DE2131408A1

DE2131408A1 - Verstellbare Federung

Info

Publication number: DE2131408A1
Application number: DE19712131408
Authority: DE
Inventors: Burgt Gerrit Johan Van Der; Johannes T Hart; Jacob Schrier
Original assignee: BURGT GERRIT JOHAN VAN DER
Current assignee: BURGT GERRIT JOHAN VAN DER
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1972-01-20
Also published as: BE769625A; FR2100284A5; GB1362381A; US3767181A

Description

Serrit Johan van der Bürgt, Pi.jnacker, Holland, Hoflandstraat Johannes 't Hart, Pijnacker, Holland, Vuurdoornlaan 39 Jacob Schrier, Rotterdam, Holland, Iependaal 188

" Verstellbare !Federung ".

j)ie Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare Federung mit einem Hebelmechanismus mit Lastangriffspunkt und Federangriffspunkt, wobei der Mechanismus ein effektives Übertragungsverhältnis zwischen der Verstellung des Lastangriffspunktes und der Verstellung des Federangriffspunktes bewirkt, und die in diesem Punkt angreifende Feder der Verstellung des Lastangriffspunkts in der Kraftrichtung der Last entgegenwirkt.

ßekaxinte verstellbare Federungen beruhen im allgemeinen darauf, daß zur Verstellung bei kleiner oder größer gewordener Last der Angriffspunkt der Feder in dem Hebelmechanismus derart verstellt wird, daß das Effektivmoment der Feder und damit die Reaktionskraft an der Stelle des Lastangriffspunktes kleiner oder größer wird. Damit ist jedoch nur eine beschränkte Verstellung möglich.

Die irfindung bezweckt,eine billig herzustellende Federung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der sich bei unterschiedlichen Werten der Last eine diesen jeweils angepasste Federsteifigkeit erzielen lässt.

Die Erfindung bezweckt weiter eine Federung für solche Vorrichtungen zu schaffen, bei denen die auf der Federung aufruhende Last einer relativ starken Schwankung z.B. zwischen 100 und über 200$ unterworfen ist. Das ist vor allem der Fall bei den Hauptfedern mancher Straßenfahrzeuge, jedoch auch bei gesondert abgefederten Fahrersitzen auf Landmaschinen - und

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Industrietreckern, Krankenbahren in Krankenwagen usw.

Die Erfindung erstreckt sich mithin auf ein Fahrzeug und andere Vorrichtungen, die mit wenigstens einer Federung gemäss der Erfindung versehen sind.

Bei der Federung gemäss der Erfindung wird durch Einstellbarkeit des effektiven Ubertragungsverhältnisses des Hebelmechanismus eine Massenfederung geschaffen, deren Eigen frequenz durch Verstellung von Hand oder mit einem Stellmotor gemäss einem bestimmten gewünschten Verhältnis zu der Last der Federung geändert werden kann und wobei durch diese Verstellung die Eindrückung der Federung und damit der Abstand der Last von einer Referenzebene konstant gehalten werden kann.

Eine Vorzugsausführungsform gemäss der Erfindung wird gekennzeichnet durch einen zwischen dem Lastangriffspunkt und dem Federangriffspunkt angeordneten Winkelhebel, der mit Führungsorganen zusammenwirkt, um infolge der Verstellung des Lastangriffspunkts eine Translations- und eine Rotationsbewegung zu machen, wobei die Wirkung der Führungsorgane einstelbar ist.

Wie aus theoretischen Studien folgt und in der Praxis befestigt wird, ist die Schwingungsisolation einer Federung von dem Verhältnis anstossende Frequenz/Eigenfrequenz der Federung abhängig und besser je nachdem dieses Verhältnis weiter über \f~2 hinauskommt. Das gilt für einfache harmonische Schwingungen, erweist sich jedoch auch als für Fahrzeuge geltend. Bei Fahrzeugen, deren Beladung stark schwanken kann, schwankt bei einer linearen Feder zwischen Rädern und Körper die Eigenfrequenz stark in dem Sinne, dass bei leerem Fahrzeug die Stossisolation stark zurückbleibt im Vergleich zu der beim beladenen Fahrzeug. Wenn unter Vereinfachung für das Betragen des ganzen Fahrzeugs (ohne Dämpfung)

gelten darf, in welcher Formel G das Gewicht in kgf, c die Federsteifigkeit in kgf/cm und g = 98O cm/Sek. die Beschleunigung der Schwerkraft ist, ist die Frequenz in Hz f " V — proportional.

Die genannten und anderen Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Zeichnung erläutert.

Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine verstellbare Federung nach bekannten Ausführungsformen; Fig. 1a und 1b je eine Federung nach dr»r Erfindung;

Fig. 2, 3t 3a, 4 und 5 je eine jeweils weiterentwickelte Federung gemäss der Erfindung;

Fig. 6 die Federung nach Fig. 5 in anderer Lage;

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Pig. 7 eine andere Federung gemäss der Erfindung; Fig. 8 und 9 je eine Abwandung der Federung nach Fig. 1;

Fig. 10 eine der AusfUhrungsform nach Pig. 7 entsprechende Ausfuhrungs form in praktischer Aufstellung;

Fig. 11 eine Weiterentwicklung einer Federung gemäss der Erfindung;

Fig. 12 und 13 eine andere Ausführungsform der Federung nach der Erfindung im Schaubild bzw. in Draufsicht;

Fig. 14 eine Weiterentwicklung der Federung nach den Figuren 12 und 13; und

Fig. 15 ein Fahrzeug mit einer praktisch ausgeführten Federung gemäss der Erfindung.

Bas Prinzip bekannter Ausführungsformen einer verstellbaren Federung wird schematisch in Fig. 1 angegeben. Auf dem freien Ende eines um eine Mittellinie 4 schwenkbar in einem Gestell 5 gelagerten Hebels 2 ruht an einer Angriffsstelle 4I fur die Last ein Gewicht 1 auf, das grössenvariabel ist. Ein erster Abstand a zwischen der Angriffsstelle 4I und der Mittellinie 4 ist hierbei konstant.

Eine Feder 3 ist aufgenommen zwischen zwei Stützorgane 27 und 32, von denen das eine Stützorgan 27 sich als ein Wagen auf der Grundfläche 42 des Gestells 5 abstützt, und das andere Stützorgan 32, das durch eine tiolle gebildet wird, ein an dem Hebel 2 angreifendes Organ ist. Bas Stützorgan 32 ist das freie Ende eines Schwenkarmes 5O1 eier ebensowie der Wagen 27 zu einer in Längsrichtung des Hebels 2 verstellbaren Halterung 26 geh'drt, die an Verstellmitteln, gebildet durch eine in einem Stuhl 5I eingeschraubte Schraubenspindel 9 ^mi"t einer Kurbel 10 befestigt ist. Die Angriffsstelle 52 für die Feder 3 an dem Hebel 2 befindet sich in einem variabelen weiten Abstand b von der Hittellinie 4* Das Gewicht 1 kann in dem nominalen Zustand der Federung, wobei die Schwingungamplitude nihil ist in einem konstanten Niveau über der Grundfläche 42 gehalten werden, dadurch, dass eine Schraubenfeder 3» die in dem nominalen Zustand über einen konstanten Abstand zusammengedrückt ist und dadurch immer dieselbe Kraft ausübt, in Längsrichtung des Hebels 2 verstellbar ist und in Abhängigkeit von der Grosse des Gewichts 1 in einen solchen Abstand b von der Mittellinie 4 gebracht wird, dass die nominale Winkellage d des Hebels 2 in bezug auf die Referenzwinkellage η dieselbe ist. Nimmt die Feder 3 ihre Ideallage ein, kann das Gewicht 1 auf die Feder 3 Schwingungen übertragen, deren Eigenfrequenz bei variabelem Gewicht dem Wurzel aus dem Hebel'verhältnis b/a proportional ist, sich also mit niedriger werdendem Gewicht 1, das die verstellbare Feder 3 belastet, senkt.

Bei der Ausfuhrungsform einer verstellbaren Federung gemäss der

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Erfindung, die schematisch in Fig. 1a wiedergegeben ist, ist nicht der Abstand b einstellbar, sondern der Abstand η. Dazu ist da.s Gewicht 1 einem Hilfshebel 53 aufgelegt, der schwenkbar um die Mittellinie 54 in dem Gestell 5 gelagert, ist, während der Hebel 2 um einen in Abstand von der Kittellinie 54 liegenden Punkt 4 scharnierbar ist. Die Angriffsstelle 41 für die Last in Längsrichtung des Hebels 2 ist verstellbar, dadurch dass eine Stützrolle 55 eines Schiebestücks $6 mit einer Schraubenspindel 9 verstellbar ist.

In der in Fig. 1b wiedergegebenen Aus füh rungs form gernäss der Erfindung ist das Hebelvarhältnis b/a einstellbar, dadurch,dass die Mittellinie 4, in bezug auf welche der Hebel 2 schwenkbar in bezug auf das Gestell 5 gelagert ist, in Längsrichtung des Hebels 2 verstellbar ist. Dazxi ist die Gewindespindel 40 aufgenommen in eine mit einem Betätigungsorgan 10 versehene Stellmutter 5^i di.^e auch als Kugel 57 eines Schwenklagers 59 ausgeführt ist, das seinerseits in Längsrichtung des Hebels 2 in bezug auf des Gestell 5 geführt ist.

Bei der weiter gemäss der Erfindung entwickelten Federung nach Fig. 2 ist die Eigenfrequenz des Gewichts 1 auf den Hebel 2 dadurch steuerbar, dass man ausser dem zweiten Abstand b auch die Vorspannkraft der Feder 3 regelt. Dazu ist das Stützorgan 27 auf einer Kurvenfläche 30 oder 31 und 33 abgestützt, die einen spitzen Winkel 28 bzw. 29 mit dem Hebel 2 einschliessen.

Die Weise der Verstellung, wobei die Vorspannkraft linear mit dem Abstand b verläuft und nihil ist, wenn b Null ist, ergibt eine konstante Eigenfrequenz bei variabeler Gewichtsbelastung und bei konstanter Winkellage d .

Bei verstellbaren Federnden nach den Fig. 1 und 2 cagt vor allem bei Benutzung langer Schraubenfedern 3 clie Konstruktion weniger zu als die nachfolgenden weiterentwickelten Federungen.

Gemäss der Erfindung wird deshalb der Hebelmechanismus vorzugsweise nach Fig. 3 ausgeführt, wobei die Halterung 26 durch einen Winkelhebel 6 gebildet wird. Bei dieser Federung wirkt die (nicht eingezeichnete) Last auf die an dem freien Ende des Hebels 2 angeordnete Angriffsstelle 41 ein, welcher Hebel 2 zwischen zwei Anschlägen 11 und 12 geschwenkt werden kann, während das andere Ende scharnierend um die Mittellinie 4 in dem Gestell 5 gelagert ist.

In diesem Gestell 5 hat auch die Feder 3, die hier als Schraubenfeder wiedergegeben ist, jedoch auch von einem anderen Typus sein kann, eine Stützfläche Yy, die ein Stütsorgan bildet. Die Schraubenfeder drückt · mit ihrem anderen Ende auf ein on dem Arm 20 d«s Winkelh^bels 6 angeordnetes

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StUtzorgan 34· Dieser Winkelhebel 6 ißt in der Mitte gelagert auf einem im Längsrichtung des Hebels 2 entlang das Gestell 5 verstellbaren Drehpunkt '/» während an dem a.nderen Arm ?1 des Winkelhebels C eine um eine Achse 22 drehbare Rolle 8 befestigt ist, die an der Stelle der Angriffsstelle 52 als ein Angriffsorgan auf den Hebel 2 drückt. In Pig. 3 ist zur Verstellung des Lagers 23 des Drehpunkts 7 eine Gewindespindel 9 vorgesehen, die schematisch wiedergegeben ist und welche sich mit einer Kurbel 10 drehen lässt.

Die Wirkung der Federung nach Pig. 3 ist folgende.

Ist der Drehpunkt 7 ganz nach links gebracht, ist die Vorspannung der Feder 3 minimal, hat sie ja dann ihre grösste Länge. Die Kraft der Feder 3 wird über die Rolle 8 auf den Hebel 2 übertragen, gemäss dem Verhältnis der Längen der Arme 20 und 21 des Winkelhebels 6.

In dieser Lage befindet sich die Rolle 8 in dem kürzesten Abstand

von dem Drehpunkt 4j so dass das Hebelverhältnis a/b den kleinsten Wert hat. λ Gesetzt, dass in diesem Falle das Produkt a χ L der Zugkraft L der Last und des Armes a wesentlich grosser ist als das Produkt b χ R des Rollendrucks R und des Armes b, so wird der Hebel 2 nach oben verstellt, bis er an den Anschlag 11 anst'dsst. Nunmehr wird durch Drehen der Schraubenspindel 9 der Drehpunkt 7 des Winkelhebels 6 nach rechts verstellt, wodurch die Rolle 8 eine grössere Armlänge b auf dem Hebel 2 erhält, jedoch ausserdem die Feder 3 weiter eingedrückt wird und eine grössere Kraft entwickelt.Das Lager 23 wird verstellt, bis die Lage des Drehpunkts 7 eine solche ist, dass der Hebel 2 in der Mittellage zwischen den Anschlägen 11 und 12 steht. Wenn durch Verringerung der Last L in einer bestimmten Lage des Drehpunkts 7 der Hebel 2 sich an den Anschlag 12 legt, wird der Drehpunkt 7 in entgegengesetztem Sinne, in Fig. 3 mithin nach links verstellt.

Die Federung nach Fig. 3a entspricht der nach Fig. 3 jedoch ist zur % Einstellung des Hebels 2 bis in eine Mittellage zwischen den Anschlägen und 12 ein Taster 24 vorgesehen, der einen Motor 25 zur Einstellung des Lagers 23 betätigt und dass eine andere Führung des Drehpunkts 7 gewählt worden ist. Der Drehpunkt 7 ist an einem Führungsarm 13 befestigt, der um einen fest an dem Gestell befestigten Drehpunkt 14 scharniert. Der Drehpunkt 14 hat eine solche Stelle, dass die Achse J, um welche sich der Winkelhebel 6 schwenkt, eine ungefähr in Längsrichtung des Hebels 2 gerichtete Bahn beschreibt.

In Fig. 4 ißt eine andere mechanische Ausführung der Federung nach der Erfindung wiedergegeben, wobei obige Rolle 8 durch einen um den Winkelhebel 6 angeordneten Gleitschuh 15 ersetzt worden ist. Um zu vermeiden, dass bei allen Pederbewegungen des Hebels 2 der Gleitschuh I5 über den Hebel 2 gleiten sollte, ist der Winkelhebel 6 r.icht unmittelbar mit dem

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in bezug auf das Gestell 5 verstellbaren Drehpunkt 7 verbunden, sondern ist ein Schwingungsstück 16 zwischen den Drehpunkten 7 und Ta. zugeordnet, wodurch der Gleitschuh I5 nur über den Hebel 2 gleiten muss, wenn die Federung verstellt wird. Bei den Federbewegungen führt das Schwingungsstück 16 kleine Winkelverdrehungen um die Drehpunkte 7 und 7a aus. Diese WinkelVerdrehungen werden durch Anschläge 38 begrenzt, wodurch bei Verstellung des Drehpunkts 7 der Gleitschuh I5, nachdem das Schwingungsstück 16 sich an einen von den beiden Anschlägen 38 angelegt hat, gezwungen wird, über den Hebel 2 zu gleiten. Die richtige Lage des Gleitschuhs 15 für Federbewegungen ohne Gleitung über den Hebel 2 wird nach einigen Federamplituden ausreichender Grosse eingenommen.

Die in den Fig. 5 und 6 wiedergegebene Federung ist mit einer Ausgleichsfeder 17 versehen, durch welche die benötigten Antriebskräfte zum Verstellen der Verstellmittel 9» 10, die zum Überwinden der Federspannung der Feder 3 erforderlich sind, in wesentlichem Masse herabgesetzt v/erden. Auch die Arbeit, die durch den Verstellmechanismus zu liefern ist, um die Feder 3 auf Federungskraft zu bringen, lässt zieh hiermit in wesentliehern Masse reduzieren. Eine besonders geringe äussere Energie für die Verstellärbeit der Verstellmittel 9» 10 ist bei Anwendung einer Knickstange 18, oder eines anderen an sich bekannten Mechanismus erforderlich, um die Kraft der Gegenfeder I7 zu einer solchen Grosse umzuwandeln, dass über einen wesentlichen Teil des Hubes des Drehpunkts 7 an dieser Stelle praktisch Gleichgewicht mit der Kraft der Feder 3 herrscht.

Bemerkt sei, dass auch bei den Federungen nach Fig. 3 und 3a- eine Ausgleichsfeder 17 (mit strichpunktierten Linien wiedergegeben) angewendet werden kann.

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, angewendet auf eine unabhängige Radaufhängung eines Autos, ausgeführt mit einem Längsarm oder aber einer Achsenaufhängung einer steifen Achse, die durch Reaktionsarme geführt wird.

Es sind hier zwei lineare Federn angewendet, von denen die eine V„ direkt in bekannter Weise auf dem Längsarm angeordnet ist, während die Feder V₁ einen Teil der variabelen Federung gemäss der Erfindung bildet.

Gemäss Fig. I5 ist die Erfindung angewendet auf eine Pendelachseradaufhängung, wobei die Federung durch eine einzige Blattfeder V₁ besorgt wird, welche das Federelement in dem Gestänge nach der Erfindung darstellt. In den Fig. 10 und I5 ist mit D der verstellbare Unterstützungspunkt in der Federung bezeichnet.

Was die angewendeten Konstruktionselemente betrifft, sei auf die Figuren 7 und 10 verwiesen, von denen Fig. 7 nur die wesentlichen Eauelerne:nte

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der Federung in nchematischer Form enthalt, wäh".?nd in Fig. 10 der Einbau dieser Kiemente in einen Kadarm wiedergegeben ist. Weil die Richtung der Belastung gemäsn Fig. 7 der gemäss Fig. 10 entgegengesetzt int, hat eine Spiegelung um die Längsachse stattgefunden.

Die Fig, 7 und 10 lassen einen Winkelhebel 102 erkennen, an dem in dem Scharnier B dieses Viinkelhebels die Last angreift, während an dem Ende E des einen Armes des Winkelhebels 102 die Feder V. ihre Federkraft liefert. Der Viinkelhebel 102 wird durch die Stange 101 geführt, welche das Scharnier B des Winkelhsbels mit dem in dem Gestell ortsfest angeordneten Scharnier A verbindet. Das Scharnier C an dem Ende des der Verformungsrichtung der Feder V₁ parallel laufenden Armes des Winkelhebels 102 wird durch eine Stange 103 geführt, deren anderes Ende mit einem Scharnier D verbunden ist, welches Scharnier D in bezug auf das Gestell durch eine geeignete Verstellvorrichtung (nur in Fig. 10 eingezeichnet) gemäss einer bestimmten Bahn verstellt werden kann, wodurch die Eigenschaften der Federung beeinflusst . | werden können. In Fig. 10 lässt sich erkennen, dass der Arm 101 mit dem ortsfesten Scharnier A verlängert ist und am Ende die Radachse für das Rad 1O6 trägt. Das Scharnier A ist in dem Wagenkorper, dessen Boden mit 107 bezeichnet ist, befestigt. Die bereits genannte Verstellvorrichtung 105 reguliert die Stelle des Scharniers D, v:enn dieser Punkt durch Änderung des Beladungsgewichts eine andere Stelle auf der mit 104 bezeichneten Verstellungsbahn einnehmen muss, um das Rad 1O6 wieder in die Mittellage in bezug auf den Wagenkorper 107 zurückzubringen.

In Fig. 11 lässt sich eine Zuordnung zu der beschriebenen Federung gemäss Fig. 7 erkennen. Das Scharnier D wird hier in einem Schlitz über einen Kreisbogen, der durch die Stange 1O6 beschrieben wird um den fest in dem Gestell angeordneten Drehpunkt J verstellt. Ein zweiter fester -

Drehpunkt F ist in dem Gestell angeordnet, an dem der Hebel 117 befestigt ™ ist, der an dem Ende einen Teller trägt, auf dem die Feder V. aufruht. Die Stange 106 und der Hebel 117 sind miteinander über die Zugstange zwischen den Scharnieren G und H gekuppelt. Durch diese Erweiterung entsteht eine Federung, bei der sowohl die Länge der gespannten Feder', wie die Lage des Punktes D zusammen durch einen einzigen Verstellmechanismus 105, hier eine Schraubenspindel nebst Kurbel, eingestellt werden.

In Fig. 12 ist die Erfindung im Schaubild in bezug auf die dreidimensionale Ausführungsform abgebildet. Diese Figur stellt eine Federung dar, welche dieselben Eigenschaften und Möglichkeiten wie die nach Fig. hat. Der Arm 111, auf den die Last X an einem Ende einwirkt, scharniert um die Achse AA. Um die Längsachse des Arms 111 Bcharniert der Winkelhcbel. 10.? mit dem kursei: Arm um die Achse BB, während der andere senkrecht dazu

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stehende Ann sich in der Richtung AA erstreckt, ^n αε,τ Ende dieses Armes wirkt in dem Punlct E die Feder V₁. An dem Ende des anderen Annes der. Winkelhebels 102 ist schwenkbar in der Ebene des Winkelhebels 102 ein Arm 103 angeordnet, der mit dem anderen Ende 1) verstellt werden kann über eine an dem Gestell befestigte Riegel 114, wobei dann ein Winkel )f zwischen der Lotlinie auf den Teil BB des Winkelhebels 102 und den Arm 103 variert wird.

Die Fig. 13 und 15 zeigen die Anwendung dieses Prinzips, wobei eine Abwandlung für die Verstellung des Endes D benutzt wurde, auf eine Pendelachse. Um den Achsenkörper 111 ist das Winkelstück 102 in deisem Falle ein Torsionsrohr mit angeschweisstem senkrecht zu dem Rohr stehenden Arm ·/ schwenkbar angeordnet ( dies ist die Lagerung BB nach Fig. 12). In dem Ende E wirkt über zwei Glieder die Blattfeder V... An dem anderen Ende des Rohres des Winkelstücks 102 wird durch zwei senkrecht an dem Rohr vorstehende Achsen die Drehachse C gebildet, um welche der Arm 103 Scharnieren kann. Das Ende des Armes 103, d.er Stützpunkt D, ist durch die Stange mit Kugelscharnieren 124 mit dem festen Punkt 116 des Gestells 127 verbunden. Die Lage des Punktes D wird mit einer Verstellvorrichtung 105 gesteuert.

Dass das System gemess der-Erfindung eine Regulierung der Federung ermöglicht, wobei sowohl die Eigenfrequenz der Federung wie die Höhe der Last in bezug auf die Grundfläche geregelt werden können, lässt sich anhand der Figuren 8, 12 und 13 nachweisen. Das Wesen des Systems gemäss der Erfindung ist, dass die Federkraft N und die entgegengesetzt gerichtet Belastungskraft X nicht miteinander in Flucht arbeiten, sondern an einem Winkelhebel angreifen, der eine Drehachse hat, so dass beide Kräfte in unter sich verschiedenen Abständen von dieser Drehachse angreiften. Das durch diese Ungleichrr.ittigkeit der Kräfte auf den Winkelhebel 102 um die Drehachse BB wirkende Moment Ii.a wird in zwei mit den Winkelhebeln 102 wohl oder nicht durch Stangen verbundenen Punkten des Gestells abgefangen, wobei eine Regulierung der Relativlage und der Bahn dieser Punkte die Grosse der Kraft X bei gleichbleibendem N variiert.

Fig. 8 zeigt das Kräftegleichgewicht des Winkelhebels 102. Der Winkelhebel 102 wird durch zwei Geradeführungeri in B und C geführt, welche Lage eine Annäherung für das Schema der Fig. 7 ist, wobei die Bögen, die durch die Arme 101 und 103 beschrieben werden, als den Sehnen dieser Bögen gleich angenommen werden. Die Geradeführung van C schliesst einen Winkel V mit der Senkrechten und der Richtung der Führung von B ein. Wird zunächst von Federbewegungen abgesehen, lässt sich die Federkraft IT in E als konstant annehmen. Die äussere Kraft auf den Winkelhebel 102 wirkt in B und wird X genannt. Für das Gleichgewicht gilt, wenn die Bezugsziffern und Pfeilrichtung für die Ki'äi'te nach Fig. 8 benutzt werden:

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Summe Horizontalkräfte =0 IL -H=O (1) Summe Vertikalkräfte = 0 X - N - Vg » 0 (2) Summe Momente um B =0 Na- IL,d = 0 (3)

Vieiter folgt für die Kräfterichtung in C, dass diese senkrecht au der Bewegungsrichtung erfolgt, also V„ = IL₁ tg Y (4)

\j O

Lösung von II aus der Gleichung (3) und Substitution in der Gleichurif,- \j

(4) ergibt als Resultat durch Substitution in der Gleichung (2) :

X = K (1 + I tg Ϊ ) . (5)

Hieraus folgt, dass durch Variation von 0 , das ist die Lage des Hebels oder des Scharniers D in einer solchen Weise, dass die Feder eine konstante Kraft Ii behält, was möglich ist durch "umkreisen" des Hebels 103 um das Scharnier C, die Grosse X variiert. Die Lage von B ändert sich hierbei nicht, wenn in der hittellage Gleichgewicht zwischen X und N gemäss der Gleichung

(5) erzielt wird. Dei Variation der Effektivfedersteifigkeit an der Stelle t des Scharniers B lässt sich anhand von Fig. 9 nachweisen. Gesetzt dass B sich abwärts über den Abstand y verstellt, εο verstellt sich C über den Abstand y in Vertikalrichtung und x_n = ytg α in Horizontalrichtung.

C Kj Lj

Vernachlässigt man den Einfluss des Winkels α = -τ auf die Länge des Armes d des Winkelhebels 102, so ist y = y. Es wird dann die Vertikalverstellung in E

z = y + aa = y(i+— tg ^). (6)

Mit einer Federsteifigkeit c der Feder V. wird die Kräfteänderung der Feder Δ K - c.z

oder ύ N = c.y (1 + | tg ^) (7)

Die Kraft A II der Feder hat die Kräfteänderung van X, Δ X gemäss der Gleichung (5) zur Folge, so dass M

4X= c.y (1 +Α tg Y f (8)

Die Effektivfedersteifigkeit in B wird mit c «„ =

GII

c_eff -o (1₊| tgf)² (9)

Die Variation in der Lage des Scharniers D ändert die Effektivfedersteifigkeit der Federung genuiss der Gleichung (9)

Wenn nun die Kraft X das Gewicht G einer auf die Federung einwirkenden Masse darstellt, gilt fUr den einzustellenden Winkel

G-H(i+|t_ey) (10)

G 2

H und G in kgf; so ist m = — . g = 9^0 cm/Sek.

Für die ungedämpfte Eigenfrequenz gilt

2t V G mit Substitution von (9) und (1O) wird das

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¹ ^J ^Cfr ]fl .oder : f " /ö

2ΤΓ V N V
d.h. die Eigenfrequenz der Federung gemäes der Erfindung ist der Wurzel aus dem auf die Federung einwirkenden Gewicht proportional. Bei niedrigerer Beladung also eine niedrigere Eigenfrequenz und bessere Stossisolation. Bei der Anwendung solcher mit der Beladung weicher werdenden Federungen in Kraftwagen können jedoch fahrtechnische Nachteile aufkommen, und zwar durch Rollen beim Durchfahren von Kurven oder starkes Kippen beim Bremsen, wenn die Beladungsunterschiede gross werden sollten. Es kann dies vermieden werden, indem bei der Verstellung der Federung nicht nur der Winkel β beeinflusst wird, sondern auch die Federkraft N gesteuert wird, und zwar so, dass γ rj sich gleich bleibt. Eine solche Verstellung lässt sich in drei Weisen verwirklichen, und zwar:

1) indem man B hochkommen lässt, wodurch E folgt;

2) indem man B demselben Wert behalten lässt und D in Fig. 7

weiter nach rechts verstellt, wie das einem Kreisbogen um C entspricht;

3) indem man die Grundfläche der Feder V. niedriger einstellt, wenn D hochgestellt wird, wie das in Fig. 11 abgebildet ist.

Selbstverständlich lassen sich diese drei Methoden geraeinsam anwenden.

In Fig. 12 ist die gleichfalls durch Verstellung eines Stützpunktes einstellbare Federung abgebildet, deren Bauweise dreidimensional ist anstatt in einer ebenen Fläche wie bei Fig. 7 im Vorstehenden erläutert. In Fig. ist eine schaubildliche Abbildung der Federung wiedergegeben, wozu in Fig. 13 die Draufsicht gegeben ist, in der die hier senkrecht zu der Zeichnungsebene wirkenden Kräfte in ihrer Richtung durch ein Minuszeichen bezeichnet sind wenn sie nach unten und durch ein Pluszeichen bezeichnet sind, wenn sie nach oben wirken. Für das Gleichgewicht des Winkelhebels 102 mit Stützarm 103 müssen nachstehende Gleichungen gelten: Summe der Vertikalkräfte 0 N₁, + V_n - N - V_. = 0 (12)

Jj JJ Ο

Summe der Momente um Achse AA V₁-. · (d + a tg Y ) - V«d =0 (13) Summe der Momente um Achse BB V~a - Na = O

Man findet durch Substitution von (Η) in (I3) V - N (1 +f tg Y)

Aus dem Gleichgewicht des Armes 1 folgt dass V=X, so dass

X = N(I = -j tg/) (16)

Für die Bestimmung der Effektivfedcrsteifigkeit in C ist Fig. 14 als Erläuterung gezeichnet. Wenn der Arm 101 über den Winkel (Tgeschwenkt wird, wird für die Senkung des Punktes C y eingeführt. J « *-. Nimmt man an, das,s sich der. Winkelhebel 102 unter Tcrcionsbelaßtung und Biegung nicht vorform^k, wäre wenn sich der Hebe] 102 sich in dem Lager BB

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nicht nchwerikt, die Senkung des Punktes I) des Aimes ΊΟ3, der den Winkel u mit der Lotrechten zu dem Ann 101 einschliesst, y sein,

y_s=(5 (d+ a t_e Y) = y (1 + f tg K ) " (H) Wenn man nun den Punkt D des Armes 103 auf einer Riegel abstützt, die dem Ann 101 in dessen Amfangslage parallel läuft, muss sich der Winkelhebel über den Winkel a_ = — schwenken.

² ^ys
In Pig. 14 ist der Winkel α abgebildet als Beispiel für den Fall dass

tg X =0. Dadurch wird der feste Teil des Winkelhebelarmes, der in der Ebene van AA liegt, an seinem Ende über den Abstand ζ = y hochgedrückt,

wodurch die Fedei·* V₁ über den Abstand ζ eingedrückt wird. Hierdurch entsteht die Änderung der Federkraft All = c%. Identisch zu (16) ergibt das ΔX = Δϋ (1 + ~ tg}') (18) und für die Effektivfederkonstante an der Stelle von X

c_eff - c (1 ₊| tgn² (19)

Die für den auf Torsion belasten Winkelhebel hergeleiteten Formeln für %

Tragfähigkeit und Effektivfedersteifig.<;eit (16) und (I9) sind (5) und (9) für den auf Biegung belasteten Hebel identisch. Die Betrachtungen über den Verlauf der Eigenfrequenz mit der Beladung und den Ausgleich dieses Verlaufs durch Anpassung der Federkraft gelten auch hier. Bei der dafür gegebenen Herleitung ist übersichtlichkeitshalber angenommen, dass der Winkelhebel 102 und der Arm 103 unverformbar sind. Selbstverständlich kann man in der Federung auch die Feder V₁ fortlassen und deren Wirkung dadurch ersetzen, dass man Teile des Winkelhebels 102.als Torsions- und/oder Biegungsfeder ausführt. Auch ist es nicht von wesentlicher Bedeutung, ob die Feder an dem festen Scharnier des Armes 101 angeordnet ist, oder aber den Platz mit dem Stützpunkt D des verstellbaren Stützarmes 103 wechselt.

Die Anwendung einer nachstellbaren Feder hat nur dann Zweck, wenn λ man für die Federung eines Kraftwagens eine konstante niedrige Eigenfrequenz unter ca. 1 Hz anwenden will bei grossen Beladungsunterschieden. Damit ist dann praktisch immer die Notwendigkeit verbunden, einen konstanten Bodenfreihub bei diesen Beladungsunterschieden einstellen zu können. Bei dem System gemäss der Erfindung kann, wie im Vorstehenden beschrieben, eine konstante Eigenfrequenz erreicht werden, indem man die Verformung der Feder in geeigneter Weise ändert. Bei einer Federung mit niedriger Steifigkeit kann das einen ziemlich grossen Abstandsunters-chied für die Feder in unterschiedlichen Lagen bedeuten, wofür eier notwendige Raum wohl einmal fehlen kann. Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, indem man für die Federung eine normale Feder parallel zu verstellbaren Federungen wie sie eben beschrieben wurden, benutzt, eine angemessene Annäherung zu

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einer Federung konstanter Frequenz für den gar»Ben Bereich der Beladungsmöglichkeiten zu verwirklichen, ohne dass die gespannte Länge der Federn (selbstverständlich in der Mittenlage der möglichen Federamplituden) geändert zu werden braucht. Aus der Formel für die Tragfähigkeit und t ie p'ederug gemäss der Erfindung folgt, dass man, indem nan tgfl = - — wählt, "bei der

Spannkraft N, der Feder die Tragfähigkeit gleich Null machen kann. Bei Anwendung einer normalen Feder und einer nachstellbaren Federung entsteht die Möglichkeit, bei leerem Viagen die nachstellbare Federung auf Null einzustellen und den leeren Viagenkörper - mit dem Gewicht G - durch eine normale Feder tragen zu. lassen, die dann für eine bestimmte Eigenfrequenz gewählt wird; während die variabele Last durch die nachstellbare Federung getragen wird. Die Steifigkeit der Feder V₁ in diesem nachstellbaren System wird derart gewählt, dass wenn bei voller Beladung die Beladung nur auf die nachstellbare Federung einwirken sollte, die Eigenfrequenz praktisch der des leeren Wagens gleich käme.

In Fig. 10 ist dieses Prinzip befolgt: bei leerem Wagen wird das Gewicht nur durch die Feder V- getragen, und zwar dadurch, dass die Feder V. in die Federung gemäss der Erfindung aufgenommen auf Tragkraft Null eingestellt werden kann. Je nachdem der Lastwagen beladen wird, wird die Federung auf grössere Tragkraft eingestellt, und zwar immer so, dass der Kraftwagen konstanten Bodenfreihub bekommt und die Feder V₅ sowie die Feder V- dieselbe.Länge und die dazu gehörende Federkraft haben. Dass eine solche Aufstellung eine angemessene Annäherung zu einer konstanten Eigenfrequenz ergibt, lässt sich wie folgt nachweisen. Wirkt das Gewicht G auf die Feder c_ ein, ergibt das die Frequenz

c. γ

γ-

^f0 = W \^r* \ G <²⁰>

C₂ in kg/cm, G in kgf, g = 98O cm/Sek. .

Die Beladung hat das Gewicht G, wofür bei Vollbeladung G folgende Frequenz

_{2 1}

Jetzt wird f = f gemacht oder aber — = — (22)

ov .

Nach den Eigenschaften der Federung (Gleichung 5 oder 16) gilt dass X- N (a + f t* /).

Da X G proportional ist lässt sich schreiben:

G=Ny ■ (23)

in welcher Gleichung y - 1 + -r tg J .
Für eine bestimmte last G erhält bei der konetanten Federkraft Y, y eine

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gewisse Grosse, aue der dann die Effektivfedersteifigkeit nach Gleichung 9 oder 19 folgt:

die hier dann

_eff
wird.

^Ceff ^{= C}1 ^{(1 +}f

(24)

Nun wird die Bemessung als derart gewählt gedacht, dass fur y =. 1 die volle Tragkraft G erreicht wird. Damit ist

G = y g_v (25)

in welcher Gleichung 0 <C y <( 1 ist.
Für den teilweise beladenen Wagen wi
Federn c„ und c „„ zusammen ein, so dass die Eigenfrequenz

Für den teilweise beladenen Wagen wirkt nun die Last G + G auf die beiden

₍₂₆₎

2ΤΓ ' G + G wird. °

Substitution von (24) und (25) in (26)_ergibt dann:

_f _ j/i \/Ίά11£ι

- 2 TT Y G₀ + yG_v Anwendung der Formel (22) macht, dass diese Gleichung entwickelt wird zu:

_t JI ß A⁷²

■ ²7f

Dadurch dass B = G /g das Nettolast/Tarra-verhältnis eingeführt wird, bekommt man ' /' ~~''

^{f s} ο V 1 + y β

Für die nachstellbare Federung mit konstanter Federkraft galt:

f :: = ^G insgesamt (11)

Für einen praktischen Wert von G /G aus der Gleichung 3 findet man nachstehende Unterschiede für die Frequenzen beider Systeme:

eine einzige eine einzige Nulllastfeder einstellbare Feder eine einzige einstellbare

Feder

Hull^ast 0,5 1

1/3 Last 0J1 0,82

2/3 Last 0,87 0,89

Vollast 1 1 .

aus denen eine angoir.essene Annäherung zu der konstanten Eigenfrequenz

hervorgeht.

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^BAD

Claims

rt4- 2.13U08

Federung mit einem Hebelmechanismus mit einem Lastanj-rix"frj-

und einem Federangriffspunkt, wobei der Mechanismus ein oTfek-tives ÜbertragungsverhältniB zwischen der Verstellung uo.:, Lautangriff spunkts und der Verstellung des Federangriff spuuktr; ί-07/irkt, und die in'diesem Punkt angreifende Feder der VerntulJ -11,3 ei es Lastangr iff spunkts in Kräfterichtung der Last entgegenwirkt, t—kennzeichnet durch die Einstellbarkeit des effektiven übertvagungsverhältsnisses.

(L, Federung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ;:.7i:-3c".eri ■'lern Lastangriffspunkt 'und dem Federangriffspunkt angeordnet ,.ι ,:",)-.rolhebel, der mit· Führungsorganen zusammenwirkt, um auf "r..;:id ο or Toratellung des Lastangriffspunkts eine Iranslations-una eine Rotationsbewegung auszuführen, wobei die V/irkung der Fahrun ;.,or- ·; ae einstellbar ist.

3. ' Federsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3,V₁) an dem Ende des einen Armes (20,102) des Winkelhebels angreift - gemäss im wesentlichen der Richtung des anderen Arme3 (21) des Winkelhebels, oder aber im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Winkelhebels (102) - während an dem Ende des anderen Arms ein Reaktionselement (15»23» 124|D) angreift, dass der Winkelhebel im wesentlichen in der Bewegungsrichtung des Lastträgers in bezug auf das Gestell geführt ist und dass das Reaktionselement (23,124) verstellbar ist zum Einstellen der durch den Lastträger bzw. das Gestell in dem Scharnier (7,102,103) auf den Winkelhebel in der Bewegungsrichtung ausgeübten Effektivfederkraft.

4. Federung nach Anspruch 3i. wobei die Feder in der Winkelhebülebene wirkt und das Reaktionselement durch Rollen in Schlitzen, oder durch zwischen dem Gestell und dem Winkelhebel wirkende in bezug auf beide Teile scharnierende Arme gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der durch die FUhrungspunkte des Winkelhebels beschriebenen Bahnen verstellbar ist durch Verdrehung der Lage des FUhrungsschlitzes bzw. durch Änderung der Stelle eines an dem Gestell angeordneten Scharniers des Reaktionselements (23,15,124,1)). '

O 5· Federung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, dass die

OO Mittel zum Verstellen des Reaktionselements mit Mitteln zum Verstellen der * Federl'ange gekuppelt sind, (Fig. 2-15).

**■» 6. Federung nach Anspruch 3 t wobei die Federkraft senkrecht zu der Ebene -» des Winkclhebele (102) wirksam i3t und wobei die Lage dieser Ebene bestimmt

^j wird durch «wei "praktisch senkrecht zueinander stehenden Achsen (A,B) die an dom Winkelhrtel (102), angeordnete Scharnierpunkte (c), durchsetzen, dadurch gekennftlohnttf dass an zwei dieser Scharnierpunkte ein Ann (]))

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befestigt ist, wodurch eine Winkel "bewegung dieses Armes praktisch in der Ebene des Winkelhebel.!; möglich ist, so dass das freie Knde dieser; Annes, das das Reak tionnelerneni bildet und cas einen Stützpunkt in dem Gestell findet, verstellbar ist.

7· Federung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, das» der Verstellweg dec Heaktionselements (1^,23» 124 |Γ·) derart ist dass Stellenänderung des Reaktionrßlementr; mit einer L'ängenänderung der Feder bei Änderung der Winkellage des Winkel hebel s verbunden ist.

8. Federung nach Anspruch 5 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass die zvfi sehen dem V/inkelhebel und dem Gestell wirkende Federkraft an einem in dem Gestell in Richtung der Federkraft bewegbaren Stützpunkt angreift, der durch eine mechanische Kupplung gleichzeitig mit der Verstellung der ReaktioKselc-ments verstellt wird, (Fig. 9)·

9. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Last und

die Feder Je an gesonderten unter sich praktisch parallel verlaufenden ^

liebeln (53»2) nut distnnzhaltenöen Scharnierpimkten (54,O angreifen, wobei die Reaktionskraft des federbelasteten Hebels über eine über beide Hebel einstellbare Scharnierverbindung (55»5^) bewirkt wird, (Fig. 1a).

10. Federung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) über ein in Längsrichtung des Hebels (2) verstellbares Angriffsorgrn (32,8, 15) in einem einstellbaren zweiten Abstand (b) der Achse (4) an dem Hebel (?) angreift.

11. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) aufgenommen ist zwischen zwei Stützorgane (50,27; 34|19) ^von denen das eine (27134) in Abhängigkeit von der Verstellung des zweiten und/oder des ersten Abstandes (b,a) durch die Verstellmittel (9|1θ) zur Änderung des Verhältnisses (a/b) in bezug auf das andere (50 bzw.19) der zwei Stützorgane (50,275 34119) ^sur Änderung der Federspannung der Feder (3) verstellt wird.

12. Federung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stützorgane (50, 27; 34»19) verbunden sind mit einer im wesentlichen in Längsrichtung des Hebels (2) verstellbaren Halterung (26,6).

13. Federung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das eine Stützorgan (27) bei Verstellung der Halterung (26) über eine mit dem Hebel (2) einen spitzen Winkel (28,29) einschliessende Stützfläche (30,31) bewegt und das andere Stützorgan (50) verbunden ist mit einem an dem Hebel (2) angreifenden Angriffsorgan (32).

14» Federung nach Anspruch 131 dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (30,31) konkav ist.

15· Federung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (26) gebildet wird durch einen Winkelhebel (6), dessen einer Arm (?1) mit

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dem Angriffsorgan (3,15) und der andere Arm (2θ) mit dem einen (34) der StiRsorgt-ne (34)19) verbunden ist und dass der Seharnierpnrikt (7) des Winkelhebels (6) .iiitiels der Verstellmittel (9,lü) in Längsrichtung «!es HeLelfj (2) verstellbar ist.

16. Federung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Yiinkelhebcl (6) schwenkbar gelagert ist in einem mitteln der Verstellmittel (9) 1O) im wesentlichen in Längsrichtxmg des Hebeln {?.) verstellbaren Lf.-gor (23j 351 36) ι welches Lager (23,35»36) bei Vergrößerung des aweiten Ab:;tun~ des (b) gegen Wirkung tier Feder (3) verstellt wird.

17. Federung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager

(35) ^zu dem £nae eines in dem Gesteil (5) schwenkbar gelagerten Armer: (13) gehört, der sich i:n wesentlichen senkrecht zu aera Hebe] (2) erstreckt.

18. Federung nach Ansprach 16, dadurch gekennzeichnet, dasπ das Lager

(36) zu dem einen Ende eines Gliedes (16) gehört, dessen anderes Kr.dtj (37) nach zwei Seiten hin durch Anschläge (38) beschränkt schwenkbar gelagert ist in einem mittels der Verstellmittel (9|1θ) in Längsrichtung des Hebels (2) verstellbaren Schiebeblock (39)·

19· Federung nach einem der Ansprüche 12-18, dadurch gekennzeichnet, dP.su die Verstellmittel (9,1θ) über eine Knickstang.; (io) mit der verstellbaren Halterung (6) verbunden sind.

20. Federung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel (9|1θ) unter Einfluss einer Ausgleichr,-feder (17) stehen, und zwar so, dass bei Verstellung des einen StutKorgans (34) gegen Wirkung der Feder (3), die Verstellmittel mit der Feuerwirkung der Aupgleichsfeder (17) mitverstellt werden und umgekehrt.

21. Federung nach einem der vorhergehenden Anbrüche, umfassend ause-'jr der genannten Feder eine unmittelbar zwischen den Gestell und der Laßt angeordnete Feder, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung dieser unmittelbar angeordneten Feder bei Wechselnder Grörjr-e der Last durch Einstellung der Effektivfederspannung einer Federung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einem bestimmten Wert gehalten worden kann.

22. Vorrichtung versehen mit mindestens einer Federung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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