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BlattSederkonstruktion Die Erfindung betrifft Blattfedern, die an
beiden Enden aufhängbar und in ihrem Mittelbereich belastbar sind.
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Blattfedern wurden bisher üblicherweise als eingespannte Federelemente
bzw. in Form von Krag- oder Halbelleptik-3lattfederelemente angewandt. Eine bekannte
BlattSederkonstruktion dieser Art weist über ihre Länge veränderliche Dicke auS
und wird durch Schichtung mehrerer Federelemente unterschiedlicher Länge oder durch
Verwendung eines endseitig verjüngten Federelements hergestellt, so daß in dem Abschnitt,
in welchem das maximale Biegemoment angreift, die größte Materialdicke vorhanden
ist. Von den bekannten Blattfederarten wurde die geschichtete Feder am häufigsten
verwendet. Diese Feder weist jedoch den Nachteil auf, daß zwischen den Blattfederelementen
beträchtliche Reibung erzeugt wird und die Feder selbst vergleichsweise schwer ist.
Eine sich verjüngende Blattfeder besitzt dagegen den Nachteil der schwierigen Herstellbarkeit,
und es lassen sich nur mit vergleichsweise hohem Aufwand Produkte gleichmäßiger
Qualität erzeugen. Aus diesen Gründen ist diese Federart r'icht zehn
Vor
kurzem ist eine Blattfeder vorgeschlagen worden, die aus einem einzigen Federelement
gleichmäßiger Dicke mit U-Profil-Querschnitt besteht. Da die Charakteristika dieser
Feder jedoch noch nicht vollständig bekannt sind, wird sie in der Praxis nicht angewandt.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Blattfeder mit
niedrigem Gewicht zu schaffen, die vergleichsweise optimale Federkennwerte aufweist
und so konstruiert ist, daß eine wirtschaftliche Herstellung aussichtsreich ist.
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Insbesondere soll die zu schaffende Blattfeder erhöhte Ermüdungsbeständigkeit,
d.h. Zeitstandfestigkeit, aufweisen sowie gleichmäßige Spannungs-Verteilungseigenschaften
besitzen.
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Als überraschende Lösung dieser Aufgabe hat sich erfindungsgemäß ergeben,
daß es bei einer Blattfeder mit einem einzigen Federelement von gekrUmstem bzw.
bogenförmigem Querschnitt und gleichmäßiger Dicke möglich ist, eine gleichmäßige
Spannungsverteilung dann zu erzielen, wenn der Krümmungsradius des Bogens des Querschnitts
an dem Punkt, an welchem das Biegemoment am höchsten ist, am kleinsten ausgebildet
und in Richtung auf das von diesem Punkt des größten Biegemoments entfernte Ende
hin allmählich vergrößert wird. Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Dicke und
Breite des Federelements das minimale Widerstandsmoment (section modulus) bestimmen
und daß beide Federenden flachen Querschnitt besitzen können.
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Mit der Erfindung winde mithin eine Blattfeder geschaffen, die an
ihren beiden Enden aufhängbar und in ihrem Mittelbereich belastbar ist und die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der sich über mindestens 50% der Feuerlänge erstrecken de
Mittelabschnitt der Feder, der den Mittelbereich eine schließt, einen bogenförmigen
Querschnitt mit zur Angriffsrichtung
der Last konvexer Seite besitzt,
daß die Krümmung des bogenförmigen Querschnitts zu den flachen Endabschnitten der
Feder hin abnimmt und in diese übergeht, und daß die Querschnittsform der Blattfeder
in ihrem PIittelabschnitt so gewahlt ist, daß der Winkel eines in der Querschnittsebene
liegenden Kreissegments, dessen Schenkel eine auf halber Materialdicke quer zur
Federlängsrichtung verlaufende, gedachte Bogenlinie im Schnittpunkt mit den Kanten
der Blattfeder schneiden, höchstens 2100 beträgt.
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Für die praktische Anwendung der Erfindung etwa in Form einer Halbelleptikfeder
können ohne weiteres Augenabschnitte angeformt werden.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand
von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen in vergrößertem Maßstab
gehaltenen Schnitt bzw. eine Vorderansicht eines Rohlings, der zur Herstellung einer
Blattfeder nach der Erfindung verwendbar ist, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Blattfeder
mit den Merkmalen der Erfindung Fig. 3 eine Aufsicht auf die Blattfeder gemäß Fig.
2, Fig. 4 und 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitte längs der Linien IV-IV
bzw. V-V in Fig. 3, Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung
unter Verwendung einer Blattfeder mit erfindungsgemäßen Merkmalen, Fig. 7 einen
in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt derselben,
Fig. 8
eine perspektivische Darstellung eines brei der Radaufhängung verwendeten Zwischenglieds,
Fig. 9 eine Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, Fig.1O
eine Seitenansicht derselben, Fig.11 eine Seitenansicht einer noch weiter abgewandelten
Ausführungsform der Erfindung, Fig.12 eine Aufsicht auf die Blattfeder gemäß Fig.
11, Fig.13 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie XIII-XIII
in Fig. 12, Fig.14 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch eine
Fahrzeug=Radaufhängung unter Verwendung der Blattfeder gemäß Fig. 11, Fig.15 eine
perspektivische Darstellung eines bei der Radaufhängung gemäß Fig. 14 verwendeten
Zwischenglieds, Fig.16 eine Fig. 13 ähnelnde Schnittansicht einer weiter abgewandelten
Ausführungsform der Erfindung, Fig.17 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt
durch eine Fahrzeug-Radaufhängung unter Verwendung der Blattfeder gemäß Fig. 16,
Fig.18 eine perspektivische Darstellung eines bei der Radaufhängung gemäß Fig. 17
verwendeten Zwischenglieds, Fig.19 und 20 in vergrößertem Maßstab gehaltene Querschnitte
durch weiter abgewandelte AusfUhrungsformen der Erfindung,
Fig.21
eine teilweise weggebrochene Vorderansicht einer Fahrzeug-Radaufhängung unter Verwendung
der Blattfeder gemäß Fig. 20, Fig.22 und 24 graphische Darstellungen des Verhältnisses
zwischen dem Einschlußwinkel eines teilkreisförmigen Querschnitts der erfindungsgemäßen
Blattfeder und dem Breiten:Dicken-Verhältnis des Federrohlings, wobei das Verhältnis
von flachem Abschnitt zu Federlänge als Parameter gewählt ist, und Fig.23 eine graphische
Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Einschlußwinkel und dem Widerstandsmoment
(section modulus) der Blattfeder.
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Im folgenden sind die Grundgedanken und verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung näher erläutert.
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Ein Federelement-Rohling mit einer Breite b und einer Dicke h gemäß
Fig. 1 dient zur Herstellung einer in den Fig. 2 und 3 dargestellten längssymmetrischen
Halbelliptik-Blattfeder 1, die einen gekrümmten Abschnitt 2 mit bogenförmigem Querschnitt
aufweist, wobei der Krümmungsradius im Mittelbereich am kleinsten ist und zu den
beiden Enden der Feder hin allmählich zunimmt. An den beiden Enden ist die Blattfeder
1 mit Augenabschnitten 3 versehen. Zwischen den Augenabschnitten 3 und den gekrummten
Abschnitten 2 sind Flachabschnitte 4 ausgebildet.
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Um die vorteilhaften Merkmale der Erfindung zu belegen, wurden erfindungsgemäß
die folgenden Berechnungen durchgeführt.
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Bei diesen Berechnungen wurden die Belastung und die zulässige Höchstspannung
bzw. -beanspruchung unter der Annahme bestimmt, daß die Blattfeder in der Hinterradaufhängung
eines
Kraftfahrzeugs A mit einem Gesamtgewicht von 1,1 t, eines Kraftfahrzeugs B mit einem
Gesamtgewicht von 1,2 t, eines Lastkraftwagens C mit einem Gesamtgewicht von 4 t,
eines 8 Tonnen-Lastkraftwagens zip D und eines 11,5 Tonnen-Lastkraftwagens E verwendet
wird. Gemäß den Fig. 1, 4 und 5 besitzt der gekrümmte, d.h. bogenförmige Teil der
Blattfeder einen genau teilkreisförmigen Querschnitt, wobei der Winkel @
zwischen den Linien A-D und B-D am Belastungspunkt drei Bogeneinheiten bzw. Radianten
(etwa 1800) entspricht und zum Übergang zwischen dem gekrümmten Abschnitt 2 und
dem Flachabschnitt 4 hin allmählich auf Null abnimmt. Die Punkte A und B sind dabei
Schnittpunkte zwischen der Quermittellinie jedes Querschnitts des Rohlings und den
gegenüberliegenden Seitenflächen, während der Punkt D den Kreismittelpunkt des bogenförmigen
Querschnitts bildet. In den Zeichnungen bezeichnet der Buchstabe C den Mittelpunkt
der Quermittellinie.
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Bei dieser geometrischen Konfiguration kann das Widerstandsmoment
Z durch folgende Gleichung dargestellt werden: Z = kb3 (1) in welcher K = f (G,
a) mit a = b/h bedeuten.
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Bei einem einfachen, einem Biegemoment unterworfenen Träger läßt sich
das Verhältnis zwischen dem Biegemoment Mx an einer um die Strecke x von einer Aufhängung
des Trägers entfernten Stelle, dem Widerstandsmoment Zx an der genannten Stelle
und der Spannung bzw. Beanspruchung g durch folgende Gleichung darstellen: Zx ~
~~ (2)
Wenn weiterhin die Effektivlänge der Feder zwischen den Augenabschnitten
3 mit 1, der Abstand von einem der Augen 3 mit x und die auf die Feder einwirkende
Last mit P bezeichnet wird, läßt sich das Biegemoment durch folgende Gleichung ausdrücken:
Mx = x Da x am Belastungspunkt gleich 1/2 ist, läßt sich das maximale Hiegemoment
wie folgt ausdrücken: Mmax = W pl (3) Anhand der Gleichungen (1) bis (3) ist es
nunmehr möglich, das maximale Widerstandsmoment für die Fahrzeuge A bis E bei gleicher
Effektivlänge der Blattfeder zu bestimmen.
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Die Berechnungen wurden daher in bezug auf BlattSederrohlinge vorgenommen,
deren Querschnittsverhältnis (a) von Breite zu Dicke (b:h) gleich 10 und 20 ist.
Die Berechnungsergebnisse für Rohlinge mit dem Querschnittsverhältnis (a) von 10
sind in Tabelle 1 aufgeführt, während diejenigen für Rohlinge mit Querschnittsverhältnis
(a) von 20 in Tabelle 2 wiedergegeben sind. Aus Tabellen 1 und 2 ist-ersichtlich,
daß dann, wenn der maximale Wert des Winkels ADB unverändert bleibt, das Verhältnis
der Länge des Flachabschnitts zur effektiven Federlänge praktisch das gleiche sein
kann, vorausgesetzt, daß das Breiten:DickeA-Verhältnis des Rohlings unabhängig von
der auf die Feder einwirkenden Belastung, der Federlänge und/oder der-in der Feder
zu erwartenden maximalen Beanspruchung konstant bleibt.
Tabelle
1 (a = 10) Fahrzeug- Last Feder- Zulässige Maximales Wider- Breite (b) und Flachabschnitt
art P (kg) länge Höchstbe- Biegemo- stands- Dicke (h) der (R1) 1 (mm) anspru- ment
moment Feder (mm) Z(mm³) Länge Verhältnis chung Mmax Zmax b h Xf (mm) zur Feder-#
(kg/mm²) (kg-mm) (mm³) länge # (%) A 245 1100 80 67375 842 52,0 5,2 234 152 27,8
B 290 1200 70 87000 1242 59,3 5,9 344 166 27,7 C 2610 1300 50 848250 16965 141,0
14,1 4672 179 27,6 D 4795 1600 50 1923000 38460 186,0 18,6 10724 223 28,0 E 7473
1270 40 2372519 59313 215,0 21,5 16563 177 28,0
Tabelle 1 (a =
20) Fahrzeug- Breite und Dicke Flachabschnitt art der Feder (mm) (R2) b h Z(mm³)
Länge Verhältnis zur Xf(mm) Federlänge #(%) A Last, Federlänge, zulässige 63,0 3,2
107 70 12,8 B Höchstbeanspruchung #, maxi- 71,7 3,6 154 74 12,4 C males Biegemoment
Mmax und 171,0 8,6 2107 80 12,4 D Widerstandsmoment Zmax wie in 225,0 11,3 4788
99 12,4 E Tabelle 1 260,0 13,0 7323 78 12,4
Im Hinblick auf den
obigen Sachverhalt wurden Berechnungen bezUglich verschiedener Krümmungsradien am
Belastungspunkt sowie verschiedener Federlängen und zulässiger Höchstbelastungen
durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß bei konstantem Verhältnis von Länge des Flachabschnitts
zur effektiven Federlänge unabhängig von der Laständerung, der Federlänge und der
zulässigen Höchstbelastung eine praktisch gleichmäßige Spannungs- bzw. Belastungsverteilung
erreicht werden kann, vorausgesetzt, daß das Verhältnis von Breite zu Dicke des
Federelementrohlings gleich bleibt. Dies läßt sich theoretisch wie folgt erläutern:
Mittels der Gleichungen (1), (2) und (3) läßt sich b3 durch folgende Gleichung darstellen:
b³ =### Das Widerstandsmoment Zf am Flachabschnitt ist folgendes:
Zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungs- bzw. Beanspruchungsverteilung Uber
die gesamte Effektivlänge der Feder hinweg gilt: ## = # Daher gilt: Zx = ## =##
Aus den Gleichungen (4) und (5) ist ersichtlich, daß die Länge (Xf) des Flachabschnitts,
die im Fall von Zf = Zx gleich x ist, und das Verhältnis (S) zu von Ge¢3ar; nge
(2Xf) zur Federlänge (l) folgenden Bedingungen genügen müssen:
Es ist somit zu beachten, daß zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Spannung bzw.
Beanspruchungsverteilung das Verhältnis (#) von Länge des Flachabschnitts zur Federlänge
entsprechend dem Verhältnis (a) zwischen Breite und Dicke des Federrohlings und
der Konstante (K), aber unabhängig von der effektiven Federlänge, der zulässigen
Höchstbeanspruchung 6- und der Last (P) bestimmt werden muß.
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Bei einem bogenförmigen Querschnitt läßt sich die Konstante (K) durch
folgende Gleichung ausdrücken:
Fig 22 veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem durch die Linien AD und BD festgelegten,
auf der Abszisse liegenden Winkel (O) und dem auf der Ordinate liegenden Breiten:
Dicken-Verhaltnis (a) des Federelements, wobei das Verhältnis ( ; ) zwischen der
Länge des Flachabschnitts und der Federlänge als Parameter gemäß Gleichungen (6)
und (7) herangezogen ist. Es ist zu beachten, daß im Diagramm gem Fig. 22 jede der
BLattfedern gemäß Tabelle 1 durch den Punkt R1 dargestellt ist, während die Blattfeder
gemäß Tabelle 2 durch den Punkt R2 angegeben ist.
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Wenn der gekrümmte Abschnitt mit bogenförmigen Querschnitt so ausgelegt
ist, daß der Winkel (G) am oder nahe des Belnotungs- bzw. Mittelpunkts dor Feder
180? übersteigt, wird
ersichtlicherweise ein Formen der Blattfeder
durch Verpressen sehr schwierig. Wenn daher der gekrümmte Abschnitt mit bogenförmigem
Querschnitt ausgelegt wird, darf der Winkel (G) drei Radianten (etwa 1800) nicht
übersteigen. Das Verhältnis zwischen dem Widerstandsmoment (Z) und dem Winkel (4)
ist in Fig. 23 entsprechend Gleichung (7) unter Zugrundelegung des Breiten:Dicken-Verhältnisses
(a) des Federrohlings als Parameter ausgewertet. Wie aus Fig. 23 hervorgeht, besitzt
Jede Kurve in dem unter 1,5 Radianten liegenden Bereich des Winkels (g), in welchem
das Widerstandsmoment wesentlich größer ist als dasJenige einer flachen Blattfeder
(G = 0), aufwärts gerichtete konkave Form. Wenn der Winkel (@) 1,5 Radianten
übersteigt, nimmt die Kurve eine aufwärts gerichtete konvexe Form an, während das
Widerstandsmoment praktisch konstant zunimmt, bis der Winkel (@) einen Wert
von 3,0 Radianten Ubersteigt. Ersichtlicherweise ist somit der Bereich des Winkels
(o) von 1,5 1 5 bis 3,0 Radianten der zweckmERigqte Bereich für die Auslegung der
Blattfeder.
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Die Konfiguration, bei welcher der Winkel (g) 1,5 Radianten entspricht,
ist praktisch diejenige gemäß Fig. 5. Wenn der Winkel (Q) am Federmittelpunkt dagegen
kleiner ist als dieser Wert, läßt sich keine befriedigende Lösung erzielen.
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In Fig. 22 entspricht der Schnittpunkt zwischen der lotrechten Linie,
welche dem Winkelbereich (@) von 1,5 Radianten entspricht, und der den Wert
(d), welcher gleich 5096 ist, wiedergebenden Kurve dem Verhältnis (a) von 10, während
der Schnittpunkt zwischen der lotrechten Linie des Winkels (o) von 3,0 Radianten
und der genannten Kurve dem Verhältnis (a) von 5,9 entspricht. Die Tatsache, daß
das Verhältnis (a) von Breite zu Dicke des ßlattfederrohlings gleich
5,9
ist, bedeutet, daß der Rohling ziemlich dick ist, so daß ein Rohling mit unter 5,9
liegendem Verhältnis (a) schwierig zu verformen ist. Im Gegensatz hierzu ist ein
Rohling, bei dem das Verhältnis (a) über 30 liegt, für eine Blattfeder sehr dünn,
so daß er eine sehr niedrige Federkennung bzw. zu schwache Elastizität bietet; In
Fig.
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22 1wiegt der Schnittpunkt zwischen der waagerechten Linie, welche
dem Verhältnis (a) von 30 entspricht, und der dem Winkel (O) von 3,0 Radiznten entsprechenden
lotrechten Linie auf einer dem Wert v von 9,1% entsprechenden Kurve.
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Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß dann, wenn der gekrümmte
Federabschnitt mit bogenförmigem Querschnitt versehen ist, das Breiten-Dicken Verhältnis
des Rohlings im Bereich von 5,9 bis 30 und der Winkel (@) am Belastungspunkt
bzw. am Mittelpunkt der Feder im Bereich von 90 - 1800 liegen muß, während die Länge
des Flachabschnitts der Feder 9,1 - 50 der effektiven Federlänge betragen muß, um
eine praktisch gleichmäßige Spannungs- bzw.
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Beanspruchungsverteilung zu gewährleisten. Beispiele für den obigen
Erfordernissen genügende Federn sind in Tabelle 3 aufgeführt. In Fig. 22 entsprechen
die Punkte R3 bis R6 den Beispielen 1 bis 4.
| Tabelle 3 |
| Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 |
| (R3) (R4) (R (R6) |
| Last P (kg) 1.000 1.000 1.000 500 |
| Federlänge (1) |
| (mm) 1.200 1.200 1.200 1.200 |
| Zulässige Höchst- |
| beanspruchg |
| f (kg/md) 60 60 75 60 |
| Federdimension |
| b x h (mm) 100x10 110x8 100x10 100x5 |
| Winkel am Mittel- |
| punkt Omax (Grad) 137,5 136,3 106,1 120,0 |
| Länge des Flach- |
| abschnitts Xf(mm) 200 140 250 100 |
| Verhältnis Flach- |
| abschnitt: Gesamt- |
| länge 6 (96) 33 23 42 17 |
| Länge des Tragab- |
| schnitts ls (mm) 0 0 0 0 |
| Winkel @ |
| Rad. Grad Rad. Grad Rad. Grad Rad. Grad |
| 0 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| 50 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| +) |
| 100 0 0 0 ° 0 0 0 0 |
| pol 140 0 0 0 0 0 0 0,26 14,9 |
| w 150 ° ° 0,10 5,7 0 0 0,32 18,2 |
| +3 |
| d 200 0 0 0,58 33,2 0 0 0,61 35,0 |
| E1 |
| 250 0,90 51,6 0,93 53,3 0 0 0,88 50,4 |
| 300 1,15 67 1,10 63,1 0,78 44,7 1,08 61,8 |
| au 350 1,35 77 1,38 79,2 1,07 61,4 1,23 70,6 |
| box 400 1,52 87 1,55 88,9 1,25 71,7 1,41 80,5 |
| rad 450 1,72 99 1,75 100 1,40 80,2 1,57 90,0 |
| 500 1,93 111 1,95 111 1,53 87w6 1,73 99,2 |
| cc |
| 550 2,17 124 2,18 125 1,70 97,4 1,91 109 |
| 600 2,40 138 2,38 136 1,85 106,1 2,10 120 |
In den Fig. 6 bis 8 ist eine Radaufhängung unter Verwendung der
vorstehend beschriebenen Blattfeder veranschaulicht.
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Gemäß Fig. 6 ist einer der Augenabschnitte 3 der Blattfeder 1 auf
einer Welle 7 montiert, die von einer von einem Fahrzeug-Rahmen 5 abstehenden Halterung
6 getragen wird. Der andere Augenabschnitt 3 wird von einer Welle 10 getragen, die
am einen Ende eines Lenkers 9 vorgesehen ist, der seinerseits an einer Halterung
8 am Fahrzeug-Rahmen 5 angelenkt ist. Im Mittelbereich der Blattfeder 1 ist eine
Achse 11 mit Hilfe von U-Bolzen 12, einer Platte 13 und Muttern 14 befestigt. Zur
Lagenstabilisierung der Achse 11 kann zwischen dieser und der Blattfeder 1 ein Zwischenglied
15 (Fig. 7 und 8) eingefügt sein. Das Zwischenglied 15 weist an seiner einen Seite
eine Konkavfläche 16 von (kreis)bogenförmigem Querschnitt, welche mit der konvexen
Außenfläche der Blattfeder 1 zusammenwirkt, und eine teilzylindrische Fläche 17
auf, die sich senkrecht zur Konkavfläche 16 erstreckt und mit der Außenfläche der
Achse 11 zusnmmenwirkt. Die Blattfeder 1 ist vorzugsweise mit einer Durchgangsbohrung
oder einer Ausnehmung 18 versehen, die mit einem an der Konkavfläche 16 des Zwischenglieds
15 ausgebildeten Ansatz 19 zusammenwirkt. Infolge dieser Anordnung wird die Achse
11 wirksam an der Blattfeder 1 festgehalten.
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Wahlweise kann der Ansatz an der Blattfeder 1 und die Ausnehmung bzw.
Durchgangsbohrung an der FSonkavfläche 16 des Zwischenglieds 15 ausgebildet sein.
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In den Fig. 9 und 10 ist eine abgewandelte Ausführungsforin der Blattfeder
1 gemäß den Fig. 2 und 3 dargestellt, bei welcher die Breite des Blattfeder-Flachabschnitts
4 zum Augenabschnitt 3 hin allmählich abnimmt. Dies bedeutet, daß sich auch das
Widerstandsmoment (Z) in Abhängigkeit von der Entfernung vom Mittelpunkt des Augenabschnitts
3 ändert. Mit dieser Konstruktion kann eine gleichmäßigere
Spannungs-
bzw. Beanspruchungsverteilung über die Effektivlänge der Blattfeder 1 hinweg erreicht
werden.
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Die Fig. 11 bis 15 veranschaulichen noch eine weiter abgewandelte
Ausführungsform, die einen Tragabschnitt 20 aufweist, welcher im Mittelbereich über
die Länge (ls) hinweg gleichbleibenden Querschnitt besitzt. Bei dieser Konstruktion
kann die Achse sicher am Mittelabschnitt der Blattfeder montiert und an einer Verschiebung
auf ihr gehindert werden. Wenn der Abstand zwischen den Augenabschnitten 3 mit (1)
bezeichnet wird, erreicht der Winkel ADB sein Maximum und ist der Krrrmungsradius
an dem um die Strecke 1 -Is von einem der Augenabschnltte 3 entfernten Punkt 2 am
kleinsten. Der sich von der Federmitte über die Strecke ls nach beiden Seiten erstreckende
Abschnitt stellt mithin den Tragabschnitt 20 dar, welcher gleichbleibenden Winkel
ADB und gleichbleibenden KrUmmungsradius besitzt. Bei dieser Konfiguration weist
der Tragabschnitt 20 eine praktisch flache Unterseite zur stabilen Aufnahme der
Platte 13 auf.
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Bei der vorstehend beschriebenen Blattfederkonstruktion gewährleistet
der Tragabschnitt 20 keine Federwirkung, so daß bei der praktischen Berechnung angenommen
werden sollte, daß die Last an einer um die Strecke 1 -f8 vom Augen-2 Mittelpunkt
entfernten Stelle angreift. Das Verhältnis (6) von Länge des Flachabschnitts zur
Federlänge nimmt somit im Vergleich zu einer Feder ohne Tragabschnitt 20 ab, während
das Verhältnis von Länge (Xf) zur effektiven Federlänge 1 - 1s äquivalent bleibt.
Beispiele für Federn mit 2 dem Tragabschnitt 20 sind in Tabelle 4 veranschlaulicht.
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Bei Jedem Beispiel gemäß Tabelle 4 ist der Mittelpunkt des Tragabschnitts
20 gegenüber dem Federmittelpunkt zu eiem der Augenabschnitte 3 hin versetzt.
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In Tabelle 4 stellen die Abschnitte, in denen der Winkel (e) unabhängig
von der Entfernung vom Mittelpunkt des Augenabschnitts gleich bleibt, die Tragabschnitte
dar, während das Verhältnis ( ') für die Länge berechnet ist, die durch Subtrahieren
der Länge (1s) des Tragabschnitts von der gesamten Federlänge (l) erhalten wird.
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Tabelle 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Beispiel 7 (R7) (R8) (R9) Last P
(kg) 1.000 1.000 1.500 Federlänge 1 (mm) 665 665 666,8 Zulässige Höchstbelastung
2# (kg/mm²) 50 50 60 Federdimension b x h (min) 100x5 80x8 90x8 Winkel am Mittelpunkt
#max (Grad) 143,8 162 149 Länge des Flachabschnitts Xf (mm) 43,3 88,7 76,8 Verhältnis
Flachabschnitt:Gesamtlänge # (#') (%) 12,6(14,2) 25,7(29) 23,0(27,1) Länge des Tragabschnitts
Is (mm) 80 80 100 Winkel @ Rad. Grad Rad. Grad Rad. Grad 0 0 0 0 0 0 0 0
43,3 0 0 0 0 30 0 0 Abstand 50 0,10 5,7 0 O Ab- 50 0 0 vom Augen- 88,7 0,64 36,7
0 0 stand 76,8 0 0 Mittel- 100 0,79 45,3 0,62 35,5 vom 99,3 0,785 45 punkt x 150
1,23 70,5 1,27 72,8 Augen- 150,4 1,31 75 (mm) 200 1,60 91,7 1,74 99,7 mittel- 197,5
1,75 100 250 2,01 115 2,22 127 punkt 252,4 2,27 130 300 2246 140,9 2,77 159 x (mm)
283,4 2,60 149 305 2,51 143,8 2,82 162 333,4 2,60 149 345 2,51 143,8 2,82 162
Fig.
24 zeigt die Beziehung zwischen dem Breiten:Dicken-Verhältnis (a) des Rohlings und
dem Winkel (@) an dem Abschnitt, an welchem das Biegemoment gemäß Fig. 22
am größten ist, unter Heranziehung des Verhältnisses (4') von Länge (2Xf) des Flachabschnitts
zur Länge (l - ls) als Parameter. In Fig. 24 sind die Beispiele 5 bis 7 durch die
Punkte R7 bis R9 angedeutet. Weiterhin ist in Fig. 24 auch das Verhältnis bei Federn
angegeben, bei denen der Winkel (e) an dem um die Strecke 1 2 los vom Mittelpunkt
des Augenabschnitts entfernten Punkt am größten ist und welche die Abmessungen gemäß
Beispielen 1 bis 4 besitzen. Die diesen Beispielen entsprechenden Werte sind in
Fig. 24 bei R31 bis R6' eingetragen. Entsprechende Punkte von Fig. 22 sind in Fig.
24 mit (x) bezeichnet. Dies bedeutet, daß die entsprechenden Punkte von Fig. 22
infolge der Anordnung des Tragabschnitts gemäß Fig. 24 um die durch die Pfeile angedeuteten
Beträge verschoben sind. Außerdem zeigen die mit an an den Köpfen der von den Punkten
R7 bis R9 abgehenden Pfeile bezeichneten Punkte den Winkel (g) für den Fall, daß
der Tragabschnitt 20 bei den Beispielen 5 bis 7 nicht angeformt ist, so daß der
Winkel (e) zur Federmitte hin allmählich zunimmt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 bis 15 ist die Ausnehmung 18
(Fig. 7) weggelassen, doch ist die Blattfeder 1 zu beiden Seiten des Tragabschnitts
20 mit Ansätzen 21 versehen, welche in Ausschnitte 22 in der Konkavfläche 16 des
Zwischenglieds 15 eingreifen.
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Die Fig. 16 bis 18 veranschaulichen eine weiter abgewandelte Ausführungsform,
bei welcher die Blattfeder an ihrer Außenseite mit eingezogenen, ausgesparten Abschnitten
23 versehen ist, die mit an der Konkavfläche 16 vorgesehenen Ansätzen 24 zusammengreifen.
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Diese Ausführungsformen sind gegenüber der eine Aussparung 18 und
einen Ansatz aufweisenden Ausführungsform gemäß Fig. 7 insofern vorteilhafter, als
eine Spannungskonzentration vermieden werden kann.
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Ersichtlicherweise ist die Erfindung vorstehend in Verbindung mit
speziellen Ausführungsformen beschrieben, die jeweils so ausgebildet sind, daß die
Quermittellinie des Rohlings Teilkreisform erhält. Die Erfindung soll jedoch selbstverständlich
nicht auf diese Form beschränkt sein, sondern auch eine elliptisch gekrümmte Form,
eine parabolisch gekrümmte Form oder eine anders gekrümmte Form entsprechend einer
Gleichung zweiten Grades einschließen.
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Fig. 19 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher die Quermittellinie des Rohlings Parabelform besitzt; der Schnitt ist
dabei am Belastungspunkt geführt, wo der Winkel (e) am größten ist. Der Winkel (@)
wird durch eine Linie AD, die durch das eine Ende der Quermittellinie des Rohlings
und den Mittelpunkt eines durch die beiden Enden und den Mittelpunkt der Quermittellinie
umschriebenen Kreises verläuft, und eine weitere Linie BD bestimmt, welche durch
das andere Ende der Quermittellinie des Rohlings und den Mittelpunkt des genannten
Kreises verläuft.
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Wenn der gekrümmte Abschnitt des Federelements elliptischen oder parabolischen
Querschnitt besitzt, liegen die beiden Endabschnitte der Quermittellinie nicht parallel
zueinander, auch wenn der Winkel (@) 1800 übersteigt. Diese Form ist somit
für das Verpressen besonders zweckmäßig. Außerdem kann jeder Querschnitt oder Querschnitts-Abschnitt
eine größere Höhe erhalten, was zu einem höheren Widerstandsmoment führt. Bei dieser
Form ist es daher möglich, die dif-
-ferentielle minderung des
Widerstandsmoments für jeden Abschnitt zu erhöhen, wodurch die Konstruktion einer
kurz eingespannten Blattfeder mit gleichmäßiger Belastungsverteilung bei hoher Belastung
ermöglicht wird. Bei dieser Konstruktionsart kann der maximale Winkel (9) im Bereich
zwischen 900 und 2100 festgelegt werden.
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Bei Jeder der vorher beschriebenen Ausführungs'formen liegt die Querschnittsform
des Blattfederelements symmetrisch zu einer durch den Mittelpunkt C der Quermittellinie
des Rohlingsquerschnitts verlaufenden Linie und seniranecht zu einer durch beide
Enden A und B der Quermittellinie verlaufenden Linie. Eine derartige Blattfeder
kann für sich allein verwendet werden. Bei der üblichen Automobil-RadauShangung,
d.h.
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Hinterachsaufhängung, können wahlweise zwei solche Blattfedern parallel
zueinander angeordnet werdene Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese symmetrischen
Formen beschrankt, vielmehr können die Federn in den Fällen, in welchen zwei Blattfedern
parallel zueinander angeordnet werden, gegenüber der durch den Mittelpunkt C verlaufenden
Linie auch asymmetrisch ausgebildet sein. In den Fig. 20 und 21 ist eine Ausführungsform
mit derart asymmetrischer Form dargestellt. In Fig. 20 ist ein Querschnitt einer
Blattfeder an der Stelle veranschaulicht, an welcher die angelegte Belastung bzw.
der Winkel (-e) am größten ist. Hierbei wird der Winkel (O) durch eine Linie AD,
die durch das eine Ende der Quermittellinie eines Querschnitts des Rohlings und
den Mittelpunkt (D) eines von beiden Enden A und B und vom Mittelpunkt C der Quermittellinie
umschriebenen Kreises verläuft, sowie durch eine andere Linie BD festgelegt, welche
durch das andere Ende B der Quermittellinie und den Mittelpunkt D des genannten
Kreises verläuft. Bei der asymmetrrschen Form kann der Winkel (e) zwischen 900 und
1800 am Belastungspunkt gewählt werden. Bei Verwendung dieser asymmetrischen
Federart
bei einer Automobil-Radaufhängung kann es sich als ratsam erweisen, zwei Blattfedern
gemäß Fig.
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21 symmetrisch anzuordnen. Wenn die beiden Federn Jeweils so angeordnet
sind, daß der Abschnitt mit kleinerem Krümmungsradius an der Außenseite liegt, erhält
die Radaufhängung größeren Widerstand gegenüber Querschwingungen.
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Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Blattfeder besteht aus
einem einfachen plattenförmigen Rohling mit über seine Gesamtlänge hinweg gleichmäßiger
Dicke und Breite. Sie weist an Jedem Ende einen sich über 9 - 50,' der effektiven
Federlänge erstreckenden Flachprofilabschnitt auf, während der Zwischenabschnitt
gleichmäßig gekrümmten Querschnitt besitzt. Der gekrümmte Abschnitt besitzt im Vergleich
zum Flachprofilabschnitt größeres Widerstandstoment, so daß es durch entsprechende
Auswahl der Form des gekrümmten Abschnitts möglich ist, eine praktisch gleich mäßige
Spannungs- bzw. Pelastungsverteilung über die Länge der Feder hinweg zu erzielen.
Die Lebensdauer der Feder bis zur Ermüdung kann dadurch erheblich verlängert werden.
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Eine gleichmäßigere Spannungs- bzw. Belastungsverteilung läßt sich
mit einer Konstruktion erzielen, bei welcher der durch zwei durch beide Enden der
Quermittellinie des Querschnitts des Rohlingsmaterials und den Mittelpunkt eines
Kreises, der durch die beiden Enden und den Mittelpunkt der Quermittellinie umschrieben
wird, verlaufende Linien festgelegte Winkel am Belastungspunkt am größten ist und
sich zum Flachprofilabschnitt hin allmählich verkleinert. Dieser Winkel kann 180°
entsprechenden oder kleiner als dieser Wert sein, wenn der gekrümmte Abschnitt einen
teilkreisförmigen Querschnitt besitzt, und kann bis zu 21nO betragen, wenn der gekrümmte
Abschnitt einen Querschnitt in Form einer Kurve zweiten Grades, etwa einer Parabel,
besitzt.
Hierdurch kann ein erhebliches Widerstandsmoment am Belastungspunkt
erreicht werden. Ein einziges Federelement kann daher eine beträchtliche Belastung
aufnehmen. Gewünschtenfalis können außerdem mehrere solche Federelemente in Form
einer geschichteten Blattfeder verwendet werden.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung eine verbesserte Blattfederkonstruktion
angeboten, die an ihren beiden Enden aufhängbar und in ihrem Mittelbereich belastbar
ist und deren Besonderheit darin besteht, daß sie aus mindestens einem Blattfederelement
aus einer flachen Platte bzw. Leiste gleichmäßiger Breite und Dicke besteht, wobei
der mittig zu belastende mittlere Abschnitt der Feder sich über mindestens 50 der
Federlänge erstreckt. Diese Blattfederkonstruktion weist einen bogenförmig gekrümmten
Querschnitt mit aufwärts gerichteter konvexer Seite auf, und die Bogenkrummung nimmt
auf die flachen Endabschnitte der Feder hin ab und geht in diese über. Die Querschnittsform
dieser Blattfederkonstruktion ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel
eines Kreissegments im mittleren Abschnitt, welches die in Richtung der Dicke verlaufende
Winkelhalbierende des Bogens an den Kanten der Blattfeder und den winkelhalbierenden
Punkt der die Linie zwischen den Kanten der Blattfeder einschließenden Linie schneidet,
höchstens 2100 beträgt.