Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur vertikalen, etwa mittigen Abstützung eines
eine Fahrzeugachse gegen einen Fahrzeugrahmen abfedernden Paares von Blattfe
dern.
Blattfedern besitzen über ihren gesamten, belastbaren Einfederweg meist eine linea
re Federkennlinie. Um Spitzenlasten an den Blattfedern, z. B. bei maximaler Zula
dung oder Impulsanregung beim Fahrzeug abdecken zu können, ist ab einer be
stimmten Belastung der Blattfeder eine zusätzliche Progression ihrer Federkennlinie
erforderlich. Diese Progression dient dazu, die Blattfeder vor Überlastung zu schüt
zen sowie um die maximalen Einfederwege der Blattfeder begrenzen zu können, um
das Schwingungsverhalten des Fahrzeuges auf die jeweilige Eigengewichtslast bzw.
die durch Impulsanregung entstehende Last abzustimmen.
Es sind Ausführungen von Blattfedern bekannt, bei denen die Progression ihrer Fe
derkennlinien durch zwei zusätzliche, aus einem Elastomermaterial bestehende
Druckfederelemente erzielt ist. Diese zusätzlichen Druckfederelemente sind häufig
paarweise und außerhalb der Mitte jeder Blattfeder montiert, was jedoch nicht vor
teilhaft ist, da die Blattfedern nicht an der Stelle ihres maximalen Biegemomentes
unterstützt sind. Somit liegt die von der Fahrzeugachse auf die Blattfedern eingelei
tete Aktionskraft nicht auf derselben Wirklinie wie die die Blattfedern rahmenseitig
abstützenden beiden Druckfederelemente. Des weiteren müssen zur Aufnahme der
im Bereich der Druckfederelemente herrschenden Reaktionskräfte hierfür vorzuse
hene Auflageflächen an entsprechenden Bauteilen vorgesehen werden. Diese Bau
teile können beispielsweise Auflagebügel sein, welche bei Fehlen entsprechender
Auflageflächen an Längsrahmen von Fahrzeugen befestigt sind. Diese zusätzlichen
Auflagebügel können ebenso vorgesehen werden, falls der Fahrzeugrahmen außer
halb der Spur der Blattfedern liegt. Bei herkömmlichen Druckfederelementen ist in
der Regel eine runde Aufstandsfläche gegeben, die sowohl in Fahrtrichtung als auch
quer zur Fahrtrichtung einen relativ großen Bauraum benötigt.
Aus der DE 36 20 883 C2 ist ein je Fahrzeugseite vorgesehener, unterhalb eines
Fahrzeugrahmens befestigter Gummianschlag zur Begrenzung einer vertikalen Ein
federung eines Achskörpers gegeben, welcher über Federblätter gegenüber einem
Fahrzeugrahmen abgefedert ist. Der Gummianschlag ist aus einem massiven, flexi
blen Gummiblock gebildet und weist eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Form
auf, wobei das verjüngte Ende nach unten gerichtet ist.
Aus der US 2,735,673 ist ein an einem Rahmenteil eines Fahrzeuges befestigtes
Druckfederelement zur Abstützung eines eine Fahrzeugachse paarweise abfedern
des Blattfederelementes vorgesehen. Das Druckfederelement ist hierbei durch einen
elastischen Vollkörper gegeben, der unterschiedlichste Außenkonturen aufweisen
kann.
Aus der DE 42 39 237 A1 ist ein Federwegbegrenzer, insbesondere für Kfz-Spiral
federn bekannt, der aus einem Kunststoff-Voll- oder -Hohlkörper besteht und eine
kegelstumpfpyramidenartige Form besitzt. Der Federwegbegrenzerkörper weist im
wesentlichen parallel zueinander angeordnete nutförmige Ausnehmungen auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vertikale, etwa mittige Abstützung einer Blattfeder
eines Fahrzeuges technisch und wirtschaftlich zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein aus einem Elastomermaterial be
stehendes Druckfederelement zur vertikalen Abstützung von Blattferdern eines
Fahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, gegeben. Das erfindungsgemäße
Druckfederelement ermöglicht unter Beibehaltung herkömmlicher Bauhöhen im un
belasteten Zustand sowohl eine verringerte projizierte Aufstandsfläche im eingefe
derten, maximal belasteten Zustand als auch eine durch entsprechende Wand
dickendimensionierung erzielbare Federkennlinie. Des weiteren ist eine Reduzierung
der Anzahl benötigter Druckfederelemente auf je eines pro Blattfeder ermöglicht,
wobei dieses Druckfederelement in vorteilhafter Weise exakt im Bereich des maxi
malen Biegemomentes der Blattfeder positionierbar ist. Durch das solcherart anord
bare Druckfederelement ist die Blattfeder direkt im Bereich einer Krafteinleitung an
der Stelle ihres maximalen Biegemomentes optimal unterstützt und vor Überlastung
geschützt. Des weiteren ist der in Fahrzeuglängsrichtung vorhandene rechteckige
Bauraum, der sich aus der auf der Blattfeder vorhandenen Abstandsfläche ergibt, in
optimaler Weise durch das erfindungsgemäße Druckfederelement genutzt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der erfin
dungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben und aus der nach
stehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand in der Zeichnung darge
stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 in Seitenansicht ein rahmenseitig befestigtes, und Blattfedern abstützen
des Druckfederelement,
Fig. 2 schematisch und in Seitenansicht zwei herkömmliche, rahmenseitig befe
stigte und eine Blattfeder abstützende Druckfederelemente,
Fig. 3 schematisch und in Seitenansicht ein einzelnes, rahmenseitig befestigtes
und eine Blattfeder vertikal abstützendes Druckfederelement,
Fig. 4 schematisch und in Seitenansicht ein einzelnes, auf den Blattfedern befe
stigtes und sich rahmenseitig abstützendes Druckfederelement,
Fig. 5 schematisch und in Seitenansicht ein einzelnes, rahmenseitig befestigtes
und sich gegen die Blattfedern abstützendes Druckfederelement,
Fig. 6 perspektivisch ein einzelnes Druckfederelement,
Fig. 7 in Seitenansicht ein einzelnes Druckfederelement mit einem Halteblech,
Fig. 8 in Seitenansicht ein einzelnes Druckfederelement,
Fig. 9 in Vorderansicht ein Druckfederelement gemäß Fig. 8,
Fig. 10 in Seitenansicht eine alternative Ausführungsform eines Druckfederele
mentes mit einer Halteplatte,
Fig. 11 im Schnitt eine Vorderansicht eines Druckfederelementes gemäß Fig. 10,
Fig. 12 in Schnittdarstellung eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungs
form eines Druckfederelementes mit einer zusätzlichen Gummihaut,
Fig. 13 schematisch eine Gegenüberstellung der projizierten Aufstandsflächen,
sowohl bekannter, kreisquerschnittsförmiger Druckfederelemente als auch
eines einzelnen, hier strichliert dargestellten, rechteckförmigen Druckfe
derelementes und
Fig. 14 in Vorderansicht ein Druckfederelement mit Halteplatte und Haltebügel.
In Fig. 1 ist in Seitenansicht eine an einem Fahrzeugrahmen 2 befestigte Blattfeder 3
gezeigt, an dieser eine hier nicht näher ausgeführte Fahrzeugachse 1 angebunden
ist. Die hier geschichtet ausgeführte Blattfeder 3 ist oberseitig im Bereich ihres ma
ximalen Biegemomentes durch ein am Fahrzeugrahmen 2 über ein Halteblech 11
befestigtes Druckfederelement 4 abgestützt. Das das Druckfederelement 4 halternde
Halteblech 11 ist hier unmittelbar an einer Unterseite 6 des Fahrzeugrahmens 2 be
festigt. Gemäß einer in Fig. 4 und 5 gezeigten Alternative kann das Halteblech 11
auch über einen rahmenfesten Auflagebügel 58 an dem Fahrzeugrahmen 2 befestigt
sein. Durch das solcherart angeordnete Druckfederelement 4 ist die Blattfeder 3 di
rekt im Bereich einer Krafteinleitung an der Stelle ihres maximalen Biegemomentes
optimal unterstützt und vor Überlastung geschützt.
In Fig. 2 ist schematisch und in Seitenansicht eine herkömmliche, vertikale Abstüt
zung einer Blattfeder 3 gegenüber einem Fahrzeugrahmen 2 gezeigt. Die herkömm
liche, vertikale Abstützung ist hier durch zwei außermittig der Blattfeder 3 vorgese
hene Druckfederelemente 51 realisiert, die unterseitig des Fahrzeugrahmens 2 befe
stigt sind. Die am Fahrzeugrahmen 2 befestigte Blattfeder 3 hat in der Regel eine
über ihren gesamten, belastbaren Wegbereich linear verlaufende Federkennlinie.
Um im Fahrzeugbetrieb etwaig auftretende Spitzenlasten an der Blattfeder 3, z. B.
aufgrund maximaler Zuladung oder Impulsanregung beim Fahrzeug, abdecken zu
können, ist ab einer bestimmten Belastung der Blattfeder 3 eine zusätzliche Pro
gression ihrer Federkennlinie erforderlich. Diese Progression dient dazu, die maxi
malen Federwege der Blattfeder 3 zu begrenzen, um das Schwingungsverhalten des
Fahrzeuges auf die jeweilige Eigengewichtslast bzw. die durch Impulsanregung ent
stehende Last abzustimmen sowie um die Blattfeder 3 vor Überlastung zu schützen.
Die Erzielung der erwünschten Progression der Federkennlinie der Blattfeder 3 durch
zwei herkömmlich ausgeführte Druckfederelemente 51 außermittig der Blattfeder 3
ist jedoch nicht vorteilhaft, da die Blattfeder 3 nicht an der Stelle ihres maximalen
Biegemomentes unterstützt wird. Die auf die Blattfeder 3 einwirkende Aktionskraft 54
und die über die beiden Druckfederelemente 51 eingeleiteten Reaktionskräfte 55
liegen nicht auf einer Wirklinie. Zudem müssen zur Schaffung von Auflageflächen
zur Aufnahme der Reaktionskräfte 55 entsprechende zusätzliche Bauteile montiert
werden. Diese Bauteile können durch am Fahrzeugrahmen 2 befestigte Auflagebü
gel 58 gebildet sein, und zwar, wenn die am Fahrzeugrahmen 2 vorhandene Aufla
gefläche nicht ausreichend ist, bzw. wenn der Fahrzeugrahmen 2 außerhalb der
Spur der Blattfeder 3 liegt.
In Fig. 3 ist schematisch in Seitenansicht eine an einem Fahrzeugrahmen 2 ange
bundene Blattfeder 3 gezeigt, die im maximalen Belastungszustand, entsprechend
der strichlinierten Biegelinie 26 im Bereich ihres maximalen Biegemomentes, von
einem am Fahrzeugrahmen 2 befestigten Druckfederelement 4 abgestützt ist. Die
auf die Blattfeder 3 einwirkende Aktionskraft 54 liegt dabei in vorteilhafter Weise in
derselben Wirklinie wie die am Druckfederelement 4 wirksame Reaktionskraft 56.
Das Druckfederelement 4 ist über ein Halteblech 11 an einem rahmenfesten Aufla
gebügel 58 angebracht.
In Fig. 4 und Fig. 5 ist schematisch in einer Seitenansicht jeweils eine alternative
Ausführung eines im Bereich des maximalen Biegemomentes der Blattfeder 3 wirk
sam angeordneten Druckfederelementes 4 dargestellt. Dier hier dargestellte Blattfe
der 3 ist durch geschichtete Einzelblätter gebildet.
In Fig. 4 ist das Druckfederelement 4 mittelbar mit den Blattfedern 3 verbunden. In
Fig. 5 ist das Druckfederelement 4 über das Halteblech 11 und einen Auflagebü
gel 58 an dem Fahrzeugrahmen 2 befestigt. Unabhängig von dem Anbringungsort
des Druckfederelememtes 4 ist die unterhalb der jeweiligen Blattfedern 3 angeord
nete Fahrzeugachse 1 schematisch durch ein Quadrat dargestellt.
In Fig. 6 ist ein Druckfederelement 4 perspektivisch dargestellt. Dieses weist ein tail
liertes Hohlprofil 9 auf, das in seinem Zentrum von einer durchgehenden Ausneh
mung 10 durchbrochen ist. Das Druckfederelement 4 ist mit einem in Fig. 7 darge
stellten, anvulkanisierten Halteblechstreifen 28 verbunden. Dieser ist über Befesti
gungsmittel 27, die in diesem Ausführungsbeispiel durch Nieten ausgeführt sind, mit
einem winkligen Halteblech 11 verbunden. Dieses Halteblech 11 weist einen von
diesem vertikal abragenden Vertikalabschnitt 29 auf, mittels diesem eine Befesti
gung, beispielsweise an einem rahmenfesten Auflagebügel 58 oder unmittelbar am
Fahrzeugrahmen 2 realisierbar ist.
In Fig. 7 ist in Seitenansicht ein Druckfederelement 4 dargestellt, das über besagte
Befestigungsmittel 27 mit dem am Fahrzeugrahmen 2 oder am Auflagebügel 58 be
festigbaren Halteblech 11 verbindbar ist. Das hier gezeigte Druckfederelement 4
weist oberseitig einen hieran anvulkanisierten Halteblechstreifen 28 auf, an diesem
über Befestigungsmittel 27 das am Fahrzeugrahmen 2 befestigbare Halteblech 11
fixiert ist. Das Halteblech 11 weist einen Vertikalabschnitt 29 mit einer Bohrung 30
zur Aufnahme von Befestigungsmitteln auf. Der Halteblechstreifen 28 befindet sich
oberhalb der in der Mitte des Hohlprofiles 9 des Druckfederelementes 4 vorgesehe
nen Ausnehmung 10. Wie in Fig. 8 gezeigt, entspricht eine Länge 14 des Halte
blechstreifens 28 in etwa einer Länge 13 der Ausnehmung 10. Das taillierte Hohlpro
fil 9 des Druckfederelementes 4 weist einen oberseitigen Verbindungssteg 17 und
einen unterseitigen Verbindungssteg 18 auf, der jeweils eine der Querdehnung des
Druckfederelementes 4 standhaltenden Dimensionierung ihrer oberen und unteren
Wanddicke aufweist. Die Wanddicken der ober- und unterseitigen Verbindungsste
ge 17, 18 können voneinander unterschiedliche Dimensionierungen aufweisen. In
einem taillierten Bereich 23 des Druckfederelementes 4 kann sich bei Belastung
desselben eine Innenfläche 24 der Aussparung 10 an eine Innenfläche 25 abstüt
zend anlegen. Hierdurch läßt sich eine Progression der Federkennlinie des Druckfe
derelementes 4 erzielen. Der taillierte, quasi knickfähige Bereich 23 des Druckfe
derelementes 4 befindet sich in etwa auf dessen Niveauhöhenhälfte. Das Druckfe
derelement 4 ist bedarfsweise auf der Seite des Halteblechstreifens 28 zusätzlich
über diesen mit einer formgebenden Pfanne 19 als Basisbegrenzung für das Druck
federelement 4 verbunden. Die Pfanne 19 kann ein separates Bauteil sein oder zu
sammen mit dem Halteblech 11 ein einzelnes Bauteil bilden. Durch die Pfanne 19
kann das Druckfederelement 4 im Bereich seiner Befestigung abgestützt und zusätz
lich fixiert sein. Die Verbindungsstege 17, 18 können gegenüber den übrigen Wand
dicken des Hohlprofiles 9 des Druckfederelementes 4 dünner ausgeführt sein.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Druckfederelement 4 ist an dessen Unterseite der Halte
blechstreifen 28 anvulkanisiert. Die Länge 13 der Ausnehmung 10 entspricht in etwa
der Länge 14 des Halteblechstreifens 28.
Die Streifenlänge 14 des Halteblechstreifens 28 ist im Verhältnis zur Gesamtlän
ge 13 des Druckfederelementes 4 relativ klein und dabei so gewählt, daß keine
Querdehnungen infolge Druckblastung die anvulkanisierte Bindefläche belasten.
Durch die Befestigung des Halteblechstreifens 28 nach den genannten Gesichts
punkten ist es möglich, eine extrem hohe Druckdeformation des Druckfederelemen
tes 4 bei minimalen Spannungen in der Bindefläche zwischen dem Halteblechstrei
fen 28 und dem Druckfederelement 4 zu erreichen. Hiermit wird erreicht, daß das an
den Halteblechstreifen 28 anvulkanisierte Druckfederelement 4 ein Querdehnungs
verhalten infolge Druckbelastung wie ein ungebundenes reines Gummiteil mit glei
cher Geometrie erreicht. Die Grundgeometrie des Druckfederelementes 4 ist so ge
staltet, daß sie ihre Aufgabenstellung voll erfüllt, ohne daß höhere mechanische
Spannungen in ihrem Elastomermaterial entstehen, als bei herkömmlichen Druckfe
derelementen. Über geometrische Ähnlichkeit kann diese Grundgeometrie des
Druckfederelementes 4 an verschiedene Belastungen und Einbausituationen ange
paßt werden. Weiterhin kann die Federkennlinie der Blattfedern 3 bei gleicher
Grundgeometrie des Druckfederelementes 4 über Variationen ihrer Länge 7 sowie
ihrer Shorehärte eingestellt werden. Die in Längsrichtung der Blattfeder 3 vorhande
ne große und in Querrichtung der Blattfeder 3 begrenzte Aufstandslänge kann durch
die rechteckige Aufstandsfläche 7 (Fig. 13) des neu entwickelten Druckfederele
mentes 4 optimal genutzt werden. Daher kann mit einem einzelnen Druckfederele
ment 4 die Federkennlinie von zwei herkömmlichen Druckfederelementen 51 erzielt
werden, ohne den durch die Breite der Blattfeder 3 begrenzten Bauraum zu über
schreiten. Außerdem wird bei gleicher mittlerer Druckdehnung und Federkennlinie
eine ca. 70%ig kleinere Aufstandsfläche des Druckfederelementes 4 wie bei Ver
wendung von zwei herkömmlichen Druckfederelementen 51 benötigt. Somit kann
das Druckfederelement 4, welches die über die Blattfeder 3 eingeleitete Aktions
kraft 54 (Fig. 3) aufnehmen muß, direkt im Bereich der Krafteinleitung an der Stelle
des maximalen Biegemomentes der Blattfeder 3 montiert werden. Dies bedeutet,
daß die Blattfeder 3 an der Stelle ihres maximalen Biegemomentes optimal unter
stützt und damit vor Überlastung geschützt wird. Aktionskraft 54 und Reaktionskraft
56 (Fig. 3) liegen somit auf einer gemeinsamen Wirklinie. Um die erforderliche Auf
lagefläche zur Aufnahme dieser Reaktionskraft 56 zu schaffen, können gegebenen
falls entsprechende Auflagebügel 58 verwendet sein. Durch Verwendung nur eines
Druckfederelementes 4 je Blattfederanordnung 3 ergeben sich erhebliche Logistik-,
Montage- und Kosteneinsparungen.
In Fig. 9 ist in Vorderansicht das Druckfederelement 4 mit dem unterseitig anvulkani
sierten, das Druckfederelement 4 überragenden Halteblechstreifen 28 gezeigt. Der
Halteblechstreifen 28 überragt mit seiner Breite 16 die Breite 15 des Druckfederele
mentes 4.
In Fig. 10 ist in Seitenansicht eine Variante eines Druckfederelementes 4 gezeigt.
Dieses weist unterhalb seiner Ausnehmung 10 ein anvulkanisiertes oder mit diesem
ein einziges Bauteil bildendes Paar von zueinander parallel angeordneten Gummi
lippen 12 auf, die eine mit den Blattfedern 3 fest verbundene Halteplatte 31 form
schlüssig umschließen. Zusätzlich zu dieser Befestigung des Druckfederelementes 4
mittels Gummilippen 12 können weitere, mit diesen zusammenwirkende Befesti
gungsmittel wie Schraubverbindungen oder dergleichen vorgesehen sein.
Fig. 11 zeigt in Schnittdarstellung eine Vorderansicht des Druckfederelementes 4
gemäß Fig. 10.
In Fig. 12 ist in Schnittdarstellung eine weitere Variante eines mit einem Halteblech
streifen 28 verbundenen Druckfederelementes 4 in Vorderansicht gezeigt. Das
Druckfederelement 4 weist eine seine Ausnehmung 10 einseitig verschließende
Gummihaut 21 auf. Diese kann entweder einteilig mit dem Druckfederelement 4 ge
bildet sein oder an diesem anvulkanisiert sein. Somit kann das Druckfederelement 4
vor Verunreinigungen oder Funktionsbeeinträchtigungen geschützt werden.
In Fig. 13 sind zwei Varianten von Druckfederelementen 51, 4 gezeigt. Die beiden
herkömmlichen, jeweils kreisförmige Aufstandsflächen aufweisenden Druckfe
derelemente 51 stützen jeweils paarweise die Blattfedern 3 gegen den Fahrzeu
grahmen 2 ab. Diese herkömmlichen Druckfederelemente 51 weisen projizierte Auf
standsflächen 57 mit verhältnismäßig großen Durchmessern 53 auf. In strichlinierter
Ausführung ist die projizierte, rechteckförmige Aufstandsfläche 7 eines erfindungs
gemäßen Druckfederelementes 4 gezeigt. Dieses weist gegenüber den herkömmli
chen Druckfederelementen 51 eine verringerte, projizierte Aufstandsfläche 7, sowohl
im unbelasteten als auch im belasteten Zustand auf. Somit wird in vorteilhafter Wei
se sowohl geringerer Bauraum als auch geringerer Bauteilaufwand benötigt.
In Fig. 14 ist in Vorderansicht ein mit einer Halteplatte 31 verbundenes Druckfe
derelement 4 gezeigt. An der Halteplatte 31 ist ein die Blattfeder 3 und Teile der
Fahrzeugachse 1 umschließender Haltebügel 33 angeordnet.