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Blattfederanordnung, insbesondere für
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die Abfederung von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf
eine Blattfederanordnung für die Abfederung eines ersten Bauteil gegen ein zweites
Bauteil, insbesondere für die Abfederung von Kraftfahrzeugen, der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Zur Ab federung von Kraftfahrzeugen versucht man, möglichst Federn
mit progressiver Charakteristik einzusetzen, um damit die Schwingungszahl des Fahrzeuges
bei unterschiedlicher Belastung annähernd konstant zu halten. Neben Blattfederanordnungen
bei denen eingHauptblattfeder bei einer vorbestimmten Belastung des Fahrzeuges eine
Hilfsblattfeder dadurch parallelgeschaltet wird, daß die zuvor frei liegenden Enden
dieser Hilfsblattfeder an festen Anschlägen des Fahrzeugaufbaus zur Anlage kommen
(z. B. DE-PS 894 054, DE-PS 1 050 207) und solchen Blattfederanordnungen, bei denen
eine Hauptblattfeder, die im mittleren Bereich an der Fahrzeugachse und mit den
beiden Enden am Fahrzeugaufbau befestigt ist, zur Erzielung der erwünschten Progressivität
bei Erreichen einer bestimmten Fahrzeugbelastung an beiderseits der Radachse angeordneten
Schraubenfedern zur Anlage kommt (z. B. DE-PS 917 952) sind auch Blattfederanordnungen
mit einer Hauptblattfeder und einer Stützblattfeder bekannt, bei denen sich die
Hauptblattfeder nach
Erreichen einer bestimmten Fahrzeugbelastung
auf den bis dahin freien Enden der Stützblattfeder abstützen, so daß von dieser
Belastung ab eine höhere Federrate zur Wirkung kommt. Bei dieser bekannten Anordnung
ergibt sich für die Fahrzeugfederung ein unstetiger Kennungsverlauf mit einem Knick
im mittleren Lastbereich, was den Federungskomfort in diesem Teillastbereich stark
beeinträchtigt.
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Bekannt sind auch Blattfederanordnungen in Form sogenannter Spreizfedern
(Trapezfedern) bei denen aufeinandergeschichtete abgestellte Federblätter mit zunehmender
Fahrzeugbelastung aufeinander abwälzen, wodurch sich ebenfalls ein progressiver
Kennlinienverlauf ergibt. Die Berechnung derartiger Spreizfedern ist infolge des
Abwälz-prozesses vergleichsweise schwierig, weil die zu erwartenden Belastungswerte
hinsichtlich Größe und Lage nicht genau vorausgesehen werden können.
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Daher ist der Erprobungsaufwand erheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blattfederanordnung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß. einerseits
im Feder-Kennlinienverlauf möglichst keine Knickpunkte auftreten, und andererseits
ohne wesentliche Schwierigkeiten eine exakte Berechnung und Steuerung des gewünschten
progressiven Verlaufs der Federanordnung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorgesehen werden eine Hauptblattfeder und eine im
Abstand dazu verlaufende Stützblattfeder, :£, auf deren freien Enden sich die Hauptblattfeder
bei Erreichen einer vorzubestimmenden Fahrzeugbelastung unter Zwischenschaltung
besonderer elastischer Elemente abstützt, wobei diese elastischen Elemente eine
im Vergleich zur Stützblattfeder geringf Anfangsfederaufweisen. Hierdurch ergibt
sich mit zunehmender Beladung des Fahrzeuges
ein kontinuierlicher
übergang von der durch die Hauptblattfeder bestimmten linearen Anfangsfederrate
zu der durch die Parallelschaltung von Hauptblattfeder und Stützblattfeder bestimmten
linearen Endfederrate.
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Im Vergleich zu den bekannten Spreizfedern ist der progressive Bereich
der Federanordnung sehr genau zu steuern. Die Federvorrichtung ist einer Berechnung
leichter und genauer zugänglich als die vom Abwälzprozeß hier schwieriger zu behandelnde
Spreizfeder, da die zu erwartenden Belastungswerte hinsichtlich Größe und Lage besser
vorausbestimmt werden können. Der einer Berechnung sich im allgemeinen anschlißende
Erprobungsaufwand für diese Blattfederanordnung kann somit auf ein Minimum reduziert
werden, was speziell bei solchen Kraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist, die
lediglich in vergleichsweise geringer Stückzahl produziert werden.
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Durch die bessere Werkstoffausnutzung der Federn ergibt sich im Vergleich
zu herkömmlichen Spreizfedern ein niedrigeres Gewicht was nicht nur bezüglich des
Materialwertes von Vorteil ist, sondern auch der Nutzlast des Fahrzeuges zugute
kommt. Wegen der quasi berührungsfreien Anordnung von Hauptblattfeder zur Stützblattfeder
ergibt sich im Vergleich zur Spreizfeder eine geringere Feder-Hysterese, was einen
erhöhten Federungskomfort bedeutet. Diese berührungsfreie Anordnung der beiden Blattfedern
hat auch zur Folge, daß bei gleichem Aufwand für den Korrosionsschutz die Gefahr
von Spannungsriß-Korrosion verringert und damit die Lebensdauer der Blattfederanordnung
erhöht wird.
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Von besonderem Vorteil ist, daß der Gesamtfederweg der Blattfederanordnung
bei der Herstellung des Fahrzeuges ohne Änderung an der Hauptblattfeder und der
Stützblattfeder selbst ausschließlich durch Veränderung des Federweges der elastischen
Elemente festgelegt werden kann. Diese Möglichkeit ist besonders interessant, weil
bestimmte
Pahrzeugtypen häufig mit unterschiedlichen Radständen
geliefert werdenund die Fahrzeugneigung jeweils an diese verschiedenen Radstände
angepaßt werden muß.
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Von besonderem Vorteil ist auch, daß bei dieser Blattfederanordnung
beide Blattfedern in der Weise voneinander getrennt werden können, daß die Hauptblattfeder
von oben und die Stützblattfeder von unten an der Fahrzeugachse befestigt werden
kann, so daß die für die Fahrzeughöhe bzw. für den zur Verfügung stehenden dynamischen
Restfederweg des Fahrzeugs maßgebliche wirksame Bauhöhe der Blattfederanordnung
extrem niedrig sein kann, weil hierbei nur die Höhe der Hauptblattfeder von Bedeutung
ist.
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Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im einzelnen
erläutert.
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In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung Fig. 1 ein erstes
Ausführungsbeispiel einer Blattfederanordnung gemäß der Erfindung für Kraftfahrzeuge
im unbelasteten Zustand, Fig. 2 die gleiche Blattfederanordnung bei belastetem Fahrzeug
und Fig. 3 eine zweite Ausführung einer Blattfederanordnung gemäß der Erfindung,
die besonders niedrig baut.
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entlang Die Figuren zeigen eine Blattfederanordnung/der Längsseite
eines Eraftfahrzeuges, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen
Einzelteile dargestellt sind. Die Blattfederanordnung besteht aus einer Hauptblattfeder
1 sowie aus einer in der gleichen Vertikalebene im Abstand unter der Hauptblattfeder
liegenden Stützblattfeder 2. Beide sind im gezeigten Ausführungsbeispiel nur schematisch
dargestellt. Sie können je nach Bedarf entweder aus einem
einzigen
Federblatt oder aus mehreren aufeinander geschichteten Federblättern bestehen. Die
Hauptblattfeder 1 und die Stützblattfeder 2 sind in ihrem mittleren Bereich durch
eine zwischen ihnen angeordnete unelastische Zwischenlage 5 räumlich voneinander
getrennt. Mit Hilfe gemeinsamer Federbügel 6 sind sie als Baueinheit an der Fahrzeugachse
4 befestigt, und zwar oberhalb der Fahrzeugachse liegend. An beiden Enden der Hauptblattfeder
1 sind Federaugen 11 und 12 angeformt, welche in üblicher Weise am nicht weiter
dargestellten Fahrzeugaufbau oder Teilen davon angelenkt sind, wobei eines der beiden
Enden im allgemeinen zum Längenausgleich über eine besondere Lasche angelenkt wird.
Es sind jedoch auch andere übliche Federanlenkungen denkbar. Die freien Enden 21
und 22 der Stützblattfeder 2 stützen sich ihrerseits nicht am Fahrzeugaufbau ab.
Sie liegen bei unbelastetem Fahrzeug, wie es in Fig.
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gezeigt ist, in einem vorbestimmten Abstand frei unter der Hauptblattfeder
1.
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Auf den freien Enden 21 und 22 der Stützblattfeder sind - der Hauptblattfeder
1 zugekehrt - elastische Elemente 3 angeordnet, die eine im Vergleich zur Stützblattfeder
2 geringere Anfangsfederrate besitzen. Diese elastischen Elemente 3 besitzen vorzugsweise
eine im wesentlichen progressive Kennlinie und können beispielsweise aus einem der
bekannten Elastomere gefertigt sein.
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Die Hauptblattfeder 1 und die Stützblattfeder 2 sind unter Berücksichtigung
der übrigen Fahrzeugabmessungen sowie der Fahrzeugbelastungen bezüglich ihrer Federungswerte
so bemessen und bezuglich ihrer räumlichen Gestaltung-so angeordnet, daß sich die
Hauptblattfeder nach Überschreiten einer bei der Auslegung des Fahr-Zuges und deren
Federung zu wählenden Federlast über die elastischen Elemente 3 auf den freien Enden
21 und 22 der Stützblattfeder 2 abstützt.
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Zunächst wird daher im unteren Lastbereich nur die Hauptblattfeder
1 wirksam, so daß sich in diesem Anfangsbereich die in Fig. 4 mit A
bezifferte
lineare Kennlinie für die Blattfederanordnung ergibt.
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Nach Uberschreiten einer vorbestimmten Federlast kommt die Hauptblattfeder
1 nach entsprechender Durchbiegung an den elastischen Elementen 3 zur Anlage. Oberhalb
dieser Belastung wird somit eine größelEFederrate wirksam, weil der Hauptblattfeder
1 die Reihenschaltung aus der Sttzblattfeder 2 und den beiden elastischen Elementen
3 nunmehr parallel geschaltet ist.
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Der weitere Verlauf der Federkennlinie der wirksamen Blattfederanordnung
wird von der Charakteristik der elastischen Elemente 3 beeinflußt. Bei Einsatz von
elastischen Elementen mit einer progressiven Federkennung ergibt sich für die Gesamtanordnung
im mittleren Lastbereich ein progressiver Kennlinienverlauf, welcher in Fig. 4 mit
B beziffert ist. Bei einer bestimmten Federlast, vorzugsweise bei Vollast des Fahrzeuges,
sind die elastischen Elemente 3 völlig zusammengedrückt, d. h. sie liegen auf Block
und können selbst bei Erhöhung der auf sie einwirkenden Kraft nicht weiter zusammengedrückt
werden. Ihre Federrate ist praktisch unendlich groß. Oberhalb dieser Belastung liegt
daher für die Gesamtanordnung eine Federkennlinie vor, welche durch die unmittelbare
Parallelschaltung der Hauptblattfeder 1 mit der Stützblattfeder 2 bestimmt wird.
Lineare Bederelemente vorausgesetzt, ergibt sich daher im oberen Lastbereich wiederum
ein linearer Kennlinienverlauf, der in Fig. 4 mit C beziffert ist.
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Beachtenswert ist, daß sich für die Gesamtfederanordnung eine Federkennlinie
ohne Knickpunkt ergibt. Würde man auf die Zwischenschaltung der elastischen Elemente
3 verzichten und die Hauptblattfeder 1 sich unmittelbar - oder aus Geräuschgründen
unter Zwischenschaltung quasi unelastischer Gummielemente - auf der Stützblattfeder
2 abstützen lassen, ergäbe sich dagegen ein Kennlinienverlauf mit einem Knickpunkt,
wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Solch Knickpunkt im Kennlinienverlauf ergäbe
im besonders wichtigen mittleren Bereich des Federweges einen schlechten Federungskomfort.
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In Fig. 2 ist die Blattfederanorndung im Bereich der Fahrzeuges belastung
dargestellt, bei dem die elastischen Elemente 3 bereits vollständig zusammengedrückt
sind und nichts mehr zur Gesamtfederrate beitragen.
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Die Bauhöhe h der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Blattfederanordnung
ist im Vergleich zu üblichen Spreizfedern gering.
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Eine weitere Verringerung der für die Fahrzeughöhe oder den dSx=aschen
Restfederweg bei der zulässigen Achslast maßgeblichen Bauhöhe der Blattfederanordnung
läßt sich dadurch erzielen, daß man Hauptblattfeder 1 und Stützblattfeder 2 räumlich
voneinander trennt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Hauptblattfeder 1 oberhalb und die Stützblattfeder 2 unterhalb der Fahrzeugachse
4 angeordnet. Mit der Fahrzeugachse sind sie wiederum über gemeinsame Federbügel
6 verbunden. Die Hauptblattfeder 1 stimmt in ihrer räumlichen Ausbildung mit der
in Fig. 1 gezeigten Anordnung überein. Die Stützblattfeder 2 besitzt dagegen eine
von der Anordnung gemäß Fig. 1 abweichende Gestalt. Ihre beiden Arme sind zur Erzielung
des erforderlichen Abstandes zwischen Hauptblattfeder 1 und den freien Enden 21
und 22 der Stützblattfeder andererseits in Richtung auf die Hauptblattfeder 1 zu
abgewinkelt, so daß im unbelasteten Zustand wieder der gleiche Abstand wie in Fig.
1 herrscht. Der Übergang von der linearen Anfangsfederrate zum progressiven Bereich
wird daher - gleiche Hauptblattfeder 1 vorausgesetzt - beim gleichen Belastungswert
wie in derAnordnung gemäß Fig. 1 stattfinden.
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Durch Fortfall der in Fig. 1 notwendigen unelastischen Zwischenlagen
5 und durch die Anordnung der Stützblattfeder unterhalb der Fahrzeugachse wird der
in Fig. 1 mit h bzifferte Abstand zwischen Fahrzeugachse und Oberkante Blattfederanordnung
drastisch verringert, wodurch die Fahrzeughöhe entsprechend verringert oder aber
der für den Federungskomfort maßgebliche dynamische Restfederweg
bei
der zulässigen Achslast erheblich verbessert wird.
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Insbesondere bei solchen Fahrzeugen, bei denen die Blattfederanordnungen
unmittelbar unter den Rahmenlängsträgern angeordnet sind, machten sie hier diese
Verringerung der Feder-Bauhöhe vorteilhaft bemerkbar, weil der unter Beibehaltung
vorhandener statischer Fahrzeugneigungen erzielte größere dynamische Federweg nicht
nur einen besseren Federungskomfort, sondern auch eine niedrigere Bauteilbeanspruchung,
z. B. des Fahrzeugrahmens, ergibt.