DE3410473C2 - Federungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Das zum Abfedern von Kraftfahrzeugen eingesetzte Federsystem (1, 2) besitzt eine mechanische, pneumatische oder hydropneumatisch ausgebildete Tragfeder (1), die zwischen dem gefederten und dem ungefederten Masseanteil des Kraftfahrzeuges eingeschaltet ist. Die Tragfeder ist linear und besitzt eine relativ große positive Steifheit bei nur geringen Federwegen. Dieser Tragfeder (1) ist eine Korrekturfeder (2) mit negativer Steifigkeit und Nulldurchgang im Bereich der negativen Steifigkeit parallelgeschaltet. Die Korrekturfeder (2) weist zwei jeweils mit Permanentmagneten ausgestattete Teile auf, von denen der eine Teil mit den gefederten und der andere Teil mit den ungefederten Massen verbunden ist. Die Teile der Korrekturfeder (2) besitzen jeweils mehrere in Bewegungsrichtung hintereinander geschaltete Permanentmagnete und dazwischen angeordnete Weicheisenstücke, wobei die Pole benachbarter Permanentmagnete an den Weicheisenzwischenstücken gleichnamig aneinandergrenzen und die Magnetisierungsachsen der Permanentmagnete parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß der durch die Weicheisenzwischenstücke senkrecht zur Bewegungsrichtung umgelenkte Magnetfluß Pole an beiden Teilen erzeugt, die gleichnamig auf Abstoßen im labilen Gleichgewicht einander in gleicher Höhe bezüglich der Bewegungsrichtung gegenüberstehen.

Description

Konzentrierung des Magnetflusses. Ein weiterer Nachteil der radial magnetisierten Permanentmagnete ist darin zu sehen, daß es schwierig ist, einen gleichförmig ausgebildeten Magnetfluß über den Umfang der Teile zueinander zu erzeugen. Die bei dem bekannten Federungssystem prinzipiell erforderliche radiale Magnetisierung der Permanentmagnete ist nur bei Einsatz von isotropem Magnetisierungsmaterial möglich. Dieses Magnetisierungsmaterial ist in seiner Leistungsdichte anisotropem Magnetmaterial unterlegen. Anisotropes Magnetmaterial läßt sich nur in einer Richtung, also als Stabmagnet, magnetisieren. Es kann bei dem bekannten Federungssystem somit nicht eingesetzt werden. Das bekannte Federungssystem muß von seinem Prinzip her Permanentmagnete einsetzen, die vergleichsweise teuer in ihrer Herstellung sind und überdies ein großes Gewicht aufweisen, so daß letztendlich das Gewicht/Leistungsverhältnis ungünstig wird. Dieser höhere Gewichtsanteil wirkt sich insbesondere auf drr Seite der ungefederten Massen vergleichsweise besonders nachteilig aus, weil man bei einem Kraftfahrzeug immer bestrebt ist, die ungefederten Massen gewichtsmäßig gering zu halten. Dieser Masseanteil wird durch den Masseanteil des Federsystems relativ weit mehr vergrößert als der Masseanteil des gefederten Fahrzeugteils.

Aus der DD-PS 28 186 ist auch ein Federungssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem bereits eine Tragfeder und eine Korrekturfeder parallel geschaltet zueinander vorgesehen sind. Die Tragfeder besitzt positive Federrate, d. h. mit der Zusammendrückung der Feder wächst die von der Feder abgegebene Kraft an. Dieses Anwachsen kann linear oder etwa linear erfolgen, so daß die Kennlinie der Tragfeder im Kraft-/Weg-Diagramm (F i g. 3) eine mehr oder weniger gerade nach rechts ansteigende Linie darstellt Die Tragfeder ist relativ steif ausgebildet und läßt nur begrenzte Federwege zu. Die Tragfeder ist in der Regel als gewickelte Schraubenfeder ausgebildet. Die Korrekturfeder des Federungssystems ist eine magnetische Feder. Sie besteht aus zwei Teilen, von denen der eine Teil mit den gefederten Massen, z. B. dem Fahrgestell, und der andere Teil mit den ungefederten Massen, z. B. den Rädern und Achsen, verbunden ist. Der eine Teil besteht aus einem ringförmig aufgebauten Permanentmagneten, bei dem abwechselnd Nord- und Südpole vorgesehen sind, die durch Lücken in dem Ring voneinander getrennt sind. Der andere Teil besteht aus einem Anker aus Weicheisen, der Vorsprünge und Einkerbungen aufweist. Der Anker aus Weicheisen besitzt selbst keine magnetischen Eigenschaften, sondern wird durch den Magnetfluß des anderen Teils je nach seiner Stellung entsprechend magnetisiert. Wenn die Vorsprünge des Ankers aus Weicheisen genau auf Lücke zwischen einem Nord- und Südpol stehen, wie dargestellt, befindet sich diese Magnetfeder in ihrem Arbeitspunkt in labilem Gleichgewicht Die Vorsprünge des Ankers aus Weicheisen werden von den benachbarten Polen des Permanentmagneten mit gleich großen, aber entgegengesetzt wirkenden Kräften angezogen. Eine kleine Verschiebung bzw. Verdrehung des Ankers aus Weicheisen führt dazu, daß labile Gleichgewichtslage verlassen wird und von den Polen des Permanentmagneten eine größer werdende Kraft, die in Richtung der Bewegung wirkt, auf die Vorsprünge ausgeübt wird. In der umgekehrten Drehrichtung geschieht dasselbe; auch bei einer solchen Drehung wächst die in Richtung der Bewegung wirkende Kraft. Diese Kraft ist bei einem Verdrehwinkel von ca. 22,5° am größten und fällt wieder auf Null ab, wenn die Vorsprünge des Ankers aus Weicheisen den Polen des Permanentmagneten genau gegenüberstehen, also nach einer Verdrehung von insgesamt 45°. Es wird dann eine stabile Gleichgewichtslage erreicht, d. h. eine Verdrehung aus dieser Stellung heraus läßt eine Kraft auf den Anker entstehen, der der Bewegungsrichtung entgegengesetzt gerichtet ist Die gewünschte nicht-lineare Kennlinie des Federsystems aus der Tragfeder mit der parallelen Korrekturfeder wird also dadurch erzeugt,

ίο daß die poiartigen Vorsprünge am Anker aus Weicheisen durch die jeweils unter 45° benachbart dazu angeordneten Pole eines Permanentmagneten angezogen werden. Die durch die Anziehung zwischen den Vorsprüngen aus Weicheisen und dem Permanentmagneten erzeugbaren Kräfte sind begrenzt und reichen für manche Anwendungsfälle nicht aus. Die gewünschte weiche Kennliniencharakteristik im Arbeitspunkt des Federungssystems läßt sich nämlich nur dann erzielen, wenn die negative Federrate im Nulldurchgang der Korrekturfeder dem Betrage nach fast gleich groß wie die positive Federrate der Tragfeder ist. Die negative Federrate der Korrekturfeder bedeutet, daß ihre Kennlinie im Kraft-/Weg-Diagramm mit zunehmender Einfederung fällt, wobei im Arbeitspunkt des Federungssystems ein Nulldurchgang der Kennlinie der Korrekturfeder im Sinne eines labilen Gleichgewichts vorgesehen sein muß. Der Nulldurchgang bedeutet, daß in diesem Arbeitspunkt die Korrekturfeder keine Kraft abgibt. Die erreichbare Steifigkeit, also die Größe der abfallenden Neigung der Kennlinie der Korrekturfeder im Kraft-/ Weg-Diagramm ist bei der magnetischen Korrekturfeder der DD-PS 28 166 sehr beschränkt Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei Federbewegungen im Anker aus Weicheisen Wirbelströme entstehen, die zu einer erheblichen Erwärmung sowie zu einer Dämpfung führen, was oft als ungewollter Nebeneffekt betrachtet werden muß. Infolge der Ummagnetisierungen des Ankers aus Weicheisen bei federnden Bewegungen entsteht eine Kraft-/Weg-Charakteristik, die mit höheren Schwingfrequenzen, wie sie für Federungen von Kraftfahrzeugen typisch sind, mit anwachsender zeitlicher Phasenverzögerung gegenüber dem stationären Fall abläuft Dies kann sogar zu dynamischen Instabilitäten führen, was besonders nachteilig ist Das bekannte Federungssystem muß eine Einrichtung zum Verstellen des Nulldurchgangs der Korrekturfeder aufweisen, denn die permanent magnetischen Pole des äußeren Ringteils sollen in Bezug auf die polartigen Vorsprünge des Ankers aus Weicheisen oder umgekehrt verstellbar sein. Insbesondere sollen beide Teile im Ruhezustand des Fahrzeugs je nach dessen Belastung auf Lücke, also im labilen Gleichgewicht, einstellbar sein.

Auch die DE-OS 17 55 496 zeigt ein Federungssystem aus einer Tragfeder und einer dazu parallelgeschalteten Korrekturfeder. Die Korrekturfeder ist hier eine gewikkelte Schraubenfeder, die im labilen Gleichgewicht ihre größte Zusammendrückung aufweist. Dabei wird eine Totpunktslage erreicht Die Überlagerung der Kennlinien der Tragfeder und der Korrekturfeder ergibt für das Federungssystem die gewünschte Weichheit der Charakteristik im Arbeitspunkt Es sind verschiedene Arten von Verstelleinrichtungen gezeigt, um die Korrekturfeder je nach der Beladung des Fahrzeugs in ihre Totpuiiktslage einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federungssystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches bei geringem Eigengewicht einen verbesserten Fahrtkomfort im Vergleich zu bisher bekannten Federungen

erbringt Weiterhin soil eine Verringerung der Federwege durch statische Kräfte, z. B. bei Beladungsveränderungen des Kraftfahrzeuges, bei Kurvenfahrten, bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen, bei Änderung von aerodynamischen Lasten u. dgl., erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Magnetisierungsachsen aller Permanentmagnete an jedem Teil der Korrekiturfeder parallel zur Bewegungsrichtung angeordnet sind und ihr Magnetfluß durch ic Weicheisenzwischenstücke, die jeweils zwischen den Permanentmagneten an jedem Teil der Korrekturfeder derart angeordnet sind, daß an ihnen die Pole benachbarter Permanentmagnete gleichnamig aneinandergrenzen, senkrecht zur Bewegungsrichtung umgelenkt wird, so daß an den Weicheisenzwischenstücken jeweils die dem anderen Teil der Korrekturfeder zugekehrten Magnetpole erzeugt werden. Durch die besondere Anordnung der Permanentmagnete mit ihrer Magnetisierungsachse parallel zur Bewegungsrichtung, durch ihre polmäßige Anordnung und durch die Zwischenschaltung der Weicheisenzwischenstücke in Verbindung mit der dadurch möglichen Umlenkung wird gleichsam der gesamte magnetische Fluß jedes einzelnen Permanentmagneten wirksam ausgenutzt, während dies bei dem bekannten Federungssystem mit den radialen Magneten nur etwa zur Hälfte der Fall war. Die sich wirkungsmäßig einander gegenüberstehenden Pole werden nicht mehr an den Permanentmagneten selbst, sondern an den Weicheisenzwischenstücken zur Wirkung gebracht Derartige Weicheisenzwischenstücke lassen sich einfach herstellen und ebenfalls sehr einfach in ihrer Dimension an den jeweiligen Anwendungsfaii anpassen. Die Weicheisenzwischenstücke besitzen zudem Doppelfunktion: sie dienen der Fokussierung und der Kon- zentration des magnetischen Flusses der Permanentmagnete bei gleichzeitiger Homogenisierung des Magnetflusses über den Umfang. Damit kann mit Hilfe der Fokussierung auf kleinerem Raum eine höhere Leistungsdichte untergebracht werden. Hierdurch wird die Steil- heit der Kennlinie der Korrekturfeder in günstiger Weise erhöht Die Verwendung der Weicheisenzwischenstücke ermöglicht es weiterhin, anstelle des isotropen radial magnetisierbaren Materials anisotropes Magnetisiermaterial, in der einfachsten Form als Stabmagnete, einzusetzen. Diese Stabmagnete sind klein, leicht und relativ preiswert herstellbar und besitzen somit auch ein geringes Gewicht Somit ergibt sich z. B. auch der Vorteil, Magnete aus seltenen Erden anzuwenden, also solche Magnete, die sich radial nicht magnetisieren lassen und andererseits aber in axialer Richtung eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisen können. Die Permanentmagnete sind auf jedem Teil der Korrekturfeder so angeordnet, daß sie gleichnamig an den Weicheisenzwischenstücken aneinandergrenzen. Auch dies ist der Konzentration des Magnetflusses und damit der Leistungsdichte förderlich. Somit ergibt sich im Arbeitspunkt des Federungssystems und entsprechend dem Nuildurchgang der Korrekturfeder eine konzentrierte Abstoßung in Richtung der Verschiebung. Die erreichbare Federrate im Arbeitspunkt ist erheblich. Das Leistungs-/Gewichts-Verhältnis ist mindestens um eine Größenordnung besser als bei der prinzipiell andersartigen Anordnung der DD-PS 28 186. Es Findet auch keine Ummagnetisierung mehr statt, weil die Weicheisenzwischenstücke jedes Teils der Korrekturfeder den eigenen aufgeprägten Magnetfluß führen. Wenn es gelingt, eine Korrekturfeder einzusetzen.

deren Federkennlinie parallel zum Federweg derart gespreizt bzw. auseinandergezogen ist, daß die resultierende Federkennlinie des Federungssystems im wesentlichen alle vorkommenden Belastungsfälle überdeckt dann kann es entbehrlich sein, eine Einrichtung zum Messen des Arbeitspunktes des Federungssystems und zum Verstellen des Nulldurchgangs der Korrekturfeder relativ zu dem Arbeitspunkt vorzusehen. Im allgemeinen ist es jedoch erforderlich, daß der Nuildurchgang der Korrekturfeder und der durch die stationären Kräfte und Momente definierte Arbeitspunkt des Federungssystems in jeder Gleichgewichtslage zwischen dem gefederten und dem ungefederten Masseanteil zur Deckung gebracht werden. Dabei wird entweder der Nuildurchgang der Korrekturieder dem Arbeiispunki des Federungssystems nachgeführt oder umgekehrt Diese Einrichtung zum Nachführen bzw. Verstellen ist in der Regel innerhalb des Federungssystems mit der Korrekturfeder in Reihe geschaltet. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten. So kann die Einrichtung auch in Reihe zu der Tragfeder angeordnet sein, die besonders einfach dann als pneumatische Feder ausgebildet wird. Durch diese Einrichtung zum Messen des Arbeitspunktes des Federungssystems und zum Verstellen des Nulldurchgangs der Korrekturfeder relativ zum Arbeitspunkt des Federungssystems tritt der Vorteil auf, daß trotz unterschiedlicher Beladungszustände der im wesentlichen gleiche Fahrkomfort erreicht wird. Dies bedeutet, daß das Federungssystem etwa gleiches Federverhalten zeigt gleichgültig, ob das Fahrzeug wenig oder maximal beladen ist Für diese Verstellung bzw. Nachführung kann selbstverständlich auch ein Regelkreis eingesetzt werden, in dem sich natürlich auch die Einrichtung zum Messen des Arbeitspunktes befindet. Wie schon ausgeführt, ist es auch möglich, den Arbeitspunkt des Federungssystems dem Nulldurchgang der Korrekturfeder nachzuführen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn als Tragfeder eine pneumatische Feder mit einem Niveauregelventil eingesetzt wird, wie dies bei Lastkraftwagen und insbesondere Omnibussen der Fall ist Das Niveauregelventil stellt auch beim Zusteigen bzw. Aussteigen von Fahrzeugpassagieren die Relativlage des gefederten Fahrzeugaufbaus zur ungefederten Achse wieder her, so daß die dazu parallelgeschaltete Korrekturfeder immer in ihrem Nulldurchgang bzw. um diesen herum arbeiten kann.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Federungssystems sind in dem einfachen konstruktiven Aufbau, im geringen Gewicht und in den geringen Abmessungen der eingesetzten Teile zu sehen. Auch wenn die Tragfeder als Schraubenfeder ausgebildet wird, kann diese im Vergleich zu bisher eingesetzten Schraubenfedern eine erheblich verringerte Länge aufweisen, so daß sie sich auch viel einfacher und platzsparender insbesondere in einem Personenkraftwagen unterbringen läßt Trotz dieser Eigenheiten leidet jedoch der Fahrkomfort nicht; überraschenderweise kann er im Vergleich zu bisher bekannten Federungssystemen wesentlich verbessert werden, weil sich nämlich die relativ große negative Federrate der Korrekturfeder im Federungssystem steifigkeitsvermindernd auswirkt wobei selbst der Fall verschwindender Steifigkeit im Arbeitspunkt des Federungssystems ohne weiteres erreichbar ist Da keine Verschleißteile vorhanden sind, ergibt sich auch eine lange Lebensdauer und eine geringe Reparaturanfälligkeit d. h. eine hohe mechanische Beständigkeit des Federungssystems. Da die Tragfeder im Vergleich zu den bekannten Federbeinen um ein Mehrfa-

10

15

20

ches steifer ausgelegt werden kann, ohne daß die für eine gute Störunterdrückung erforderliche geringe Federrate im Arbeitspunkt in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird, ergeben sich durch die geringere statische Einfederung auch die entsprechenden Vorteile hinsichtlich der Wirkung äußerer Lasten auf den Fahrzeugaufbau. Dieser Fahrzeugaufbau besitzt somit eine äußerst günstige Stabilität, d. h. die Federwege sind grundsätzlich reduziert, so daß ζ. B. auch Neigungseinstellungen der Fahrzeugkarosserie zum anströmenden Fahrtwind geringer ausfallen. Damit ist auch die Bodenhaftung des Fahrzeugs verbessert. Das Fahrzeug liegt zwar »wie ein Brett« auf der Fahrbahn, besitzt jedoch im Arbeitspunkt entsprechend der jeweiligen statischen Belastung ein weiches Verhalten, also einen erhöhten Fahrkomfort. Das erfindungsgemäße Federungssystem ermöglicht es, in einfacher Weise den Arbeitspunkt dem Nulldurchgang oder umgekehrt nachzuführen bzw. jeweils eine Neutralstellung an jeweils wechselnde statische Betriebslasten anzupassen. Dabei treten im letzteren Fall immer nur extrem geringe Nachführkräfte auf, die um etwa 2 Größenordnungen kleiner sind als die einwirkenden statischen Kräfte.

Die konstruktive Ausbildung des Federungssystems kann in verschiedener Weise erfolgen. Wenn die Merkmale des Anspruches 2 (F i g. 5 und 6) verwirklicht werden, ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise bei geradlinigem Federweg. Die Permanentmagnete sind auf die Ringscheiben aus den Weicheisen aufgeklebt, so daß die Ringscheiben nicht nur die Fokussierwirkung mitbringen, sondern gleichzeitig auch die Permanentmagnete halten und führen.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 kann eine Drehfeder realisiert werden, die also dann eingesetzt wird, wenn der ungefederte Masseanteil eine Drehbewegung um eine Achse an der Fahrzeugkarosserie ausführen soll. Gleiches gilt für die Verwirklichung des Anspruches 4. Dabei tritt der besondere Vorteil auf, daß die beiden Teile gleich groß ausgebildet sein können und sich infolge der Identität eine vereinfachte Fertigung ergibt (F i g. 9). Die Permanentmagnete lassen sich aber auch gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 (F i g. 12) geradlinig anordnen. Dieser Aufbau ist besonders einfach. Er ermöglicht eine geradlinige Federbewegung. Die Permanentmagnete im einzelnen können gemäß den Merkmalen des Anspruches 6 mit trapezförmigem Grundriß oder sektorartig oder aber auch quaderartig als allseits rechtwinklig begrenzte Teile ausgebildet sein.

Wenn man gemäß dem Merkmal der Ansprüche 7 oder 9 d'<? Entfernung der beiden Teile zueinander verändert, verändert man damit die abstoßende Wirkung der Teile der Korrekturfeder und somit deren Federrate. Damit wird dann letztendlich auch die Weichheit des Federungssystems beeinflußt Die Veränderung der Entfernung kann geschwindigkeitsabhängig durchgeführt werden, um bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit gleichbleiben Fahrkomfort durch weiche Federung zu haben, ohne Verschlechterung der durch die steife Tragfeder gegebenen Stabilität des Fahrzeugaufbaus. Die gleiche oder ähnliche Wirkung kann auch dann erreicht werden, wenn die Merkmale des Anspruches 8 verwirklicht werden. Auch dabei ist eine Einrichtung zur Veränderung der gegenüberstehenden Wirkflächen der Pole bzw. des Abstandes der Pole erforderlich. Diese zweite Einrichtung arbeitet immer senkrecht (rechtwinklig) zu der Einrichtung zum Verstellen des Nulldurchgangs.

Wenn die Merkmale des Anspruches 10 verwirklicht

30

35

50

55

65 werden, kann der Fahrkomfort besonders gesteigert werden. Für die Realisierung der Einrichtung zum Verstellen des Nulldurchgangs ergeben sich gemäß den Merkmalen des Anspruches 10 verschiedene Möglichkeiten. Es versteht sich, daß dieser Verstelleinrichtung immer auch eine Meß- bzw. Fühleinrichtung für die Auslenkung des Federsystems oder der Tragfeder allein zugeordnet ist.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Kraft-/Weg-Diagramm der Kennlinien der verschiedenen Federn,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Federungssystems in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 3 ein Blockschaltbild des Federungssystems in einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 4 einen schematisierten Querschnitt durch das Federungssystem,

F i g. 5 einen Halbschnitt durch eine erste Ausführungsform der Korrekturfeder gemäß der Linie V-V in Fig. 6,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Korrekturfeder gemäß Fig. 5,

F i g. 7 eine Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsform der Korrekturfeder als Drehfeder,

F i g. 8 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Korrekturfeder als Drehfeder,

F i g. 9 eine Stirnansicht einer vierten Ausführungsform der Korrekturfeder als Drehfeder,

F i g. 10 eine schematisierte Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Korrekturfeder gemäß den F i g. 5 und 6 in einer ersten Stellung,

F i g. 11 eine schematisierte Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Korrekturfeder gemäß den F i g. 5 und 6 in einer zweiten Stellung und

Fig. 12 eine schematisierte Seitenansicht der Korrekturfeder für geradlinige Bewegung.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm der Kraft über dem Weg. Es sind die Kennlinien der Tragfeder 1 und der Korrekturfeder 2 in durchgezogener Linienführung dargestellt. Die Steigung der Kennlinie, also die Federrate der Tragfeder 1 ist positiv und linear. Sie steigt relativ steil an, woraus man erkennt, daß eine relativ steife Tragfeder 1 vorliegt Die Kennlinie der Korrekturfeder 2 ist nicht linear. Sie besitzt einen Nulldurchgang 3, der einen Punkt, in welchem keine Kraft (Kraft = 0) von der Korrekturfeder auf die mit dem Federungssystem abgestützten Teile ausgeübt wird. Im Bereich um diesen Nulldurchgang 3 liegt eine negative Federrate vor. Durch Addition der Kennlinien ergibt sich die gestrichelte Kennlinie, die für das Federungssystem 1, 2 aus der Parallelschaltung der Tragfeder 1 und der Korrekturfeder 2 entsteht Es entsteht die Kennlinie 4 des Federungssystems mit ihrem Arbeitspunkt 5. Der Arbeitspunkt 5 wird durch den Nulldurchgang 3 der Korrekturfeder 2 bestimmt bzw. festgelegt Man erkennt daß die resultierende Kennlinie 4 im Arbeitspunkt 5 eine sehr kleine Steigung aufweist, daß also das Federungssystem 1, 2 eine relativ niedrige Federratc an dieser Stelle besitzt, so daß die Federung hier relativ weich ist und großen Fahrtkomfort bereithält Über den durch den Arbeitspunkt 5 festgelegten Arbeitsbereich hinaus besitzt das Federsystem jedoch wieder eine große Steifheit

F i g. 2 verdeutlicht den Aufbau der Federung in ihrer bevorzugten Ausführungsform. Die Tragfeder 1 besteht aus einer mechanischen Feder, also einer Schraubenfeder, die jedoch vergleichsweise steif ausgebildet ist und

eine relativ kurze Bauhöhe besitzt. Die dazu parallelgeschaltete Korrekturfeder 2 ist eine nicht-lineare Magnetfeder. Eine Einrichtung 6 dient zum Nachführen des Nulldurchgangs 3 der Korrekturfeder 2 also zum Verschieben des Nulldurchgangs 3 relativ zu dem Arbeitspunkt 5 des Federungssystems. Es ist eine zweite Einrichtung 26 vorgesehen, die an der Korrekturfeder 2 angreift und dazu dient, entweder den Abstand der Pole der Weicheisenstücke oder die Wirkfläche der Pole zu verändern. Diese zweite Einrichtung 26 arbeitet immer senkrecht zu der Arbeitsrichtung der ersten Einrichtung 6. Da das Federungssystem je nach Beladung des Kraftfahrzeuges unendlich viele Arbeitspunkte 5 einnehmen kann, kommt es darauf an, den Nulldurchgang 3 mit dem jeweiligen Arbeitspunkt 5 zur Deckung zu bringen. Parallel zu dem Federungssystem 1,2 ist zweckmäßig noch ein üblicher Stoßdämpfer 7 vorgesehen. Dieser kann jedoch auch fehlen. Das Federungssystem 1, 2 ist zwischen den ungefederten Massen 8 bzw. dem jeweiligen Masseanteil und den gefederten Massen 9 bzw. dem jeweiligen Masseanteil eingeschaltet. Die ungefederten Massen 8 verkörpern insbes. die Räder und Achsen bzw. Achsenteile, während in der gefederten Masse 9 der Karosserieaufbau zu erkennen ist Die Einrichtung δ ist in Reihe mit der Korrekturfeder 2 geschaltet, um deren Nulldurchgang 3 anzupassen. Die hierzu erforderlichen Kräfte sind sehr klein, so daß übliche Stellmotore elektrischer oder hydraulischer Art durchaus eingesetzt werden können.

F i g. 3 unterscheidet sich von F i g. 2 an sich nur dadurch, daß die Einrichtung 6 in Reihe mit der Tragfeder 1 innerhalb der Parallelschaltung vorgesehen ist Die Tragfeder 1 ist hier z. B. eine pneumatische Feder, wie sie an Omnibussen und anderen Nutzfahrzeugen eingesetzt wird. Über eine nicht dargestellte Niveauregeleinrichtung wird der Arbeitspunkt der Tragfeder 1 so verstellt, daß er unabhängig von der Beladung des Fahrzeugaufbaus immer die gleiche Relativlage zu den ungefederten Massen 8 einnimmt Damit ist es möglich, die Korrekturfeder 2 fest und ohne eine Einrichtung zum Nachführen des Arbeitspunktes anzuordnen. Die ohnehin erforderliche Niveauregeleinrichtung wird hier als Einrichtung 6 zum Verstellen des Arbeitspunktes 5 benutzt.

F i g. 4 zeigt eine mehr konstruktive Ausführung des Federungssystems 1,2 aus der Tragfeder 1 und der Korrekturfeder 2, die als Magnetfeder ausgebildet ist Die Einrichtung 6 ist hier nicht dargestellt Man erkennt jedoch sehr gut, eine welch geringe Bauhöhe das Federungssystem 1,2 aufweist, wie einfach der konstruktive Aufbau gestaltet werden kann und welch ein geringes Gewicht das Federungssystem t, 2 besitzt

Die F i g. 5 und 6 verdeutlichen den Aufbau der Korrekturfeder 2 als Magnetfeder, und zwar in einer achssymmetrischen Ausführung. Die Korrekturfeder 2 besitzt die beiden Teile 10 und 11. Der eine Teil 10 ist beispielsweise mit der gefederten Masse 9 und der andere Teil 11 mit der ungefederten Masse 8 verbunden bzw. umgekehrt Der Teil 10 besteht aus mehreren in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten Permanentmagneten 12, die als Permanentmagnetsegmente ausgebildet sind und die angegebene Magnetisierung aufweisen. Die einzelnen Permanentmagneten 12 sind durch Weicheisenzwischenstücke 13 voneinander getrennt, die der Fokussierung der Magnetfelder dienen. Die Permanentmagnete 12 und die Weicheisenzwischenstücke 13 sind über den gesamten Umfang verteilt angeordnet. Die Weicheisenzwischenstücke können als durchgehende Ringe vorgesehen sein. Die Magnetisierungsachsen der Permanentmagnete 12 sind parallel zur Bewegungsrichtung 14 angeordnet. Die Pole der Permanentmagneten 12 sind so angeordnet, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Permanentmagnete 12 mit den gleichnamigen Polen einander zugekehrt an das jeweilige WeicheisenzwischenstUck 13 angrenzen.

Gleiches gilt für das Teil 11. Hier sind Permanentmagnete 15 und Weicheisenzwischenstücke 16 vorgesehen.

ίο Man erkennt sehr gut anhand von F i g. 5 den labilen Gleichgewichtszustand, also den Nulldurchgang 3 der Korrekturfeder 2. Die Weicheisenstücke 13 und 16 stehen sich auf gleicher Höhe relativ zur Bewegungsrichtung 14 direkt gegenüber. Der sich unter Last auf das

is FederuRgssystem 1, 2 einstellende Arbeitspunkt muß mit diesem Nulldurchgang der Korrekturfeder 2 zusammenfallen, so daß der Nulldurchgang der Korrekturfeder 2 in den sich unter Last einstellenden Arbeitspunkt 5 des Federungssystems 1, 2 hineinverstellt werden muß.

In der in F i g. 5 dargestellten Position bilden die äußeren Ränder der inneren Weicheisenzwischenstücke 13 gemeinsam mit den unmittelbar gegenüberliegenden inneren Rändern der äußeren Weicheisenzwischenstücke 16 Polpaare gleicher, d. h. einander abstoßender Polari tat Die zwischen den Weicheisenzwischenstücken 13,

16 angeordneten Permanentmagneten 12,15 sind in einfacher Weise axial magnetisiert.

Die in Fig.7 dargestellte Korrekturteder 2 ist als Drehfeder ausgebildet Aus Permanentmagneten 12 und Weicheisenzwischenstücken 13 ist ein äußerer Ring 17 gebildet Gleichnamige Pole benachbarter Permanentmagneten 12 grenzen dabei an ein Weicheisenstück 13 an. In gleicher Weise ist aus Permanentmagneten 15 und Weicheisenzwischenstücken 16 ein innerer Ring 18 ge bildet wobei sich die Ringe 17 und 18 gemäß Pfeil 19 um eine Drehachse 20 gegeneinander verdrehen können. Entweder ist der äußere Ring 17 ortsfest und der innere Ring 18 dreht sich relativ dazu oder umgekehrt Der Nulldurchgang 3 entsprechend dem labilen Gleichge wicht ist in der gezeigten Relativlage erreicht, wenn die Weicheisenscheiben 13 und 16 einander direkt gegenüberstehen. Die Permanentmagnete 12 und 15 sind sektor- bzw. trapezförmig ausgebildet und können sich zusammen mit den zugehörigen Weicheisenscheiben 13 bzw. 16 über jeweils 30° des Umfangs erstrecken. Es versteht sich, daß eine regelmäßige Anordnung über den gesamten Umfang vorgesehen ist Die Einrichtung 25 arbeitet in Richtung der Drehachse 20, indem die Ringe 17 u. 18 gegeneinander verschoben werden, so daß sie sich nur teilweise überdecken. Die Einrichtung 6 arbeitet in Richtung des Pfeils !9.

F i g. 8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie F i g. 7. Die Permanentmagnete 12 und 15 sind hier jedoch quaderförmig ausgebildet während die Weich- eisenzwischenstücke 13 und 16 sektorartig geformt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 9 besteht die Korrekturfeder 2 nicht aus zwei konzentrischen Ringen

17 u. 18, sondern aus zwei identischen Ringen 17, die um die Drehachse 20 gegeneinander gestellt vorgesehen sind. Diese Ausführungsform der Korrekturfeder 2 hat den Vorteil, daß die beiden Teile 10 und 11 identisch ausgebildet sind, so daß sich eine vereinfachte Herstellung ergibt Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, den einen Ring 17 gegenüber dem anderen Ring 17 in Rich tung der Drehachse 20, also entsprechend dem Pfeil 21 durch die zweite Einrichtung 26 zu verstellen, wodurch sich eine unterschiedliche Annäherung der beiden Ringe 17 aneinander ergibt Damit wird gleichsam die Feder-

rate der Korrekturfeder verändert. Diese Veränderung kann während der Fahrt geschwindigkeitsabhängig durchgeführt werden, um bei allen Geschwindigkeiten gleich hohen Fahrkomfort ohne Reduzierung der Stabilität zu gewährleisten. D. h. bei niedrigen Geschwindigkeiten soll das Federungssystem 1, 2 besonders weich abgestimmt sein. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten werden die beiden Ringe 17 voneinander entfernt, um die Wirksamkeit der Korrekturfeder 2 abzuschwächen und somit die Kennlinie des Federumgssystems härter zu mrchen, weil bei höheren Geschwindigkeiten die dynamischen Lasten mit höheren Frequenzen auf das Fahrzeug einwirken.

Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der Korrekturfeder 2 mit der Möglichkeit der Veränderung der Kennlinie wird anhand der F i g. 10 und 1 i verdeutlicht Dieser schematische Aufbau ist ähnlich wie bei der Ausführungsform der F i g. 5 u. 6. Lediglich sind die Permanentmagnete 12 und 15 sowie die zugehörigen Weicheisenzwischenstücke 13 und 16 nicht über den ganzen Umfang verteilt, sondern nur über zwei Viertel 22 und 23 des Umfangs, und zwar in gegenüberliegender Bauweise, wie es aus Fig. 10 ersichtlich ist Die übrigen zwei Viertel 24 und 25 bestehen aus magnetisch nicht aktivem und elektrisch nicht leitendem Material, z. B. Kunststoff. Die Viertel 24 und 25 sind also nicht mit Permanentmagneten 12, 15 oder Weicheisenzwischenstücken 13,16 besetzt Es versteht sich, daß die Anordnung auch in anderer Weise als durch Bildung von vier Vierteln 22 bis 25 an jedem Ring erreicht werden kann, z. B. indem sich die mit den Permanentmagneten 12,15 und Weicheisenzwischenstücken 13, 16 besetzten Umfangsteile nicht über 90°, sondern über 60° erstrecken. F i g. 10 zeigt nun die Relativlage, in der die magnetische Korrekturfeder 2 ihre größte Wirkung entfaltet, also ihre größte negative Federrate aufweist F i g. 11 zeigt hingegen die magnetisch voll inaktive Stellung, bei der den magnetisch aktiven Vierteln 22 und 23 immer inaktive Viertel 24 und 25 gegenüberstehen. Die Wirkung der Korrekturfeder 2 ist in diesem Zustand (entsprechend hoher Fahrgeschwindigkeit) ausgeschaltet Im Arbeitspunkt 5 ergibt sich somit die Kennlinie des Federungssystems 1,2 entsprechend der Tragfeder 1. Es versteht sich, daß auch Zwischenstellungen zwischen den F i g. 10 und 11 möglich sind, so daß der Einfluß der Korrekturfeder 2 auf die Kennlinie des Federungssystems 1, 2 kontinuierlich oder in Stufen ausgeschaltet werden kann.

F i g. 12 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Realisierungsmöglichkeit der Korrekturfeder 2. Die Permanentmagnete 12 und die Weicheisenzwischenstücke 13 sind dabei in Quaderform säuienartig aufgebaut, so daß auf diese Art und Weise das eine Teil 10 der Korrekturfeder 2 gebildet ist Das andere Teil 11 ist genau in der gleichen Art und Weise und mit gleichen Dimensionen aufgebaut Das Teil 10 möge beispielsweise ortsfest vorgesehen sein, während sich das Teil 11 dazu in der Bewegungsrichtung 14 verschieben kann. Die Bewegung erfolgt also hier geradlinig wie auch bei dem Beispiel der F i g. 5 und 6. Die gesamte Länge der Teile 10 und 11 kann abwechselnd mit Permanentmagenten 12 und Weicheisenzwischenstücken 13 besitzt bzw. aus solchen aufgebaut sein, wobei beide Teile 10 und 11 gleiche Länge in der Bewegungsrichtung 14 aufweisen. Die Einrichtung 6 zur Verstellung des Nulldurchgangs 3 arbeitet in Bewegungsrichtung 14. Die Einrichtung 26 kann in zwei verschiedenen Richtungen wirkend vorgesehen sein. Mit ihr läßt sich einmal der Abstand der Teile 10 und 11 gegeneinander gemäß Pfeil 27 verändern, wodurch die Federrate der Korrekturfeder 2 variiert wird. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Einrichtung 26 senkrecht zur Zeichenebene an dem Teil 11 angreifen zu lassen, wodurch zwar der Abstand zwischen den Teilen 10 und 11 konstant bleibt, aber die Überdeckung der Pole geändert wird. Unter der Veränderung der Überdeckung der Pole wird eine Veränderung der Wirkfläche der Pole verstanden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2

6. Federungssystem nach Anspruch 2, 3,4 oder 5,

Patentansprüche: dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagne

te (12,15) trapezförmig, sektorsrtig oder quaderar-1. Zwischen dem ungefederten und dem gefeder- tig ausgebildet sind.

ten Masseanteil eines Fahrzeugs eingeschaltetes Fe- 5 /. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge

derungssystem, aus einer mechanischen, pneumati- kennzeichnet, daß die Entfernung der beiden Teile

sehen oder hydraulischen Tragfeder mit positiver re- (10,11) unveränderbar ist

lativ großer Federrate, aus einer dazu parallel ange- 8. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch geordneten, magnetisch ausgebildeten und nach Art kennzeichnet, daß die Permanentmagnete (12, 15)

einer Totpunktfeder wirkenden Korrekturfeder mit io nur auf einem Teil des Umfangs oder einem Teil negativer Federrate in einem Nulldurchgang ihrer ihrer geradlinigen Anordnung vorgesehen sind, wäh-

Federkennlinie, und ggf. aus einem ebenfalls parallel rend ein anderer Umfangsteil bzw. Anordnungsteil

angeordneten Stoßdämpfer, sowie mit einer Einrich- frei von Permanentmagneten gehalten ist

tung zum Messen des Arbeitspunktes des Fede- 9. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge-

rungssystems gegenüber der normalen Höhenlage 15 kennzeichnet, daß eine Einrichtung (26) zur Verändes Fahrzeugs über der Fahrbahn infolge stationä- derung der gegenüberstehenden Wirkflächen der

rer Lasten und zum Verstellen des Nulldurchgangs Pole oder des Abstandes der Pole vorgesehen ist

der Korrekturfeder relativ zu diesem Arbeitspunkt 10. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch

wobei die Korrekturfeder zwei jeweils mit Perma- gekennzeichnet daß der Betrag der negativen Fe-

nentmagneten bestückte Teile aufweist von denen 20 derrate der Korrekturfeder (2) geringfügig kleiner der eine Teil mit dem gefederten und der andere Teil als der Betrag der positiven Federrate der Tragfeder

mit dem ungefederten Masseanteil verbunden ist (l)ist

und die Permanentmagnete an den Teilen der Kor- 11. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch

rekturfeder jeweils in Bewegungsrichtung hinterein- gekennzeichnet daß die Einrichtung (6) zum Verander angeordnet sind und dem jeweils anderen Teil 25 stellen des Nulldurchgangs (3) ein elektrisches, pneuder Korrekturfeder zugekehrte Magnetpole bilden, matisches oder hydraulisches Stellglied aufweist

die im Nulldurchgang gleichnamig auf Abstoßung

im labilen Gleichgewicht einander in gleicher Höhe

bezüglich der Bewegungsrichtung gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magne- 30

tisierungsachsen aller Permanentmagnete (12 und Die Erfindung bezieht sich auf ein zwischen dem ur,-

15) an jedem Teil (10 und 11) der Korrekturfeder (2) gefederten und dem gefederten Masseanieil eines parallel zur Bewegungsrichtung (14) angeordnet Kraftfahrzeuges eingeschaltetes Federungssystem mit sind und ihr Magnetfluß durch Weicheisenzwischen- den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1. stücke (13 bzw. 16), die jeweils zwischen den Perma- 35 Die DE-OS 18 05 789 zeigt ein derartiges nicht-lineanentmagneten (12 bzv·. 15) an jedem Teil (10 und 11) res Federsystem, bei dem die Überlagerung einer Tragder Korrekturfeder (2) derart angeordnet sind, daß feder und einer Korrekturfeder dargestellt und bean ihnen die Pole benachbarter Permanentmagnete schrieben ist, wobei die Korrekturfeder negative Federgleichnamig aneinandergrenzen, senkrecht zur Be- rate im Bereich ihres Nulldurchgangs aufweist. Auch wegungsrichtung umgelenkt wird, so daß an den 40 dieses Federungssystem wird bereits zur Verwendung Weicheisenzwischenstücken (13 und 16) jeweils die in Fahrzeugen vorgeschlagen. In F i g. 4 ist eine Korrekdem anderen Teil (11 bzw. 10) der Korrekturfeder (2) turfeder dargestellt und beschrieben, bei der auf dem zugekehrten Magnetpole erzeugt werden. äußeren Teil drei Permanentmagnete mit abwechseln-

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge- den Polen angeordnet sind, während auf dem inneren kennzeichnet, daß die Permanentmagnete (12, 15) 45 Teil nur ein einziger Scheibenmagnet angeordnet ist der beiden Teile (10, 11) je auf konzentrisch ange- Dieser Scheibenmagnet ist einem gleichnamigen Perordneten Ringscheiben aus dem Weicheisen ange- manentmagneten auf dem äußeren Teil zugeordnet so ordnet sind und die Bewegung in Richtung der Ach- daß sich zwischen beiden Teilen bereits Abstoßung erse der Ringscheiben erfolgt (F i g. 5,6). gibt Sowohl die drei Permanentmagnete auf dem äuße-

3. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge- 50 ren Teil als auch der Scheibenmagnet auf dem inneren kennzeichnet, daß zur Realisierung einer Drehfeder Teil sind in radialer Richtung magnetisiert, also orthodie Permanentmagnete (12,15) und die Weicheisen- gonal zur Bewegungsrichtung. Diese Magnetisierung Zwischenstücke (13, 16) abwechselnd zu zwei kon- der Magnete ist bei dem vorbekannten Federungssyzentrischen Ringen (17, 18) miteinander verbunden stern prinzipiell erforderlich, weil keine Mittel (Weichsind, und daß die Achse der Ringe (17,18) die Dreh- 55 eisenzwischenstücke) vorgesehen sind, um den Magnetachse (20) bildet (F i g. 7,8). fluß umzulenken und sich somit die Pole direkt gegen-

4. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge- überstehen müssen. Gleiches gilt für die Ausführungskennzeichnet, daß zur Rsalisierung einer Drehfeder beispiele der F i g. 5 und 6. Dabei sind jedoch bereits auf die Permanentmagnete (12,15) und die Weicheisen- beiden relativ zueinander verdrehbaren Teilen jeweils Zwischenstücke (13,16) der beiden Teile (10,11) zu ω (mehrere) Permanentmagnete vorgesehen. Auch hierzwei identischen Ringen (17,17) aufgebaut sind, die bei werden die Pole direkt an den Magneten gebildet mit gleicher Achse einander symmetrisch gegen- und stehen einander gegenüber. Zusätzliche Mittel zum überstehend angeordnet sind (F i g. 9). Umlenken des Magnetflusses sind nicht vorhanden. In-

5. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge- folgedessen verläuft auch hier die Magnetisierungsrichkennzeichnet, daß die Permanentmagnete (12, 15) 65 tung der Magnete senkrecht zur Bewegungsrichtung, und die Weicheisenzwischenstücke (13,16) paketar- Da der Magnetfluß der Permanentmagnete des einen tig in geradliniger Richtung angeordnet sind Teils direkt auf die Permanentmagnete am anderen Teil (Fig. 12). einwirkt, fehlt die Möglichkeit der Fokusierung und der