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Blattfeder-Baueinheit für die Abfederung von
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Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Blattfeder-Baueinheit
für die Abfederung eines ersten Bauteils gegen ein zweites Bauteil, insbesonderte
für die Abfederung von Kraftfahrzeugen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
genannten Art nach Patent .... (Patentanmeldung P 30 35 915.0-12) Zur Abfederung
von Kraftfahrzeugen ist man bemüht, möglichst Federn mit progressiver Charakteristik
einzusetzen, um damit die Schwingungszahl des Fahrzeuges bei unterschiedlicher Belastung
möglichst konstant zu halten.
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Zur Erreichung solcher Charakteristiken sind ;viele, zum Teil recht
unterschiedliche Blattfederanordnungen geschaffen worden (DE-PS 894 0549 DE-PS 1
050 207, DE-PS 1 227 784), denen im wesentlichen allen der Nachteil anhaftet, daß
sie einen unstetigen Kennungsverlauf mit einem oder mehreren mehr oder weniger stark
ausgeprägten Kennlinienknicken im mittleren Lastbereich aufweisen.
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Durch das Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 30 35 915.0-12) ist unter
Verwendung einer Hauptblattfeder und einer Stützblattfeder eine progressive Blattfederanordnung
mit stetigem Kennungsverlauf für die Abfederung von Kraftfahrzeugen geschaffen.
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Die Hauptblattfeder und die Stützblattfeder sind dabei derart angeordnet
und bemessen, daß sich die Hauptblattfeder nach Überschreiten einer unterhalb Vollast
liegenden vorbestimmten statischen Last unter Zwischenschaltung elastischer Elemente
mit progressiver Eennlinie
auf den bis dahin freien Enden der Stützblattfeder
abstützt, wobei die elastischen Elemente eine im Vergleich zur Stützblattfeder geringe
Anfangsfederrate besitzen.
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Diese Blattfederanordnung des Hauptpatentes stellt eine vergleichsweise
leichte und sehr. komfortable Blattfederanordnung mit einer progressiven Federkennlinie
dar, deren Verlauf zwischen den statischen Belastungsgrenzen (Leerlast, Vollast)
stetig von einem unteren linearen in einen oberen linearen Kennlinienteil übergeht.
Sie kann im Vergleich zu den erheblich komplizierteren bekannten Spreizfedern (Xrapezfedern)
mit aufeinandergeschichteten, abgestellten Federblättern, mit denen ähnlich stetige
Kennlinien erzeugt werden können, ohne wesentliche Schwierigkeiten sehr exakt berechnet
werden.
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Wenn Fahrzeuge mit unterschiedlichen zulässigen Zuladungen bei jeweiis
maximaler Zuladung trotzdem die gleiche statische Einfederung erfahren sollen, müssen
sie mit Federn entsprechend unterschiedlicher Federstärke ausgerüstet sein. Die
vom Hersteller einer derartig differenzierten Fahrzeugpalette benötigten Blattfeder-Baueinheiten
unterscheiden sich daher bezüglich der Bemessung und Anordnung der Haupt- und Stützlastfedern,
was zum einen wegen der Typenvielfalt eine vergleichsweise aufwendige Lagerhaltung
erfordert und zum anderen dazu führt, daß die Baueinheiten wegen der relativ kleinen
Stückzahl jeweils identischer Baueinheiten vergleichsweise teuer werden.
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Ausgehend von einer Blattfeder-Baueinheit der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so auszubilden,
daß der Fahrzeughersteller in der Lage ist, unter Einsatz von im wesentlichen gleichen
Blattfeder-Baueinheiten, Fahrzeuge zu fertigen, die bei maximaler Zuladung trotz
unterschiedlicher zulässiger Zuladung etwa gleich große statische Einfederwege besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Zur Erzielung der für die Fahrzeuge unterschiedlicher zulässiger Zuladung
gewünschten gleich großen statischen Einfederwege bei maximaler Zuladung wird also
eine Blattfeder-Basisbaueinheit verwendet,
deren Federkennungsverlauf
unter Beibehaltung seines progressiven und stetigen, das heißt knickfreien Charakters
in einfacher Weise, nämlich lediglich durch Variation der räumlichen Lage der elastischen
Elemente relativ zur Hauptblattfeder, an die für Fahrzeuge unterschiedlicher Zuladung
jeweils unterschiedlichen Erfordernisse anpaßbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles
wird die Erfindung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Blattfeder-Baueinheit gemäß der
Erfindung im unbelasteten Zustand und Fig. 2 die Federkraft der in Fig. 1 gezeigten
Baueinheit als Funktion des Federweges bei drei räumlich verschieden angeordneten
elastischen Elementen.
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Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Blattfeder-Baueinheit besteht
aus einer Hauptblattfeder 1 mit einem Federblatt, welches über die gesamte Länge
die gleiche Dicke aufweist, sowie aus einer im Abstand dazu angeordneten Stützblattfeder
2 aus einem parabolisch ausgewalzten Federblatt. Je nach Bedarf können die Hauptblattfeder
sowie die Stützblattfeder auch aus mehreren aufeinandergeschichteten Federblättern
bestehen. Hauptblattfeder 1 und Stützblattfeder 2 sind in ihrem mittleren Bereich
unter Zwischenschaltung einer unelastischen Zwischenlage 5 formsteif miteinander
verbunden.
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Auf den freien Enden der Stützblattfeder 2 sind - der Hauptblattfeder
1 zugekehrt - elastische Elemente 3 angeordnet, die eine progressive Kennlinie mit
einer im Vergleich zur Stützblattfeder 2 geringen Anfangsfederrate besitzen und
beispielsweise aus einem der bekannten Elastomere gefertigt sein können.
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In diesem Bauzustand können die Blattfeder-Baueinheiten in der Regel
vom Feder-Hersteller an den Fahrzeug-Hersteller geliefert werden, um
in
die verschiedenen Fahrzeuge eingebaut zu werden. Über an den Enden der Hauptblattfeder
1 angeformte Federzugen 11 und 12 wird die Baueinheit dann in üblicher Weise am
Fahrzeugaufbau oder Teilen davon angelenkt, wobei eines der beiden Enden im allgemeinen
zum Längenausgleich über eine schwenkbare Lasche angelenkt wird. Der mittlere Bereich
der Blattfeder-Baueinheit wird dagegen an der Fahrzeugachse befestigt, z. B. - wie
in Fig. 1 dargestellt - mit Hilfe von Federbügeln 6, welche die Blattfeder-Baueinheit
1/2 sowie die Fahrzeugachse 4 umgreifen.
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Die Hauptblattfeder 1 und die im Abstand dazu in der gleichen Vertikalebene
darunter liegende Stützblattfeder 2 sind so bemessen und angeordnet, daß sich die
Hauptblattfeder'1 nach Überschreiten einer unter Vollast liegenden vorbestimmten
statischen Last, die bei der Bemessung des Fahrzeuges und dessen Federung festzulegen
ist, über die elastischen Elemente 3 auf den freien Enden der Stützblattfeder 2
abstützt.
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In einem unteren statischen Lastbereich beteiligt sich daher zunächst
nur die Hauptblattfeder 1 an der abfederung des Fahrzeugs, so daß in diesem Anfangsbereich
lediglich die Federrate dieser Hauptblattfeder wirksam ist. Erst wenn die Hauptblattfeder
nach Überschreiten der vorerwähnten bestimmten statischen Last sich so weit durchgebogen
hat, daß sie beginnt, sich über die elastischen Elemente 3 auf der Stützblattfeder
2 abzustützen, wird eine größere Federrate wirksam, weil der Hauptblattfeder 1 dann
die Reihenschaltung aus der Stützblattfeder 2 und den beiden elastischen Elementen
3 parallel geschaltet ist, wobei oberhalb eines zweiten bestimmten statischen Lastwertes,
vorzugsweise bei Vollast des Fahrzeuges, die elastischen Elemente 3 völlig zusammengedrückt
sind und somit zur Federung nicht mehr beitragen.
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Für die in Fig. 1 dargestellte Blattfeder-Baueinheit ergibt sich somit
eine Federungskennlinie mit einem z.B. linearen ersten Abschnitt im unteren statischen
Lastbereich, einem z.B. ebenfalls linearen zweiten Abschnitt im obersten statischen
Lastbereich und einem einen exakt definierten stetigen Übergang vom ersten zum zweiten
Abschnitt schaffenden progressiven Zwischenabschnitt. Dabei sind der erste und
der
zweite Abschnitt dann linear, wenn die Hauptblattfeder 1 und die Stützblattfeder
2 ihrerseits eine lineare Kennung besitzen. Besitzen diese dagegen eine progressive
Kennung, verlaufen auch die ersten und zweiten Abschnitte entsprechend progressiv.
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Erfindungsgemäß erfolgt nun die Befestigung der elastischen Elemente
3 auf der Stützblattfeder 2 unter Zwischenschaltung von unelastischen Widerlagern
7, die in ihrer wirksamen Länge veränderbar sind.
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Dabei kann es sich beispielsweise um auswechselbare Distanzscheiben
unterschiedlicher Dicke handeln oder die Widerlager können auch mit Schraubzapfen,
Kontermuttern etc. ausgerüstet sein, mit deren Hilfe die gewünschte räumliche Lage
der elastischen Elemente 3 eingestellt werden kann.
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In Fig. 1 ist die Höhe der unelastischen Widerlager 7 mit a, die der
elastischen Elemente 3 mit b und der Abstand zwischen den elastischen Elementen
3 einerseits und der Hauptblattfeder 1 - im unbelasteten Zustand > andererseits
mit c bezeichnet. Es ist leicht erkennbar, daß eine Anderang der Höhe a der unelastischen
Widerlager 7 eine Änderung des Abstandes c bewirkt Gleiche Hauptblattfedern, Stützblattfedern
und elastische Elemente vorausgesetzt, muß die Hauptblattfeder 1 bis zu ihrer Anlage
an den elastischen Elementen 3 unterschiedlich weit einfedern, was entsprechend
unterschiedliche statische Lasten bedingt, wenn die Höhe der unelastischen Widerlager
7 verändert wird. Durch Variation der wirksamen Länge der unelastischen Widerlager
ist es daher möglich, mit der gleichen Blattfeder-Baueinheit in einfacher Weise
unterschiedliche Federungs-Kennlinien zu erzeugen und so den möglichen Einsatzbereich
dieser Blattfeder-Baueinheit zu vergrößern.
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Es ist mit dieser Blattfeder-Baueinheit somit insbesondere möglich,
im oberen Kennlinienbereich bei unterschiedlichen statischen Belastungen gleich
große statische Lasteinfederungen zu erzeugen, so daß die gleiche Blattfeder-Baueinheit
zur Abfederung von Fahrzeugen mit verschieden großer zulässiger Zuladung eingesetzt
werden kann und dann trotzdem im jeweils oberen statischen Lastbereich, z.B. bei
der jeweiligen Voll- oder Nennlast, gleich große statische Lasteinfederungen (Federwege)
einzuhalten.
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In Fig. 2 sind drei verschiedene Federungs-Kennlinien I - III dargestellt,
die mit der gleichen Blattfeder-Baueinheit erzielt werden, wobei lediglich die wirksame
Länge der unelastischen Widerlager 7 variiert wurde, wobei bei dieser Darstellung
angenommen wurde, daß die Hauptblattfeder sowie die Stützblattfeder jeweils lineare
gennlinien besitzen. Die drei dargestellten Kennlinien I - III besitzen jeweils
einen linearen ersten Xennlinienabschnitt im unteren statischen Lastbereich und
einen linearen zweiten Kennlinienabschnitt im oberen statischen Lastbereich, die
jeweils durch einen progressiven Zwischenabschnitt miteinander verbunden werden.
Die linearen gennlinienabschnitte sind dabei voll ausgezogen, während die progressiven
Abschnitte strichpunktiert dargestellt sind. Bei der Darstellung der Kennlinien
wurden von der Kennlinie I zur Kennlinie III größer werdende wirksame Längen der
unelastischen Widerlager 7 angenommen.
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Nan erkennt, daß durch Veränderung der wirksamen Höhe der unelastischen
Widerlager 7 eine Verschiebung des progressiven Eennlinienabschnittes, dv h. des
Wirkungsbereiches der elastischen Elemente, bewirkt wird; und zwar wird der progressive
Kennlinienteil mit der Vergrößerung der wirksamen Länge der Widerlager zu kleineren
statischen Lasten verschoben.
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Bei geringer Höhe der unelastischen Widerlager 7 muß ein vergleichsweise
großer Federweg f1 zurückgelegt werden, ehe die Hauptblattfeder 1 an den elastischen
Elementen 3 zur Anlage kommt. Der entsprechende lineare erste Kennlinienabschnitt
ist mit 0 A bezeichnet.
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Mit zunehmender Höhe der Widerlager verringert sich der Federweg,
der zurückgelegt werden muß bis die Hauptblattfeder 1 an den elastischen Elementen
zur Anlage kommt. Bei der Kennlinie II ist dieser Weg mit f2 und bei der Kennlinie
III mit f3 beziffert. Man erkennt, daß die Hauptblattfeder 1 in den drei Fällen
jeweils bei unterschiedlich großen statischen Lasten, d. h. bei unterschiedlich
großen Federkräften an den elastischen Elementen 3 zur Anlage kommt. Dem linearen
ersten Kennlinienabschnitt schließt sich jeweils ein durch die Progressivität der
elastischen Elemente 3 geprägter progressiver Zwischenteil an, der jeweils strichpunktiert
dargestellt ist und dessen Ende jeweils mit B, B' bzw. B 2' bezeichnet ist. Diese
progressiven Zwischenabschnitte sind jeweils beendet, sobald die elastischen
Elemente
3 völlig zusammengedrückt sind, d.h. sobald sie auf Block liegen und dann selbst
bei Erhöhung der auf sie einwirkenden Kraft nicht weiter zusammengedrückt werden
können. Dem progressiven Zwischenabschnitt schließt sich daher jeweils ein linearer
zweiter Kennlinienabschnitt an; dessen Federrate durch die dann wirksame unmittelbare
Paralellschaltung der Hauptblattfeder 1 mit der Stützblattfeder 2 bestimmt wird
und die größer ist als die Federrate der Hauptblattfeder 1 allein.
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Durch Veränderung allein der wirksamen Länge der unelastischen Widerlager
7 kann somit gemäß der Erfindung bei sonst gleicher Blattfeder-Baueinheit bei unterschiedlichen
statischen Lasten stets die gleiche statische Einfederung des Fahrzeuges erreicht
werden. Das bedeutet für den Fahrzeug-Hersteller sowie für die Kraftfahrzeug-Werkstätten
eine spürbare Bauteilevereinhetlichung und führt außerdem dazu, daß die Feder-Hersteller
eine bestimmte Blattfeder-Baueinheit nunmehr jeweils in größerer Serie, d.h. letztlich
wirtschaftlicher fertigen können, weil diese Blattfeder-Baueinheit in ihrer Grundform
zur Abfederung von Fahrzeugen unterschiedlichen zulässigen Gesamtgewichtes eingesetzt
werden können.
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Im gezeigten kusSuhrungsbeispiel ist der Abstand zwischen Hauptblattfeder
1 und Stützblattfeder 2 durch eine unelastische Zwischenlage be-9tiSmto Abweichend
davon sind natürlich auch andere Ausführungen denkbar. So könnten Hauptblattfeder
und Stützblattfeder z.B. auch im mittleren Bereich unmittelbar aufeinanderliegen
und die Arme der Stützblattfeder zwecks Erzielung des erforderlichen Abstandes zwischen
Hauptblattfeder und freien Enden der Stützblattfeder von der Hauptblattfeder fort
abgewinkelt sein.
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