DE2030533A1

DE2030533A1 - Zusammengesetzte Blattfeder

Info

Publication number: DE2030533A1
Application number: DE19702030533
Authority: DE
Inventors: N Brownyer
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1970-06-20
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1291893A; FR2052404A5; SE372202B; US3586307A

Description

Zusammengesetzte Blattfeder

Die Erfindung bezieht sich, auf zusammengesetzte Blattfedern für Straßenfalirzeuge, "bei denen Metallfederblätter und nichtmetallische Federblätter aus Plastik in einer besonderen Konstruktion kombiniert sind.

Federblätter aus Plastik sind wesentlich leichter, billiger und im wesentlichen korrosionsbeständig im Yergleich, zu den üblichen Stahlfederblättern, die gegenwärtig für Fahrzeugfederungen verwendet werden. Aus diesen Gründen und da ein Federblatt aus Plastik leicht in eine bestimmte Form mit gewünschten Eigenschaften durch Gießen oder anderes Formen gebracht v/erden kann, haben sich zahlreiche Forschungen mit der Entwicklung von Federblättern aus Plastik für Fahrzeugfederungen beschäftigt. -

Federn mit mehreren Blättern, die aus verstärkten Plastikblatteilen bestehen, wie·sie in der U.3*-Patentschrift Er. 5 142 598 beschrieben sind, haben sich nicht eingeführt, da sie eine unzureichende Festigkeit haben, um einem normalen Verschleiß und Stoßen "bei einem Fahrzeug zu widerstehen und

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cia sie nicht die wünschenswerten Biegeeirencchyi" Lon ohne ein übermäßiges Volumen aufweisen, Die Bi'atteile unterliegen auch örtlichen Schnitten oder Formveränderungen, wodurch sich Zonen ergeben, die ein Versagen beim Betrieb ermöglichen.

Es wurde auch vorgeschlagen zusammengesetzte Federn zu verwenden, bei denen geschichtete !.letallblätter durch Lagen von nachgiebigem material, beispielsweise Gummi oder Zwischenlagen aus Plastik, die zwischen Flächen von gleichem Umfang angeordnet sind, miteinander verbunden sind, wie dies in den U.S.-PatentSchriften Kr. 3 053 527, 3 204 944, 2 597 299, 2 987 308,-2 559 105 und 2 882 043 beschrieben ist. Die Ü.S.Patentschrift l;r. 3 376 033 zeigt eine zusammengesetzte Feder, bei der der Mittelteil aus Plastik besteht und das Blatt starre Letallverlängerungen an den Enden hat, um die Feder an dem Rahmen anzubringen.

Die oben genannten Patentschriften zeigen die zahlreichen Bemühungen, gegossene oder auf andere Weise geformte Plastikfederteile für eine Verwendung in Fahrzeugfederungen zu entwickeln oder anzupassen. 7/ährend in jeder der Patentschriften bestimmte- besondere· Vorteile beschrieben sind, so zeigt doch keine eine vollständige Lösung des allgemeinen Problems.

Die Erfindung stellt durch die Schaffung einer neuen zusammengesetzten Metall- und Plastikblattfeder eine wesentliche Verbesserung über den bisherigen Stand der Technik dar. Die zusammengesetzte Blattfeder hat die Festigkeit und Lebensdauer einer Blattfeder nur aus Metall. Gleichzeitig enthält sie aber auch die Vorteile des Elastizitätsmoduls, den ein Plastikblatteil aufweist.

Die Hauptaufgabe der Erfindung ist,eine zusammengesetzte Blattfeder zu schaffen, bei der ein Metallfederblatt, vorzugsweise aus Federstahl, und ein. in erster Linie aus Plastik bestehender Blatteil nur an den Enden, wo sie an dem Fahrzeug-

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icr.fOr oder dem -rahmen angebracht werden können, und an den «.ittelteilen miteinander verbunden sind, wo sie an die Achse angebaut werden können. Die End- und Mittelteile der 31ätter stehen nur in einer metallischen Berührung,und die Bereiche von gleichem Umfang der Blatteile zwischen den End- und Llittelteilen sind berührungsfrei. Der Flastikblatteii ist da, wo er mit dem ä'.etallblatteil und der Achse verbunden ist, gegen ein Zerreiben geschützt.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar sind:

Fig,1 eine Seitenansicht einer an einer Achse angebrachten zusammengesetzten verstärkten Feder gemäß der Erfin·*· dung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die in Fig.1 gezeigte Feder,

Fig.3 eine vergrößerte Seitenansicht im Ausschnitt, wobei Teile v.-esgebrochen und Teile im Schnitt dargestellt sind, die die Anbringung der Feder an einer Achse zeigt,

Fig.A eine vergrößerte hauptsächlich längs der Linie 4—4 der Figo geschnittene Darstellung,

Fig.5 eine vergrÖ3erte Seitenansicht, die e-ine Verbindung eines Federendes an dem Fahrzeugrahmen zeigt,

Fig.6 ein Ausschnitt längs der Linie 6-6 der Fig.5,

Fig.7 eine. Draufsicht auf ein einzelnes verstärktes Plastikblatt,

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Fig.8 eine Seitenansicht des Plastikblattes der Fig.7,

Fig.9 ein vergrößerter Ausschnitt längs der Linie 9-9 der Fig.8,

Fig.10 und 11 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf das Stahlblatt und · ■

Fig.12 ein Schnitt gleich dem der Fig.4, der ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt.

Die Erfindung ist in ihrer bevorzugten Form dargestellt, wie sie beispielsweise in einer Fahrzeugfederung 11 enthalten ist, die zwischen einem Fahrzeugrahmen 12 und einer quer verlaufenden Achse 1'3 angeordnet ist. Dabei handelt es sich bei der Achse IJ um einen festen Achsträger einer Vorderachse. Als Ausführungsbeispiel könnte auch das feststehende Gehäuse einer Antriebsachse verwendet werden.

Die Federung 11 besteht im wesentlichen aus zwei Federblättern 14- und 15 von im wesentlichen gleicher Länge. Diese Federblätter sind an ihren Mittelteilen fest miteinander verbunden und durch eine Vorrichtung 16 mit einer Druckplatte ist der Mittelteil der Feder an der Achse angebracht. Die ge-" genuberliegenden Enden der Feder sind durch gleiche Aufhängungen 17 an den Enden mit dem Rahmen verbunden. Beispielsweise ist an einem Ende die Aufhängung I7 an einer festen Schwenkachse 18 an dem Fahrzeugrahmen 12 angelenkt und an dem anderen -&nde ist die Aufhängung- 17 durch eine Schwenkachse 18' mit einer Lasche 20 verbunden, die an einer anderen festen Schwenkachse 18 an dem Rahmen angelenkt ist.

Das obere Federblatt 14 ist vorzugsweise ein einstückiger Teil aus Stahl von einer für Fahrzeugfederblätter üblicherweise verwendeten Qualität. Das Federblatt 14 hat gemäß Fig.9 und 10 vorzugsweise eine konstante Breite und eine kon-

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stante Dicke. Die gegenüberliegenden Enden sind entgegengesetzt umgerollt, um zylindrische Schwenkaugen 19 zu bilden, die schwenkbar die Achse 18 bzw. die Achse 18' der Lasche 20 umgeben. In der Mitte hat der Teil 14 eine Durchgangsbohrung 21 für einen Bolzen.

Das untere Federblatt 15"ist ein länglicher Teil 22, der aus einer einstückigen Länge aus festem hartem zähem Plastik besteht, das mit Glasfasern oder anderem überall verteiltem ■ Material verstärkt ist. Das Federblatt 15 hat vorzugsweise gemäß Fig.7 und 9 eine konstante Breite und eine konstante Dicke. An dem Mittelteil des Teiles 22 ist die Vorrichtung 16 mit einer Druckplatte befestigt. Die Aufhängungen 17 an den Enden sind vorzugsweise auf den Enden des Teiles 22 vor dem Zusammenbau der Blätter zu der kompletten Federung befestigt. '

Die Vorrichtung 16 mit einer Druckplatte besteht aus einer i"etallplatte 20 mit einem den Teil 22 umfassenden, im wesentlichen U-förmi gen Abschnitt. Dieser Abschnitt besteht aus einem Steg 23, der sich über die Breite des Teiles 22 über dessen obere Fläche erstreckt und auf gegenüberliegenden nach unten gerichteten Schenkeln 24, die -im gleichen Umfang die gegenüberliegenden Seitenkanten des Teiles 22 berühren. Gemäß Fig.4 erstreckt sich eine feste Metallplatte 26 quer über die Unterseite des Teiles 22, wobei auch die Schenkel 24 über die offene Seite des U-förmigen Abschnittes überbrückt sind.

Zwischen der oberen glatten Fläche des Teiles 22 und der unteren glatten Fläche des Steges 2$ ist ein Streifen 27 von gleichem Umfang .aus kompressiblem und vorzugsweise nachgiebigem Material, beispielsweise synthetischem Gummi, zwischengeschaltet. In gleicher Weise ist ein Streifen 28 von gleichem Umfang aus kompressiblem,vorzugsweise nachgiebigem Material, beispielsweise synthetischem Gummi, zwischen die glatte Unterseite des Teiles 22 und die glatte obere Seite der Platte

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26 gelegt. Die Streifen 27 und 28 sind auf die-Flächen des Teiles 22 aufgeklebt.

Der Stegteil 23 und die Platte 26 arbeiten auf diese '.Veise zusammen, um eine feste kastenartige Umschließung für den Mittelteil des Plastikblattes zu bilden. Die Streifen 27 und 28 sind zwischen dieser festen Umschließung und dem Teil 22 fest zusammengepreßt. Die Größe dieser Zusammenpressung kann durch eine genaue Bemessung der in Berührung stehenden einschließenden Teile bestimmt werden.

Gemäß Fig.4, 7 und 8 sind vier ketallösen,29 mit ihren inneren Enden, beispielsweise durch Schweißen, an den Schenkeln 24 befestigt und diese ösen bilden bei der angebauten federung U-förmige Bolzenführungen, wobei zv/ei seitlich fluchtende Paare solcher Ösen vorhanden sind.

Die obere Fläche 31 des Steges 23 ist eben und glatt und sie steht nach dem Zusammenbau mit der unteren glatten Fläche 32 des L'etallblattes 14 in einer metallischen Berührung über die ganze Fläche.

Ein Streifen 33 aus hartem glattem Plastik liegt in der Vor- ψ richtung mit einer Druckplatte auf der oberen Fläche des Letallfederblattes 14. Der Steg 23, der Plastikblatteil 22 und die Platte 26 haben Löcher 3O₁ 34 bzw. 35 für einen Bolzen, die mit dem Bolzenloch 21 fluchten. Sin Bolzen 36 steht mit seinem vergrößerten Kopf 37 mit der Unterseite der Platte 26 in Eingriff und er trägt auf seinem Gewindeende 39 eine Lutter 38. Die Mutter 38 ist fest gegen den Streifen 33 geschraubt und sie hält die Federblätter bei einer Teilmontage vor einem Zusammenbau zu der Fahrzeugfederung.

Bei der Teilmontage sind die nachgiebigen Streifen 27 und 28 fest zusammengepreßt. Eine solche Zusammenpressung ist Jedoch durch einen Eingriff der Platte 26 "nit den unteren Enden der

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Cchenkel 2^ begrenzt. Die Streifen 27 und 2S dienen dazu, ie:; «.itteiteil- des Teiles 22 von einer Berührung sit des hürteren Metall des Steges 23 und der Platte 26 zu isolieren, um dadurch die angrenzenden Flächen des Blattes 22 vor Schnitten, Kratzern oder anderen örtlichen Beschädigungen oder Verformungen zu schützen, die zu Zonen von örtlichen Materialermüdungen beitragen kennen,wenn sich d:jj- Blatt irr. Betrieb biegt. In gleicher .Veise schützt in. der Verrichtung ein Plastikband 33 die glatte obere Fläche des -etallblattes 14.

Es sei bemerkt, daß aas Letailblatt 14 und der Steg 23 an der Grenzfläche 3"·» 32 über die ganze Fläche aufeinanderliegen und da.3 der Blatteil 14 die Fläche des rlastikblattes 22 nicht berührt. Somit ist an der Vorrichtung mit einer Druckplatte in den: Mittelteil der Federung die relativ weniger harte i'lastikfeder gegen ein Zerreiben geschützt, indem sie seitlich durch den im allgemeinen rechteckigen festen Körper umschlossen ist, der aus dem Steg 23,den Schenkeln 24 und der Platte 26 gebildet ist. Zwischen den mittleren Bereichen der Blätter 14 und 15 tritt nur eine metallische Berührung auf.

Falls erwünscht, kann die feste Umhüllung aus einem einzelnen Metallband gebildet sein, das sich um den Mittelteil des Teiles 22 erstreckt.

Im eingebauten Zustand klemmen z',vei TJ-fcrmige Eolzen 41 die Blattfedern zusammen und an die Achse 15· Gemäß ^xig.4 hat -eder Bolzen 41 einen Steg 42, der sich seitlich über die obere Fläche des Bandes 33 erstreckt. Der Bolzen 41 hat weiterhin parallele Schenkel 43, die sich senkrecht nach unten durch die Csen 29 und durch Öffnungen 44 in dem Flansch der Achse erstrecken. Zur Befestigung dienen Federringe und Muttern 45_r die auf die mit Gewinde versehenen unteren Enden der Schenkel 43 gesehraubt sind. Der Befestigungsbolzen für die Federblätter befindet sich bit seinem Kopf 37 in "einer.

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Vertiefung 47 in der Achse und die glatte Platte 26 liegt mit ihrer ganzen Fläche auf der glatten-oberen 1? Iac he 48 der Achse«,

Wenn die Muttern 45 festgezogen sind, ist der Mittelab-' schnitt der Federung mit der Achse 13 fest verbunden. Das Plastikband 33 schützt die obere Fläche der Blattfeder 14 gegen eine Berührung mit und vor einer Beschädigung durch die ü-förmigen Bolzen. Die Kleminkraft wird",gleichgültig wie fest die Muttern 45 angezogen sind, durch die Vorrichtung 16 mir einer Druckplatte aufgenommen und der Mittelabschnitt des Plastikfederblattes kann nicht zerrieben oder beschädigt weraen.

GemäP. ?ig.1, 2 und 5 besteht jede der Aufhängungen 17 der Endkappen an den gegenüberliegenden Enden des Plastikblattteiles 22 aus einer einstückigen Klammer 50 aus Blech. Diese Klammer hat einen Steg 5^ » der über die obere Fläche des Plastikblattes 22 übersteht und an den Seiten des Steges ab- _ v/ärtsgerichtete parallele- Schenkel 52, die mit den Seitenkanten des Blattes 22 in Singriff stehen. Vorzugsweise sind die Klammern 50 durch ein Oberflächenbindemittel aus Epoxyd oder durch einen gleichwertigen, zwischen den Flächen aufgebrachten Piastikbinder an den Enden des Blattes 22 angebracht. Auf diese Weise sind die Klammern 50 mit dem Blatt 22 fest verbunden.

Der Steg hat in Sichtung auf das angrenzende i*nde des Blattes 22 eine sich längs erstreckende Verlängerung. Diese Verlängerung ist in ein entgegengesetzt gebogeO.es gewölbtes Halteauge 53 ausgebildet, das gemäß Fig.5 sich in der zusammengebauten Feder mit einem wesentlichen Spielraum um das zylindrische Auge 19 an dem Ende des Metallfederblattes erstreckt. ·

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Das gewölbte Auge 53 besteht, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt, aus vorderen und hinteren kreisförmig gebogenen Teilen 54 bzw. 55, die sich zu dem Auge 19 im Abstand befinden, um im Betrieb irgendeine erforderliche relative Längsbewegung zwischen den Enden der sich relativ zueinander biegenden Federblätter zu ermöglichen. Gemäß ^ig.6 hat die glatte untere Fläche 32 des Metallfederblattes 14 eine über die ganze Fläche gleitende Berührung mit der glatten oberen Fläche 56 des Steges 51. Es besteht keine Flächenberührung zwischen dem Metallfederblatt 14- und dem Plastikteil 22.

Fig.12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der gleiche Teile gleich beziffert sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwischen dem umschließenden festen Band und dem Plastikfederblatt keine Gummistreifen zusammengepreßt. Diese Konstruktion kann bei der Verwendung von besonders harten Plastikfederblättern eingesetzt werden.

Bei der Federung der Erfindung sorgt das Metallblatt für eine Festigkeit und einen V/iderstand gegen die vertikalen Scherkräfte, die auf die Federung wirken,und das geformte Plastikblatt sorgt für den vorgesehenen Federwert. Da die Federblätter mit Ausnahme an den Mittel- und Endteilen sich nicht berühren, führen sie ihre zusammenwirkenden Funktionen ohne Beeinträchtigung der Biegung der Federung aus und die Verbindung der Metall- und Abstandsteile im gleichen Umfang, die bisher notwendig war, ist bei einer bedeutenden Verbesserung im gesammten Betriebsverhalten vermieden.

Beide Blattfedern sind gegen eine Oberflächenbeschädigung geschützt und die Blattfedern kommen insbesondere an ihren Enden nur mit Verschleißberührungsflächen aus ^etall in Eingriff. Die dazwischenliegenden Teile befinden sich effektiv im Abstand voneinander, wobei der Abstand durch die Dicke der Stege 23 und 51 bestimmt ist.

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iVUhrenc". zum Halten der Teile beim .Zusammenbau bei den vorhergegangenen Ausführungsbeispielen ein Llittelbolzen Jo verwendet wurde, kann durch Gießen oder Anbringen von I..etallwarzen oder -stiften auf andere V/eise in die Trennschichten 27 und 28 auf einen solchen Llittelbolzen verzichtet werden. Die Aletallwarzen oder -stifte sollen dabei eine gute Befestigung der Plastikteile 22 an der festen I.Ie — tallumschließung an der Druckplatte 16 durch Reibung bilden. Die U-förmigen Bolzen 41 klammern den Mittelteil des !.'.etalifederblattes 14 ausreichend an die Vorrichtung mit einer Druckplatte.

Unter dem Ausdruck Plastik ist in der Anmeldung ein Material aus Kunststoff zu verstehen.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü c h e

" . Zusainxengese.tste Blattfeder zur Anordnung insbesondere zwischen einen Fahrzeugkörper und einer Fahrzeugachse, gekennzeichnet durch zwei einzelne 31attfedern von. e-tv/a bleichen Abmessungen, von denen eine eine Metaliblattfeder von etv.a konstanter 3reite und konstanter Idcke i^t und das andere Federblatt eine et;va konstante 3reite hat und hauptsächlich aus hartem zähein federndem Kunststoff oder Plastik besteht, durch Mittel an den gegenüberliegenden Enden der beiden Blätter zum Anschlug an den Fahrzeugkörper und durch Mittel zur festen Verbindung der Mittelteile der beiden Federblätter miteinander und mit der Achse, wobei die Teile der Blattfedern, die sich in Längsrichtung zwischen den Verbindungsmittel^ zur Anbringung des Mittelteils und der Enden erstrecken, frei von einer Flächenberührung sind.

2. Blattfeder nach Anspruch "., dadurch gekennzeichnet;, daß das andere Federblatt aus einer, einstückigen Flastikblatt besteht und daii die Vorrichtung zur Befestigung der Blätter "ineinander aus festen Mitteln bestehen, die sich um den Mittelteil des Plastikbiattes erstrecken.

3- Blattfeder nach Anspruch "., dadurch gekennzeichnet, da3 das Metallblatt ein einstückiges Stahlteil mit Sch;venkaugen an den Enden zur Anbringung an dem Fahrzeugkcrper ist.

M-. Blattfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daf: das Fiastikbiatt ein geformter Plastikteil ist und daf: die feste Vorrichtung ein.gehäuseartiger Metallteii ist, der den veil des Plastikblattes schützend umschiieBt

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5· Blattfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Littelteil gegen Zerreiben in der zusammengesetzten Blattfeder durch eine feste Umschließung in der Befestigungsvorrichtung geschützt ist und daß sich zwischen der Umschließung und dem Mittelteil des Plastikblattes ein nachgiebiges Polstermittel befindet.

6. Blattfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung an dem Ende des Plastikblattes aus einem einstückigen Metallteil besteht, der für eine Berührung mit der benachbarten Fläche des Metallblattes ·

) eine Gleitfläche hat.

7. Blattfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblatt an -gegenüberliegenden -^nden zur schwenkbaren Befestigung an dem Fahrzeugkörper Augen hat und daß jedes der Metallteile auf dem Plastikblatt einen gebogenen Teil hat, der sich frei hin- und herbewegbar um das benachbarte Auge erstreckt.

6. Zusammengesetzte Blattfeder für eine Fahrzeugfederung, gekennzeichnet durch sich über den gleichen Umfang erstreckende Blätter, die im wesentlichen aus Stahl bzw. verstärktem nichtmetallischem hartem federndem Plastik ausgebildet " sind, durch Vorrichtungen zum Befestigen der Teile miteinander an ihren Mittel- und ündteiien in einer metallischen Berührung, die aus an dem Plastikteil befestigten metallteilen besteht und die einen Eingriff über die ganze Fläche mit dem Metallblatt hat, wobei die übrigen Blattabschnitte sich nicht miteinander berühren.

9· Blattfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil an dem Mittelteil des Plastikblattes aus einem festen hohlen Körper besteht, der schürzend den Mittelteil umfaßt und auf den der Mittelteil des ■"•etallblattes bei einer Berührung über die ganze Fläche geklammert ist.

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10. Blattfeder nach. Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter an den Mittelteilen durch U-förmige Bolzen an der Achse befestigt sind, wobei die U-förmigen Bolzen Stege haben, die sich über den Metallteil erstrecken und parallele Schenkel haben, die sich durch Seitenführungen an dem hohlen Körper erstrecken«

11. Blattfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile mit dem Metallblatt mit einer Gleitfläche in Berührung stehen.

12. Blattfeder für eine Fahrzeugfederung, gekennzeichnet durch ein einstückiges Blatt aus hartem zähem Plastik mit einer im wesentlichen konstanten Breite, durch einen Befestigungsteil aus einem abriebfesten, relativ starren Material, der schützend einen Mittelteil des Federblattes umgibt und durch Endbefestigungsteile aus Metall, die an den gegen-

. überliegenden Enden des Federblattes befestigt sind, wobei die Befestigungsteile für die Mitte und die Enden Oberflächen für einen relativ breiten metallischen Berührungsbereich mit einem Metallfederblatt in der Federung von im wesentlichen gleichem Umfang haben.

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