DE3819162C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäß Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 auf eine Torsionsfeder zum beidendig dreh­ festen Verbinden mit gegeneinander verdrehbaren Bauteilen, bei der wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete dünnwandige Rohrabschnitte einander mit Spiel konzentrisch umschließen, die an ihren einen Enden drehfest miteinander verbunden und dadurch als Drehfeder in Reihe geschaltet, hingegen an den anderen Enden jeweils mit Mitteln zum drehfesten Anschluß an die genannten verdrehbaren Bau­ teile versehen sind.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Dreh­ stabfeder für einen in einem fahrzeugfesten Lager schwenk­ bar gelagerten Lenker zum Führen eines Fahrzeugrades bzw. einer Gleisketten-Laufrollen an seinem von dem ge­ nannten Lager entfernten Ende.

Aus der DE-AS 10 10 332 ist eine Drehstabfeder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art vorbekannt, bei der die jeweils einen Enden von zwei einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Rohr­ abschnitten starr miteinander verbunden sind. Der stirn­ endige Verbindungsbereich dieser vorbekannten Drehstab­ feder hat eine erhebliche Axialerstreckung, was not­ wendig zur Reduzierung der als Drehstabfeder verfüg­ baren Länge der jeweiligen Rohrabschnitte führt. Er­ sichtlich handelt es sich darum, daß stirnendig zwischen den beiden einander mit Spiel umschließenden Rohrab­ schnitten ein eine vorbestimmte Axialerstreckung auf­ weisender Ring eingefügt und mit den Rohren verschweißt ist.

Eine ganz ähnliche Drehstabfeder ist auch aus der FR-PS 9 64 473 vorbekannt, bei der jeweils einer der einander umschließenden Rohrabschnitte mit einem radial nach außen vorstehenden und ein bestimmtes Axialmaß aufweisen­ den Radialflansch versehen und letzterer mit dem jeweils außenseitig zugeordneten Rohrabschnitt fest verbunden ist.

Bei den bekannten Torsionsfedern verkürzen die erheb­ liche Axialerstreckungen aufweisenden Verbindungsbereiche zwischen den im übrigen einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Rohrabschnitten notwendig deren wirksame Federlängen. Da das Axialmaß derartiger Torsionsfedern somit um das Maß der Axialerstreckung der Verbindungs­ bereiche größer ist als die an sich in Abhängigkeit vom geforderten Drehwinkel notwendige Länge der Rohr­ abschnitte, sind die Baulänge und das Gewicht dieser Federn groß.

Durch die Erfindung soll daher eine verbesserte Torsionsfeder der vorstehend erläuterten Art geschaffen werden, die im Vergleich zu gattungsgemäßen Torsionsfedern große Drehwinkel bei beschränkte Baulänge und beschränktem Gewicht zuläßt.

Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, daß die Rohrabschnitte bei der Torsionsfeder nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 einstückig ausgebildet sind und daß der Übergang von dem einen Rohrabschnitt zum anderen Rohr­ abschnitt in einem Umlenkbereich im wesentlichen quer­ schnittsgleich mit den ineinanderübergehenden Rohr­ abschnitten kontinuierlich verläuft.

Bei der Torsionsfeder nach der Erfindung gehen somit die einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Rohrabschnitte, die als Drehfedern hintereinanderge­ schaltet sind, ohne Querschnittssprünge ineinander über und sind mithin über ihre gesamten Längenerstreckun­ gen als Drehfedern wirksam. Angesichts der dadurch vermittelten Ausnutzung der gesamten Länge der Rohr­ abschnitte als Drehfeder weist bei gleichen Drehwinkeln die erfindungsgemäße Torsionsfeder eine geringere bau­ liche Länge und auch geringeres Gewicht auf als Torsions­ federn nach dem Stande der Technik.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die als Drehfedern in Reihe geschalteten Rohr­ abschnitte aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Dabei können zweckmäßigerweise die Rohrabschnitte als "weiche" Drehfedern mit in einem Winkel von höchstens 45° gegenüber der Rohrlängsachse verlaufenden Faser­ einlagen ausgebildet sein. Insbesondere können die Rohrabschnitte aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.

Faserverbundstoffe, die als solche bekannt sind, zeichnen sich gegenüber Stahl durch niedriges Gewicht und große Arbeitsaufnahmefähigkeit aus. Angesichts des kleinen Elastizitäts-Moduls derartiger Werkstoffe sind durch die Hintereinanderschaltung von wenigstens zwei einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Drehrohren ver­ gleichsweise große Federwege realisiert. Insbesondere gilt dies, wenn die Fasereinlagen gemäß der vorerwähn­ ten Weiterbildung der zuletztgenannten Ausgestaltung unter einem Winkel von höchstens 45° gegenüber der Drehfeder-Längsachse gewickelt sind.

Aus Faserverbundstoffen bestehende Drehfedern haben zwar im Vergleich zu Konstruktionslösungen aus Stahl bei gleicher Arbeitsaufnahme ein um etwa 40% größeres Volumen, aber angesichts der geringeren Dichte und des wesentlich kleineren Gleitmoduls liegt das Gewicht von Federn aus Faserverbundstoffen nur bei etwa einem Drittel von Stahlkonstruktionen. Dadurch ist der Vorteil von Stahlkonstruktionen in bezug auf die maximal zu­ lässigen Schubspannungen mehr als kompensiert. Darüber hinaus sind gewichtssparende Drehrohre aus Faserver­ bundstoffen leicht herstellbar.

Anhand der beigefügten Zeichnung soll nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 eine aus einem Innenrohr und einem dieses mit Spiel konzentrisch umschließenden Außenrohr bestehende Torsionsfeder für sich allein in einer Längsschnittansicht und

Fig. 2 den bestimmungsgemäßen Einsatz der Torsions­ feder nach Fig. 1 als Drehstabfeder für eine Gleisketten-Laufrolle, die am freien Ende eines mittels eines Lagerzapfens in einem fahrzeug­ festen Lager drehbar angelenkten Schwingarms ge­ führt ist.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich um eine Torsionsfeder 10 aus glasfaser­ verstärktem Kunststoff mit einem Innen- und einem Außen­ rohr 11, 12, die koaxial zueinander angeordnet sind und einander unter Ausbildung eines Ringspaltes 13 umschließen. Die Torsionsfeder ist einstückig ausgebildet, indem das Innen- und Außenrohr über einen diese drehfest miteinan­ der verbindenden Umlenkbereich 14 direkt ineinander über­ gehen. Es handelt sich mithin um eine Reihenschaltung der die beiden Drehfedern bildenden Rohrabschnitte, deren Ge­ samtfederkonstante kleiner ist als die beiden Einzelfeder­ konstanten. Die von dem Umlenkbereich 14 entfernten freien Enden der Rohrabschnitte sind mit sich radial erstrecken­ den und mit axialem Spiel direkt benachbart angeordneten Anschlußflanschen 15, 16 ausgerüstet. Der Anschlußflansch 16 des Außenrohrs 12 befindet sich auf der zum Umlenkbe­ reich hinweisenden Seite des Innenrohrflanschs 15 und ragt radial über diesen hinaus.

Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 2 ist mittels eines in einem fahrzeugfesten Lager 18 drehbar aufgenommenen Lagerzapfens 19 ein Schwingarm 20 gelagert, der an seinem vom Lagerzapfen entfernten Ende in hier nicht weiter inte­ ressierender Weise eine auf einem Lagerzapfen 21 drehbar aufgenommene Gleisketten-Laufrolle 22 führt. Das Lager 18 ist in der in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Weise fest in beispielsweise der Bodenwanne 23 eines an­ sonsten nicht dargestellten Gleisketten-Fahrzeugs angeordnet. Auf der von dem Schwingarm 20 entfernten Seite ist mit dem Lager 18 drehfest ein Lagering 24 verbunden, der sich axial über das eigentliche Lager hinauserstreckt und an den der Anschlußflansch 16 des Außenrohrs 12 der Torsionsfeder 10 drehfest angeschlossen ist. Auf der vom Schwingarm 20 abgewandten Seite des sich durch das Lager 18 hindurch erstreckenden Lagerzapfens 19 ist ein innerhalb des axial über das Lager 18 vorstehen­ den Abschnittes des Lagerringes 24 aufgenommener Stütz­ ring 25 drehfest angeordnet und mit diesem Stützring ist der Anschlußflansch 15 des Innenrohrs 11 der Torsions­ feder 10 drehfest verbunden.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsform und insbesondere das Anwendungsbeispiel zeigen, daß angesichts der baulichen Gestaltung der Torsionsfeder 10 aus zwei koaxial zueinander angeordneten und über einen Umlenkbereich 14 einstückig miteinander verbundenen Rohr­ abschnitten 11, 12 eine im Vergleich zu bekannten Torsions­ federn beträchtliche Reduzierung der Baulänge verwirk­ licht ist. Die Federmomente werden in unmittelbarer Nähe der Federeinspannung in die Torsionsfeder 10 einge­ leitet. Dadurch ist eine kurz und leicht bauende Torsions­ feder geschaffen worden, die einfach einbaubar ist und große Federwege ermöglicht.

Claims (3)

1. Torsionsfeder zum beidendig drehfesten Verbinden mit gegeneinander verdrehbaren Bauteilen, bei der we­ nigstens zwei koaxial zueinander angeordnete dünnwan­ dige Rohrabschnitte einander mit Spiel konzentrisch umschließen, die an ihren einen Enden drehfest mit­ einander verbunden und dadurch als Drehfedern in Reihe geschaltet, hingegen an den anderen Enden jeweils mit Mitteln zum drehfesten Anschluß an die gegeneinander verdrehbaren Bauteile versehen sind, insbesondere Dreh­ stabfeder für einen in einem fahrzeugfesten Lager schwenkbar gelagerten Lenker zum Führen eines Fahrzeug­ rades bzw. einer Gleisketten-Laufrolle an seinem von dem Lager entfernten Ende, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (11, 12) einstückig ausgebildet sind und daß der Übergang von dem einen Rohrabschnitt zum anderen Rohrabschnitt in einem Umlenkbereich (14) im wesentlichen querschnittsgleich mit den ineinander übergehenden Rohrabschnitten kontinuierlich verläuft.

2. Torsionsfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Drehfedern in Reihe geschalteten Rohrab­ schnitte aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

3. Torsionsfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Rohrabschnitte (11, 12) als Drehfedern mit in einem Winkel von höchstens 45° gegenüber der Rohr­ längsachse verlaufenden Fasereinlagen ausgebildet sind.