DE19907490A1 - Einstellbares Federsystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein einstellbares Federsystem mit einer Torsionsfeder (10) in einem Hohlkörper (12) beschrieben, der an seinen beiden Stirnseiten (24, 24a) drehbar gelagert ist, wobei die Torsionsfeder (10) einerseits mit einer Einstelleinrichtung (20) innerhalb des Hohlkörpers (12) und andererseits mit einem ortsfesten Lagerzapfen (27) verbunden ist. Der Hohlkörper (12) weist ein oder zwei Schwingarme (25, 25a) auf, die mit dem abzufedernden Teil verbunden sind (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auch ein einstellbares Federsy­ stem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Federsysteme werden für die verschiedensten Anwendungsfälle eingesetzt. In Fahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, werden beispielsweise Federsysteme mit großen definierten Federwegen benötigt.

Zu diesem Zweck verzichtet man häufig auf den üblichen Pol­ steraufbau des Sitzes und nutzt stattdessen Vertikalführun­ gen - z. B. Scherenführungen - mit eingebauten Luftfedern und Stoßdämpfern, wodurch eine gute Anpassung an das Körperge­ wicht ermöglicht wird.

Federsysteme der oben beschriebenen Art sind grundsätzlich sehr effektiv und ermöglichen eine gute Entkoppelung zwi­ schen Fahrzeugaufbau und Fahrzeugsitz. Bei unebener Fahrbahn werden die Stöße recht gut abgefangen. Von Nachteil ist je­ doch der große Platzbedarf solcher Fahrzeugsitze in vertika­ ler Richtung sowie die unbefriedigende Sensibilität gegen­ über kleinen Amplituden.

Sollen solche Federsysteme in Personen-Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, so ergeben sich weitere Probleme im Hinblick auf die Luftversorgung der Luftfedern, in bezug auf die Ge­ räuschentwicklung der Mechanik sowie in bezug auf den recht hohen Reibkraftanteil der Gelenke und schließlich im Hin­ blick auf eine Abstimmung auf fahrzeugtypische Eigenfrequen­ zen. Die Eigenfrequenz des Fahrzeugsitzes, insbesondere des Fahrersitzes, muß im sogenannten "ruhigen Frequenzbereich des Fahrzeugs" - d. h. im Bereich der höchsten Eigendämpfung des Fahrzeugaufbaus - liegen, so daß im Bereich der Eigen­ frequenz des Fahrzeugsitzes die geringsten Impulse und Anre­ gungen vom Fahrzeug an das Schwingungssystem des Fahrzeug­ sitzes weitergeleitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federsystem zu schaffen, das bei geringem Platzbedarf geringe systeminterne Reibungskräfte aufweist und an unterschiedliche Belastungs­ fälle anpaßbar ist.

Die Lösung erfolgt mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine grundsätzliche perspektivische Darstellung der einseitig in einem Hohlkörper eingespannten Torsionsfeder, deren anderes Ende mit einem ortsfesten Lagerbolzen verbunden ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den im Schnitt dargestell­ ten, der Aufnahme der Torsionsfeder dienenden Hohlkörper mit zugehöriger Einstelleinrich­ tung mit Schneckenantrieb und einer Gewinde­ spindel als Stellantrieb,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den im Schnitt dargestell­ ten Hohlkörper mit Einstelleinrichtung mit ei­ nem Schrittantrieb und Zahnriemenübertragung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV in Fig. 3.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Torsionsfeder 10 mit Rechteckquerschnitt mit ihrem einen Ende 11 drehfest in ei­ nem Hohlkörper 12 gehaltert, indem sie einerseits mit ihrer neutralen Zone 13 an der schmalen Kante eines Dreieckspro­ fils 14 anliegt und andererseits mit ihrer oberen und unte­ ren Kante 15, 16 an Stützprofilen 17, 18 einer ersten Stütz­ rolle 19 anliegt, die Teil einer Einstelleinrichtung 20 ist, die sich mit einer weiteren Stützrolle 21 an der zweiten In­ nenwand 22 des Hohlkörpers 12 abstützt.

Das andere, bewegliche Ende 23 der Torsionsfeder 10 kann un­ ter dem Einfluß von Torsionskräften eine Drehbewegung aus­ führen und ist in geeigneter Weise mit einem über Wälzkörper 29 drehbar in der zugehörigen Stirnseite 24 des Hohlkörpers 12 gelagert und drehfest mit einem zugehörigen Schwinghebel 25 verbunden.

Bei Auftreten von Torsionskräften verwindet sich die Tor­ sionsfeder 10 und der Schwinghebel 25 führt eine mehr oder weniger große Drehbewegung aus.

Im folgenden wird erläutert werden, in welcher Weise die ge­ wünschte Federung, insbesondere die Federung eines Kraft­ fahrzeugsitzes, bewirkt wird.

Fig. 2 zeigt einen ersten Lagerbock 26, der über einen La­ gerzapfen 27 das bewegliche Ende 23 der Torsionsfeder 10 aufnimmt: Über ein Dreikantprofil 14 und die Stützflächen 17, 17a, 18, 18a der Stützrollen 19, 19a der Einstellein­ richtung 20 wird die Torsionsfeder 10 einerseits drehfest im Hohlkörper 12 und andererseits das ändere Ende 11 der Tor­ sionsfeder 10 im Hohlkörper 12 in bezug auf diesen drehbar gehalten. Die wirksame Länge L der Torsionsfeder 10 liegt zwischen der Einspannung im Lagerzapfen 27 und der Einspan­ nung zwischen Dreikantprofil 14 und den Stützflächen 17, 17a, 18, 18a der Stützrollen 19, 19a. Eine Verringerung der wirksamen Länge L der Torsionsfeder 10 erhöht. die Federkon­ stante, eine Vergrößerung der wirksamen Länge reduziert die Federkonstante, d. h. die Feder wird in letzteren Fall wei­ cher.

Zu beiden Seiten des Hohlkörpers 12 sind Schwingarme 25, 25a fest mit ihm verbunden, die sich somit parallel zueinander und gemeinsam mit dem Hohlkörper 12 bewegen und beispiels­ weise an ihren freien Enden mit der zu federnden Sitzfläche in Verbindung stehen. Der Hohlkörper 12 ist über zwei Lager­ böcke 26, 26a und zugehörige Lagerzapfen 27, 27a unter Zwi­ schenschaltung von Wälzlagern 29 reibungsarm drehbar gela­ gert.

Unter Belastung des abzufedernden Fahrzeugsitzes führen die Schwingarme 25, 25a entsprechende Schwenkbewegungen gegen die Kraft der Torsionsfeder 10 aus, die an ihrem einen Ende 23 mit dem Lagerzapfen 27 des ersten Lagerbocks 26 ortsfest gelagert und mit ihrem anderen Ende 11 über die Einstellein­ richtung 20 mit dem Hohlkörper 12 verbunden ist. Daraus er­ gibt sich die gewünschte Federwirkung.

Die Federwirkung wird durch die von der Stellung der Ein­ stelleinrichtung 20 abhängige wirksame Länge L der Torsions­ feder bestimmt.

Die Verstellung der Einstelleinrichtung 20 erfolgt bei­ spielsweise über ein Gewinde im Schlitten 20a der Einstel­ leinrichtung 20 und eine zugehörige Gewindespindel 41, die auch motorisch, beispielsweise über einen Elektromotor in Rotation versetzbar ist.

In Fig. 2 ist schematisch ein Schneckenantrieb 42 darge­ stellt, der auf die Gewindespindel 41 einwirkt, die dann ih­ rerseits die Längsverstellung des Schlittens 20a bewirkt.

Der Schlitten 20a der Einstelleinrichtung 20 kann mindestens in dem Bereich bewegt werden, der durch die Länge des Drei­ ecksprofils 14 vorgegeben ist.

Die Wirkung der Torsionsfeder 10 wird nachfolgend anhand ei­ ner Funktionsbeschreibung erläutert.

Wenn die beiden Schwingarme 25, 25a eine parallele Schwenk­ bewegung ausführen, nehmen sie den Hohlkörper 12 bei ihrer Bewegung mit. Die dieser Schwenkbewegung entgegenwirkende Federkraft hängt - wie bereits weiter oben beschrieben - von der wirksame Länge der Torsionsfeder 10 und von deren Geome­ trie ab.

Bei der Schwenkbewegung der Schwingarme 25, 25a und mit ih­ nen des Hohlprofils 12, drehen sich diese gemeinsam über die Wälzlager 29 auf den Lagerstutzen 27, 27a der Lagerböcke 26, 26a.

Über eine mögliche Drehverstellung des Lagerstutzens 27 des Lagerbocks 26 kann die Ausgangsstellung und damit ggfs. die Normalstellung des Federsystems eingestellt werden. Auch diese Einstellung kann ebenso wie die zuvor beschriebene Einstellung des Schlittens 20a der Einstelleinrichtung 20 motorisch erfolgen. Durch Änderung der Ausgangsstellung kann beispielsweise auch eine Sitzhöhen-Verstellung erfolgen.

Ganz Entsprechendes gilt auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, das sich allerdings dadurch vom Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet, daß der Antrieb des Schlittens 20a der Einstelleinrichtung 20 über einen unter Verwendung eines Zahnriemens 30 gebildeten motorischen An­ trieb erfolgt. Der Zahnriemen 30 wird über zwei Umlenkrollen 31, 31a geführt und greift mit seinen freien Enden 32, 32a in an sich bekannter Weise von beiden Seiten her am Schlit­ ten 20a der Einstelleinrichtung 20 an. Über ein motorisch angetriebenes Zahnrad werden der Zahnriemen 30 und mit ihm der Schlitten 20a verstellt. Dies führt dann zu einer Verän­ derung der wirksamen Länge L der Torsionsfeder 10.

In Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV in Fig. 3 dargestellt, der erkennen läßt, daß sich links an der ersten Innenwandung 34 des Hohlkörpers 12 eine Abstützleiste in Ge­ stalt eines Dreecksprofils 14 befindet, die die Torsionsfe­ der 10 in mittlerer Höhe und damit in deren neutraler Zone 13 abstützt. Auf der anderen Seite der Torsionsfeder 10 wird diese im oberen und unteren Randbereich 15, 16 von den Stützflächen 17, 18 der Stützrollen 19 gehalten. Damit er­ gibt sich insgesamt eine vorteilhafte Drei-Punkt-Lagerung für die Torsionsfeder 10 innerhalb der Verstelleinrichtung.

Die Stützrollen 19, 19a rollen bei einer Verstellung der wirksamen Länge L der Torsionsfeder 10 einerseits an der Torsionsfeder 10 und andererseits an den Stützrollen 21, 21a ab, die wiederum mit entgegengesetzter Drehrichtung gleich­ zeitig an der Innenwand 22 des Hohlkörpers 12 abrollen. We­ gen der reinen Abrollbewegung ohne ein Gleiten oder einen Schlupf, treten nur sehr geringe Reibungskräfte auf.

Wie sich aus Fig. 4 weiter ergibt, sind die Stützrollen 19, 21 in Achsrichtung im oberen und unteren Endbereich mit ku­ gelkalottenförmigen Abschlüssen 36 versehen, so daß sich an den ihnen als Führungsflächen in Hauptachsrichtung dienenden. Oberflächen 38, 38a des Hohlkörpers 12 gleitreibungsarme Punktberührungen ergeben.

Insgesamt ergibt sich damit ein einstellbares Federsystem, das aus einem als Hohlkörper 12 ausgebildeten Schwingarmge­ häuse mit je einem Schwingarm 25, 25a an seinen in Haupt­ achsrichtung gelegenen Stirnseiten 24, 24a besteht. Die Schwingarme 25, 25a sind über den Hohlkörper 12 (das Schwingarmgehäuse) miteinander verbunden und führen paralle­ le Bewegungen aus. Die freien Enden der Schwingarme 25, 25a werden mit den beweglichen und abzufedernden Teilen, bei­ spielsweise einer Kraftfahrzeugsitzfläche, verbunden. Dabei können bei Bedarf auch noch weitere Gelenke zwischengeschal­ tet werden.

Grundsätzlich ist die zuvor beschriebene Funktion auch bei Vorhandensein nur eines Schwingarms 25 möglich.

Wegen der Integration des Federsystems und der Einstellein­ richtung 20 im Hohlkörper 12 ist der Platzbedarf für das einstellbare Federsystems sehr gering. Die Einstellbarkeit der Federkonstante ist dabei von erheblichem Vorteil, da sie eine Anpassung an die jeweilige Belastung, d. h. an das Ge­ wicht des jeweiligen Nutzers, erlaubt.

Die Möglichkeit, in den Gelenkpunkten (Drehpunkten) des Hohlkörpers 12 Wälzlager 29 einzusetzen, ergibt ein sehr sensibles, auf kleine Impulse bzw. Veränderungen reagieren­ des Federsystem, das - wie weiter oben erwähnt - sogar in seiner Wirkung über eine Fernbedienung motorisch einstellbar ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten des oben beschriebenen Federsy­ stems sind nicht allein auf die Federung von Kraftfahrzeug­ sitzen beschränkt. Es ergeben sich auch zahlreiche andere Anwendungsfälle. Nur beispielsweise sei auf den Einsatz bei der Lagerung von Schüttelrosten oder ähnlichen Vorrichtungen verwiesen.

Claims (10)

1. Einstellbares Federsystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Torsionsfeder (10) aufweist, die in einem quaderför­ migen Hohlkörper (12) angeordnet ist, der an seinen beiden Stirnseiten (24, 24a) drehbar gelagert ist, wobei die Torsionsfeder (10) einerseits in einer Einstelleinrich­ tung (20) innerhalb des Hohlkörpers (12) und andererseits in einem ortsfesten Lagerzapfen (27) drehfest gelagert ist und der Hohlkörper (12) mit einem oder zwei Schwing­ armen (25, 25a) verbunden ist, die ihrerseits mit dem ab­ zufedernden Teil verbunden sind.

2. Federsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abzufedernde Teil eine Sitzfläche ist.

3. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) inner­ halb des Hohlkörpers (12) längsbeweglich angeordnet ist.

4. Federsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) ein im Hohlkörper (12) längsbeweglicher Schlitten (20a) mit vier oder mehr Stützrollen (19, 19a, 21, 21a) ist, von denen sich zwei oder mehr erste Stützrollen (19, 19a) mit ihren oberen und unteren Endbereichen (17, 18, 17a, 18a) an der Tor­ sionsfeder (12) und zwei oder mehr weitere Stützrollen (21, 21a) an der gegenüberliegenden Innenwandung (22) des Hohlkörpers (12) sowie jeweils eine der ersten (19, 19a) und eine zugeordnete der weiteren Stützrollen (21, 21a) sich zusätzlich gegenseitig abstützen.

5. Federsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) über eine Gewindespindel (41) mit zugehöriger Gewindemutter im Schlitten (20a) der Einstelleinrichtung (20) verstellbar ist.

6. Federsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) über eine Schlaufe eines beidseitig über Umlenkrollen (31, 31a) geführten und mit den beiden Enden des Schlitten verbundenen Zahnriemens (30) verstellbar ist.

7. Federsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) motorisch betätigbar ist.

8. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausgangsstellung bzw. Grundstellung des Hohlkörpers (12) über einen Schrittschaltmotor ein­ stellbar ist.

9. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützrollen (19, 19a, 21, 21a) in ihren Endbereichen in Achsrichtung mit einem kugelkalot­ tenförmigen Abschluß (36) versehen sind und so in Achs­ richtung eine punktförmige Anlage an Boden- und Deckflä­ che (38) des Hohlkörpers (12) aufweisen.

10. Federsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hohlkörper (12) über Lagerzapfen (27, 27a) und Wälzlager (39) auf Lagerböcken (26, 26a) an seinen Stirnseiten (24, 24a) drehbar gelagert ist.