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Federungseinrichtung, insbesondere für Räder an Fahrzeugen Die Erfindung
betrifft eine Federungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist
insbesondere geeignet für Fahrzeuge, deren abgefederte Räder einen erheblichen Ausfederungsweg
(das ist der Weg bei der Ausdehnung des Federkörpers) aufweisen können. Hierzu zählen
gepanzerte Kettenfahrzeuge.
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Bei derartigen Federungseinrichtungen besteht die Gefahr, daß z.B.
bei einem schnellen Überfahren einer Bodenschwelle nach einem vollen Einfederungsvorgang
(Zusammendrücken des Federkörpers) eines Rades und daran anschließendem Abheben
des Rades vom Boden das mit dem Rad verbundene Element, z.B. ein Schwingarm, auf
Grund des Umstandes, daß die Ausfederungszeit kürzer ist als die Sprungzeit des
Fahrzeugs, einen so großen Ausfederungsweg vollführt, daß der Federkörper, z.B.
die Schraubenfeder, aus seinen Lagern springt. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist
ein fester Anschlag vorgesehen, der den Weg z.B. des Schwingarms nach unten begrenzt.
Der Stoß auf einen solchen Anschlag ist infolge der im Federkörper vorher gespeicherten
und
in Bewegung umgesetzten Energie jedoch so groß, daß aufwendige
Xonstruktionen vorgesehen werden müßten, um diesen Stoß sicher und ohne Bruch oder
Ermüdungserscheinungen von Maschinenteilen auffangen zu können. Tatsächlich unterliegt
dieser Anschlag häufigen Beschädigungen. Diesen Anschlag mit einer Abfederung zu
versehen führt nicht weiter, da hierdurch wiederum ein unerwünschter und Schwingungen
auslösender Einfederungsvorgang eingeleitet würde. Die D&mpfungswirkung ist
gering.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die die Stoßkräfte auf eine gut beherrschbare Größe zurückführt und die Bewegungsenergie
der Ausfederung nicht in Bewegungsenergie anderer Bauteile, sondern in eine andere
irreversible Energieform umwandelt.
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Auch die Einschaltung eines Stoßdämpfers könnte diese Aufgabe nicht
lösen, da er ständig arbeitet und Energie entzieht, z.B. dem Gesamtsystem des Fahrzeugs,
die dem Antrieb fehlt und im übrigen teuer, schwer, kompliziert und störanfällig
ist. Erfindungsgemäß werden zur Lösung der Aufgabe die Maßnahmen nach dem Rennzeichen
des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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DiesMaßnahmen bewirken, daß die bei der Ausfederung auftretende Stoßenergie
nicht schlagartig, sondern vor Erreichen
der Endstellung der Aus
federung tiber einen be ten Weg hinweg in Wärme umgewandeltwird, und zwar dadurch,
daß der entsprechende Anschlag das Reibglied mit niet und die auf der Reibfläche
bewegt. Der andere Anschlag übernimmt nach eine Ausfederungsvorgangdie RUckführung
des Reibgliedes während eines Zinfederungsvorganges.
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Der gegenseitige Abstand der beiden Anschläge stellt sicher, daß im
normalen Federungsbereich der Federkörper ohne Behinderung durch das Reibglied die
Federungübernimmt.
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Eine besonders zweckmäßige, raumsparende Ausführungsform der Erfindung
beschreibt Anspruch 2, insbesondere für den Fall, daß der Federkörper als Schraubenfeder
ausgebildet ist, so daß das als Hohlkolben ausgebildete Reibglied und der dieses
umgebende Zylinder innerhalb der Schraubenfeder unterbringbar sind.
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Das Reibglied in Verbindung mit der Reibfläche dient dazu, zwischen
den beiden Elementen der Federungseinrichtung im Endbereich des Ausfederungsweges
eine bestimmte Reibungsarbeit zu erzeugen Um kostspielige und auf die Dauer nicht
wirksame Einpaßarbeiten am als Hohlkolben ausgebildeten Reibglied zu vermeiden,
wird di. Maßnahme nach Anspruch 3 vorgeschlagen. Dabei können der Außendurchmesser
des Hohlkolbens und der Innendurchmesser des zugehörigen Zylinders gleich Maße aufweisen,
was zu einem strammen Sitz des
Hohizylindern und zu einer entsprechenden
Reibungskraft führt. Nach einem weiteren Gedanken gemäß Anspruch 4 wird das Reibglied
unter einer elastischen Vorspannung von soleher Größe im Zylinder gehalten, daß
sie auch dann noch ausreichend wirksam ist, wenn bereits ein gewisser Verschleiß
zwischen Reibglied undReibfläche aufgetreten ist.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausführung nach Anspruch 5; der konische
Anschlag bewirkt durch seine Form eine transformative Verstirkung der radialen Anpreßkraft
durch Aufspreizen des geschlitzten Hohlkolbens und kompensiert dabei den eingetretenen
Verschleiß automatisch.
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Es ist gemäß Anspruch 8 ferner möglich, das Reibglied als geschlossenen
Hohlkolben aus hochelastischem Material mit großer Querdehnung (niedriger Poisson-Zahl),
s.B. Elastomer, mit einem bestimmten Spiel im Zylinder vorzusehen, das bei Druckbelastung
des Hohlkolbens in seiner Rotationsachse infolge der Querdehnung aufgehoben und
in eine fUr die Reibung notwendige Radialpressung übergeführt wird. Die Druckbelastung
erfolgt auf Grund des zugehörigen Anschlages und einer Reaktionskraft in Form der
Feder. Da sich die Reaktionskraft wegabhängig stetig erhöht, nimmt auch die Reibungsarbeit
in dieser Weise zu, wodurch ein zuzAtslicher
Nutzeffekt entsteht.
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Bei den Ausführungsformen nach den Ansprüchen 5 und 8 wirkt beim Einfederungsvorgang
die axiale Druckkraft stark vermindert auf das Reibglied, wodurch seine Rückführung
mit reduzierter oder gänzlich aufgehobener Reibung und entsprechend vermindertem
Verschleiß verläuft.
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Eine wegabhängige Reibungskraft entsteht auch durch die Maßnahme nach
Anspruch 6, bei Ausführungsfornennach einem der Ansprüche 3 bis 5 durch einen sich
im Arbeitsbereich leicht konisch verengenden Zylinder (Anspruch 7).
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Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen dargestellt und
im folgenden erläutert. Es zeigen Fig. 1 in einer Ansicht die federnde Aufhängung
eines Rades bei einem Kettenfahrzeug, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die einen
erfindungagemaßen energieabsorbierenden Endanschlag aufweisende Federelnrichtung
fUr dieses Rad, Fig. 3a bis 3e die Betriebszutände der Federeinrichtung nach Fig.2
in einer schematisierten Darstellung, Fig. 4 und 5 zwei Varianten des Endanschlages
in einer Kolben-Zylinder-Ausführung und
Fig. 6 eine weitere Variante
des Endanschlages in einer Dreh-Ausführung.
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Fig. 1 zeigt in der Seitenansicht den Ausschnitt eines Kettenfahrzeuges
1, an dessen Fahrgestell 2 in eine letzte 3 eingreifende Räder 4 federnd aufgehängt
sind. In Fig. 1 ist eines dieser Räder 4 gezeichnet. Es ist über eine Schwinge 5
im Drehpunkt 24 am Fahrgestell 2 so angelenkt, daß sich mit Hilfe eines Federkörpers
in Form einer Schraubenz edel 6 eine Abfederung zwischen der Kette 3 und dem Fahrgestell
2 ergibt. Die Enden der Schraubenfeder 6 liegen auf Federtellern 7 und 8 auf. Der
Federteller 7 ist gelenkig über einen Bolzen 10 am Fahrgestell 2 und der Federteller
8 gelenkig über einen Bolzen 11 an einer Nase 9 der Schwinge 5 angebracht.
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In Fig. 2 sind Einzelheiten der Federeinrichtung mit einem energieabsorbierenden
Endanschlag erkennbar. Man erkennt die Schwinge 5 mit ihrer Nase 9, die Schraubenfeder
6, die Federteller 7 und 8 und den Bolzen 11 aus Fig. 1 wieder.
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Der Federteller 7 ist nach unten in Form eines Zylinders 12 verlängert,
der oben Entlüftungsöffnungen 13 aufweist und unten mit einem eine Durchtrittsöffnung
14 für einen Anschlag 18 aufweisenden Deckel 15 abgeschlossen ist. Der Anschlag
18 befindet ich auf einer als Stellglied dienenden
Stange 16, an
deren obere Ende ein weiterer Anschlag 17 angeordnet ist und deren unteres Ende
in eine in dem Bolsen 11 gelagerte Öse 19 mündet. Zwischen den Anschlägen 17 und
18 ist das Reibglied in Form eines Hohlkolben 20 auf der Stange 16 geführt. Dessen
Außenmantel liegt mit Pressung an dem unteren Teil 21 des Innenmantels des Zylinder
12 ant dieser Teil 21 dient als Relbfläche, wogegen der obere Teil 22 des Innenmantels
zurückgesetzt ist und keine besondere Funktion hat. Der Hohlkolben 20 weist einen
Längsschlits 23 auf und ist mit gewisser Vorspannung in den unteren Teil 21 des
Innenmantels eingesetzt, um eine hohe Reibung zu erzielen.
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In den Fig. 3a bis 3e sind die Betriebezustände des energieabsorbierenden
Endanschlags nach den Fig. 1 und 2 ir Schema dargestellt. Der Schwinge 5 nach den
Fig. 1 und 2 entspricht der Schwingarm 25, dem Drehpunkt 24 der Anlenkpunkt 26 und
der Achse des Rades 4 der Punkt 27. Die Bolzen 10 und 11, der Zylinder 12, der Deckel
15, die Stange 16 mit den Anschlägen 17 und 18 und der Hohlkolben 20 nach den Fig.
3a bis 3e entsprechen den gleichzahligen Teilen nach den Fig. 1 und 2. Der besseren
Übersichtlichkeit wegen ind die Schraubenfeder 6 und die Federteller 7 und 8 nach
den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt.
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Nach Fig. 3a befindet sich der Schwingarm 25 in seiner Normallage,
in der er Federungsbewegungen bis um die Winkel #1 und #1 ausführen kann, ohne daß
die Anschläge 17 und 18 an den Hohlkolben 20 stoßen und diesen verschieben. Die
Fig. 3b und 3c zeigen den Ablauf eines vollen Einfederungsvorgangs, bei dem der
Schwingarm 25 zunächst bei dem Ausschlag um den Winkel 1 (Fig. 3b) mit dem Anschlag
18 den Hohlkolben 20 berührt. Bei Erreichen des vollen Einfederungswinkel #2 (Fig.
3c) nimmt der Anschlag 18 den Hohlkolben 20 in seine obere Endstellung mit. In dieser
Stellung weist die nicht gezeigte Schraubenfeder die größte Einfederung und damit
ihre maximale Energie auf.
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Wenn nunmehr die Ausfederung einsetzt, durchläuft der Schwingarm 25
gemäß den Fig. 3c und 3d zunächst die Winkelf2 und # 1, ohne den Hohlkolben 20 zu
bewegen.
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Erst wenn der Ausfederungswinkel des Schwingarms 25 größer als t1
wird, nimmt der Anschlag 17 den Hohlkolben 20 von seiner oberen Endlage um den Betrag
s (Fig. 3d) mit bis zu einer Endlage beim Winkel # 2 bei der er am Deckel 15 anliegt
(Fig. 3e). Während der Auslenkung des Schwingarms vom Winkel P 1 bis zum Winkel
t 2 wird der Hohlkolben 20 unter einem erheblichen Reibungswiderstand an der als
Reibfläche dienenden Innenwand des Zylinders 12
bewegt und setzt
dabei so viel von der kinetischen Energie des Ausfederungsvorganges in Wärme um,
daß der verbleibende Rest zumindest auf ein unschädliches MaB gesenkt ist. Beim
Zurückfedern des Schwingarms 25 um den Winkel t 2 in seine Normallage bleibt der
Hohlkolben 20 zunächst in seiner unteren Endlage. Erst bei einer Einfederung des
Schwingarms 25 zwischen 00 und SO1 (Fig. 3a) wird der Hohlkolben 20 angehoben und
je nach der Stärke der folgenden Elnfederungsvorgänge in eine Lage nach den Fig.
3a oder 3c gebracht, von der aus wiederum eine energieabsorbierende Auslenkung des
Schwingarms 25 beim Ausfedern gewährleistet ist.
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In den Fig. 4 und 5 sind Varianten von Hohlkolben dargestellt, die
im Zylinder 12 aus Grund der Bewegung der Stange 16 verschoben werden. Nach Fig.
4 weist ein mit einem Längsschlitz 29 versehener Hohlkolben 28, der in ausgebautem
Zustand einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des unteren Teils
49 des Zylinders 12 besitzt, also unter einer gewissen radialen Vorspannung in den
Zylinder eingesetzt ist, eine nach oben konisch sich erweiternde Bohrung 30 auf,
an die beim Ausfedern (Bewegung der Stange 16 nach unten) ein konisch geformter
Anschlag 31 anlegt und den Hohlkolben 28 nach unten drückt.
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Dabei wird dieser gespreizt und legt sich mit erhöhter
Reibung
an die Innenwand des Zylinders 12 an. Sowohl der Hohlkolben 28 als auch der als
dessen Führung dienende untere Teil 49 des Innenmantels des Zylinders 12 sind leicht
konisch ausgebildet, und zwar derart, daß die Reibung bei der Bewegung des Hohlkolbens
nach unten, also beim Ausfederungsvorgang, zunimmt, was in günstiger Weise dazu
beitrage, daß die Ausfederungsenergie in progressiver Weise absorbiert wird. In
der Darstellung ist der Konuswinkel größer gewählt, als es der Wirklichkeit entspricht.
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Nach Fig. 5 ist ein Hohlkolben 32 der Form nach wie der nach Fig.
2 ausgebildet, Jedoch aus einem Elastomer hergestellt mit einem Durchmesser, der
im unbelasteten Zustand ein gewisses Spiel hat (gestrichelte Darstellung). Zu beiden
Stirnseiten des Hohlkolbens 32 ist Je eine Scheibe zwischen diesem und den Anschlägen
17 und 18 vorgesehen.
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Eine Feder 34 zwischen der unteren Scheibe 33 und dem Deckel 15 dient
dazu, daß der von oben wirkenden Ausfederungskraft eine Reaktionskraft entgegenwirkt,
durch welche der Hohlkolben 32 zusammengedrückt wird. Hierdurch nimmt seine Höhe
elastisch ab, aber sein Durchmesser zu, wodurch nach Überwindung des Spiels der
notwendige Anpreßdruck an die Zylinderwand erreicht wird.
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Fig. 6 zeigt lediglich schematisch eine andere Form eines energieabsorbierenden
Endanschlages. Diese Ausführungsart ist besonders bei der Verwendung einer Torsion.feder
geeignet, welche in einem Drehpunkt wirksam wäre. Aus Vereinfachungsgründen wird
jedoch keine Torsionsfeder gezeigt, sondern in allgemeiner Weise ein Federkörper
38. Der Schwingarm ist nach Fig. 6 mit 35, der ortsfeste Anlenkpunkt desselben mit
36 und die mit der Radachse zusammenfallende Bohrung mit 37 bezeichnet. Der Federkörper
38 ist izwischen dem auslenkbaren Schwingarm 35 und einem Fahrgestell 39 angeordnet
und ergibt somit eine Abfederung der Radachse (Bohrung 37). Auf der Achse des Anlenkpunktes
36 ist eine als Reibglied dienende kreisförmige Scheibe 40 mit mehreren Anschlägen
angeordnet, von denen die Anschläge 41 und 42 in der Art der Anschläge 17 und 18
nach Fig. 1 von dem Schwingarm 35 berührt werden und dabei die Scheibe 40 drehen
und von denen die Anschläge 43 und 44 als Endanschläge an einem Winkelstück 45 zur
Begrenzung des Anschlags des Schwingarms 35 dienen. Am Winkelstück 45 ist ein Reibstück
46 befestigt, dessen kreiszylinderförmige Reibfläche 47 unter Druck an der Stirnfläche
48 der Scheibe 40 anliegt und der Drehung derselben einen Reibungswiderstand entgegensetzt.
Diese Drehung kommt dann zustande, wenn beim Ausfedern (Drehung des Schwingarme
35 im Uhrzeigersinn) der Schwingarm 35 über den Anschlag 42 die Scheibe 40 mLtnlmit.
Es ist auch möglich, die Reibung an axialen
Flächen nach Art der
Schelbenbremse zu erzeugen.
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Eine winkolabhängige Progression der Reibung - ähnlich wie nach Fig.
4 - kann durch eine entsprechende Kurvenform der Scheibe erreicht werden.