder zwischen den Abstützpunkten X und X¹ kleiner als im Bereich der Punkte selbst, da sie in dem sich zwischen den Abstützpunkten erstreckenden Teil keiner so großen Belastung ausgesetzt sind, diese vielmehr ihren maximalen Wert an den Abstützpunkten einnimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine leichtere und haltbarere Querblattfeder mit einer gleichbleibenden Festigkeit gegenüber einem an der Feder angreifenden Biegemomentc

Im folgenden soll nun die Steifheit der in den Figo 5» 7» 9 und 11 bis 14 gezeigten Blattfedern

■n

näher betrachtet werden. Wenn K = j Gf= Durchbiegung) die einfache Durchfederungssteifheit einer gemäß Fig.15 belasteten Blattfeder und K_R = -£ die Rollsteifheit der Feder darstellt, dann ergibt sich:

6EI₀ . 6EI₀

^{K = K =}

Somit ist

2^3 + U

In den Gleichungen sind ί der Abstand zwischen den Abstützpunkten X und X^!, (, > der Abstand zwischen dem Abstützpunkt X oder X¹ bis zu dem Lastangriffspunkt Y oder Y¹, I das zweite Biegemoment an dem Abstützpunkt, E der Elastizitätsmodul undoO sowie β Koeffizienten in Abhängigkeit von dem Federprofilo Im einzelnen ist cC ein Maß für die Durchbiegung des sich zwischen dem Abstützpunkt X oder X¹ und dem Lastangriffspunkt Y oder Y¹ erstreckenden Federteil, wobei folgendes zu beachten ist. Wenn <$ die Durchbiegung der

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Feder für den Fall ist, daß der Querschnitt des vorgenannten Federteils der gleiche wie an den Abstutzpunkten ist, und S ' die Durchbiegung der Feder für den Fall darstellt, daß der Querschnitt der Feder nicht gleichmäßig ist, ergibt sich für cC = Ογ- ,

Der Koeffizient β hängt von dem Durchbiegungswinkel der Feder an den beiden Abstützpunkten X und X¹ ab. Wenn θ der Durchbiegungswinkel der Feder im Falle ihres gleichbleibenden Querschnitts zwischen den Abstützpunkten X und X¹ und Θ¹ der Durchbiegungswinkel für den erfindungsgemäßen Federquerschnitt wie an den Abstützpunkten X, X^s darstellt, ergibt sich für 7 Θ'

/⁵⁼ Θ" *

Aus Vorstehendem kann somit für die Federn gemäß den Figo 5» 7, 9 und 11 bis 14 der Koeffizient β wie folgt ausgedrückt werden; Formkoeffizient 3^1.

■ K . '

Für -£ ergibt sich somit:

Aus der vorgenannten Gleichung ergibt sich, daß _R

3 K

größer wird. '

Die Erfindung gestattet es somit, das Verhältnis zwischen der Rollsteifheit und der einfachen Durehbiegungssteifheit einer Blattfeder gegenüber den bisher bekannten Federn zu vergrößern, so daß eine damit ausgerüstete Federung auf die Karosserie eine geringere Rollbewegung ausübt. Damit wird ohne Beeinträchtigung der Fahrbequemlichkeit das lenkverhalten verbessert. Schließlich wird durch die Erfindung, d.h. durch die

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geringere Dicke des sich zwischen den A"b stütz ρ unkt en erstreckenden Federteils, das Gewicht der Blattfeder verringert und auch deren Haltbarkeit wesentlich vergrößert.

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OF)IQlNAL INSPECTED

Claims

[Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, Wo. 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi-ken _t Japan

Patentansprüche;

Federung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Querblattfeder mit zwei im Abstand voneinander liegenden Abstützpunkten, d a d,urch gekennzeichnet , daß die Querblattfeder im Bereich der symmetrisch zur Mitte der Feder (10) liegenden Abstützpunkte (X, X¹) den größten Querschnitt besitzt, und daß der sich zwischen den Abstützpunkten (X, X') erstreckende Federteil eine geringere Dicke als an den Abstützpunkten (X, X') aufweist.

2. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite des sich zwischen den Abstützpunkten (X, X') erstreckenden Federteils geringer als die Breite im Bereich der Abstützpunkte (X, X¹) isto

5. Federung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Querblattfeder (10) an ihren beiden Abstützpunkten (X, X¹) mit dem Fahrzeugrahmen (4, 8) und an ihren freien Enden mit den Lenkern (7, 7') zweier Fahrzeugräder (1, 1') verbunden ist.

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ORIGINAL