DE4021158A1

DE4021158A1 - Verfahren zur veraenderung der eigenfrequenz eines feder-massen-systems, blattfeder zur durchfuehrung derartiger verfahren und blattfederverwendungen

Info

Publication number: DE4021158A1
Application number: DE19904021158
Authority: DE
Inventors: Holger-Michael Dipl Ing Thum
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-07-29
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1991-02-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Eigen frequenz eines Feder-Massen-Systems, Blattfedern, die insbeson dere zur Durchführung derartiger Verfahren geeignet sind sowie Verwendungen der Blattfedern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Veränderung der Eigenfrequenz eines Feder-Massen-Systems sowie eine insbesondere hierfür geeignete Blattfeder zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer Blattfeder, deren Federsteifig keit durch von außen vorgenommene Veränderung der Spreizung eines Zug- und Druckgurtes der Blattfeder in Abhängigkeit von der je weiligen Zug-, Druck- und/oder Biegebeanspruchung angepaßt wird.

Dabei ist zweckmäßig, wenn zur Veränderung der Spreizung der Innendruck einer hohl ausgebildeten Blattfeder verändert wird. Die Spreizung kann jedoch auch mechanisch erfolgen.

Hinsichtlich der Blattfeder wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckgurt und einen Zuggurt, die jeweils blattfederartig ausgebildet, an zumindest einem ihrer beiden En den fest miteinander verbunden und durch eine zwischen ihnen an greifende, von außen betätigbare Spreizeinrichtung zur Verände rung des lichten Abstandes zwischen ihnen beaufschlagbar sind.

Es kann eine mechanische Spreizeinrichtung unterschiedlicher Bauart Verwendung finden. Erfindungsgemäß ist es aber auch mög lich, daß Druck- und Zuggurt zwischen sich einen allseits luft dicht abgeschlossenen Hohlraum einschließen, in den ein Druck zufuhrkanal mündet. Die Spreizung erfolgt dann durch Erhöhung des Innendruckes im Hohlraum.

Das erfindungsgemäß vorgesehene System erfordert nur wenige be wegte Teile und führt somit nur zu geringen Massenkräften. Der einfache Aufbau sowie der geringe Raumbedarf läßt unterschied liche Verwendungen der erfindungsgemäßen Blattfeder z. B. bei Fahrzeugen zur Steuerung der Federabstimmung, zur Niveauregulie rung der Karosserie und/oder als Motorlagerung zu.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü che und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfin dung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungs formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Blattfeder als Biegefeder mit variabler Steifigkeit;

Fig. 2 eine Blattfeder als Zug-Druckfeder mit variabler Steifigkeit;

Fig. 3 eine in ein Fahrwerk eingebaute Blattfeder als Biegefeder mit variabler Steifigkeit und einstell barer Federung;

Fig. 4 eine Blattfeder als Druckfeder in einem Federbein einer Achskonstruktion;

Fig. 5 eine Blattfeder als Zugfeder in einer Doppelquer lenker-Achskonstruktion;

Fig. 6 und 7 jeweils eine Blattfeder als Zweistütz punktfeder zum Anheben bzw. Absenken einer Fahr zeugkarosserie;

Fig. 8 zwei miteinander kombinierte Blattfedern als Motorlager mit variabler Steifigkeit;

Fig. 9 eine Blattfeder als Hohlfeder für Zug- und Druck beanspruchung mit variabler Federsteifigkeit;

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Blattfeder gemäß Fig. 9;

Fig. 11 in schematischer Darstellung eine Blattfeder, wo bei die Abbildungen a), b) und c) jeweils unter schiedliche Spreizmechanismen in einem Querschnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 11 zeigen;

Fig. 12 eine Darstellung gemäß Fig. 11, wobei die Dar stellungen gemäß a) bis d) jeweils unterschiedlich gestaltete Federquerschnitte gemäß der Schnitt linie A-A in Fig. 12 zeigen;

Fig. 13 eine Blattfeder gemäß den Fig. 11 und 12 mit geschnittenen Federenden, wobei die Darstellung a) in vergrößertem Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 13 und die Darstellung b) in vergrößertem Maßstab das Detail Z) in Fig. 13 zeigen und

Fig. 14 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar stellung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Blattfeder 1 setzt sich zusammen aus einem in der Darstellung oben liegenden Druckgurt 2 und einem unten liegenden Zuggurt 3, die jeweils blattfederartig ausgebil det und an ihren beiden Enden 4, 5 fest miteinander verbunden sind. Zwischen Druckgurt 2 und Zuggurt 3 ist eine Spreizeinrich tung angeordnet, die gemäß Ausführungsbeispiel ein Stellzylin der 6 sein kann, der von außerhalb betätigbar ist. Der Druck gurt 2 ist in den ausgezogenen Linien in seiner oberen Endlage und in der gestrichelten Darstellung in seineren unteren Endlage gezeigt. Die an der Blattfeder 1 angreifenden Kräfte sind je weils mit F gekennzeichnet. Die Blattfeder 1 dient somit als Biegefeder.

Die in Fig. 2 dargestellte Blattfeder 1 dient als Zug-Druck- Feder, wie die eingetragenen Kräfte F erkennen lassen. Die zwi schen Druckgurt 2 und Zuggurt 3 angeordnete Spreizeinrichtung ist durch Doppelpfeile 7 symbolisiert. Die rechte und linke Dar stellung zeigen jeweils die Endlage für den Druckgurt 2.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Blattfedern 1 ermögli chen eine Veränderung der Federsteifigkeit in jedem Belastungs zustand und zwar durch Änderung des Federquerschnitts. Hierfür werden Druckgurt 2 und Zuggurt 3 mit Hilfe einer Spreizeinrich tung zusammen oder auseinander geführt. Mit der Veränderung des Gurtabstandes werden die Federsteifigkeit und die Lage der Kraft angriffspunkte verändert. Dieser Effekt läßt sich durch eine ent sprechende Steuerung zur Federabstimmung und Niveauregulierung in einem Fahrzeug verwenden, wie nachfolgend näher ausgeführt wird.

Der maximale lichte Abstand zwischen Druckgurt 2 und Zuggurt 3 ist mit h gekennzeichnet und gibt die Federhöhe an.

Die schematische Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt den Einsatz einer erfindungsgemäßen Blattfeder als Biegefeder mit einstell barer Federsteifigkeit in einem nur schematisch angedeuteten Fahrwerk 8. Druckgurt 2 und Zuggurt 3 sind nur an einem Ende 4 fest miteinander verbunden, an dem eine Last F angreift. Der Druckgurt 2 ist mit seinem anderen freien Ende ortsfest an einem Anlenkpunkt 9 am Fahrwerk 8 angelenkt. Der Zuggurt 3 ist mit seinem anderen freien Ende an einem lageveränderbaren Gelenk punkt C angelenkt, dessen jeweiliger Abstand h vom ortsfesten Anlenkpunkt 9 des Druckgurtes 2 die Federhöhe und damit die Fe dersteifigkeit definiert. Diese Verstellung der Federsteifigkeit wird durch einen Stellzylinder 10 ausgeführt. Die Ausfederung bzw. Einfederung des Fahrzeugs durch eine Veränderung der Feder höhe h wird durch einen Stellzylinder 11 eingestellt. Steht die ser beispielsweise auf der eingezeichneten Position A, so wird der Gelenkpunkt C auf der eingezeichneten Kurve K_A geführt. Mit der Vergrößerung der Federhöhe h wird so bei gleichbleibender Last F das Fahrzeug angehoben. Befindet sich der Stellzylinder 11 in der Position B, so wird das Fahrzeug mit steigender Federstei figkeit abgesenkt. In einer Zwischenstellung kann die Federhöhe h verändert werden ohne Auswirkungen auf die Einfederung des Fahr zeugs. Der Energiebedarf für die Veränderung der Federsteifigkeit wird somit auf die Reibart reduziert und ermöglicht daher eine schnelle Anpassung der Achseigenfrequenz an die Fahrbahnanregung. Dies führt zu einer Steigerung des Fahrkomforts und der Fahr sicherheit.

Der Druckgurt 2 kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 zu gleich die Aufgabe eines Querlenkers zur Führung des Rades über nehmen.

Fig. 4 zeigt eine Blattfeder 1 als Druckfeder in einem Feder bein 12 einer Achskonstruktion 13.

Fig. 5 zeigt eine Blattfeder 1 als Zugfeder in einer Doppelquer lenker-Achskonstruktion 14.

In den Fig. 6 und 7 ist die Blattfeder 1 jeweils als Zwei stützpunktfeder ausgebildet und dient zum Anheben bzw. Absenken einer gestrichelt angedeuteten Fahrzeugkarosserie 15. Auch die Räder 16 des Fahrzeugs sind gestrichelt eingezeichnet.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Verwendung der erfindungsgemäßen Blattfeder 1 als Motorlager mit variabler Stei figkeit. Vorgesehen sind zwei spiegelbildlich nebeneinander ange ordnete Blattfedern, die mit ihrem jeweils einen, sich diagonal gegenüberliegenden Ende 4 bei A und B ortsfest angelenkt und mit ihrem jeweils anderen Ende 5 über eine Verbindungsstange 17 o. dergl. so miteinander verknüpft sind, daß ein auf dieser Ver bindungsstange 17 befindlicher Auflagepunkt C seine Lage auch bei Änderung der Federquerschnittshöhe h unverändert beibehält. Mit der Federhöhe h wird somit nur die Federkennung verändert. Hiermit ist eine Anpassung z. B. eines Motorlagers an das Fre quenzniveau der Anregung möglich, ohne hierbei die Motorlage wesentlich zu verändern.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine als Hohlfeder 18 ausgebildete Blattfeder. Druckgurt 2 und Zuggurt 3 schließen zwischen sich einen allseits luftdicht abgeschlossenen Hohlraum 19 ein, in den ein Druckzufuhrkanal 20 mündet. Die Hohlfeder 18 ist für Zug- und Druck-Beanspruchung mit variabler Federsteifigkeit ausgelegt, wobei der Vorteil dieser Konstruktion in dem ge schlossenen Aufbau der Blattfeder mit der Möglichkeit zur Ver änderung der Federsteifigkeit durch Änderung des Manteldruckes liegt. Druckgurt 2 und Zuggurt 3 sind aus vier versickten, mit einander verschweißten Schalen 21 zusammengesetzt, die jeweils Dehnungssicken 22 aufweisen. Der Druckzufuhrkanal 20 ist durch das in Fig. 9 oben liegende Ende 4 der Blattfeder hindurchge führt. Der atmosphärische Außendruck ist mit P₀ und der im Hohl raum 19 herrschende Innendruck mit P gekennzeichnet. Die beiden Federenden 4, 5 können jeweils mit einem Gewindeanschluß 23 ver sehen sein.

In Fig. 11 zeigen die Abbildungen a), b) und c) jeweils unter schiedliche Spreizeinrichtungen zur Veränderung des Gurtabstan des. Bei der Ausführungsform gemäß a) bestehen Druckgurt 2 und Zuggurt 3 aus unidirektional faserverstärktem Kunststoff. Die Spreizung wird hier durch einen längs zwischen Druck- und Zug gurt 2, 3 gelegten Schlauch 24 gebildet, der seitlich von an den Gurten 2, 3 sitzenden und sich teleskopförmig übergreifenden Ste gen 25 abgedeckt ist.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform b) besteht die mechanische Spreizeinrichtung aus einem Verstellzylinder 26, der im Prinzip dem Stellzylinder 6 in Fig. 1 entspricht. Bei der Ausführungsform gemäß c) wird die mechanische Spreizeinrichtung durch eine Verstellnocken 27 gebildet.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen der Fig. 12 liegen Druck- und Zuggurt 2, 3 jeweils als Gurtverstärkungen beidseitig an einem zwischen ihnen angeordneten Hohlkörper 28 an. Die Hohl körper 28, die aus Blech oder Kunststoff bestehen können, sind so ausgelegt, daß unter Einwirkung ihres Innendruckes P_i eine Sprei zung der Federgurte 2, 3 auftritt. Bei den Ausführungsformen ge mäß a), b) und c) ergibt sich jeweils ein symmetrischer Feder querschnitt, bei der Ausführungsform gemäß d) hingegen ein asymmetrischer Federquerschnitt. Der in Fig. 12 eingezeichnete Doppelpfeil 29 gibt die Verstärkungsrichtung an.

Fig. 13 zeigt in den Abbildungen a) und b) in vergrößertem Maß stab die Ausbildung der beiden Blattfederenden 4, 5 einer als Hohlfeder 18 ausgebildeten Blattfeder. In den beiden Blatt federenden 4, 5 spannen Druck- und Zuggurt 2, 3 zwischen sich einen Kern 30 ein, durch den im Federende 4 der Druckzufuhrkanal 20 ge führt ist.

Die in Fig. 14 dargestellte Blattfeder 1 entspricht im Prinzip der der Fig. 1. Jedoch ist als Spreizeinrichtung eine mittig zwischen Druck- und Zuggurt 2, 3 längsverschiebbar angeordnete Schubstange 31 vorgesehen, an der sich jeweils gegenüberliegende Kurbeln 32 angelenkt sind, die an der Innenseite des Druck- bzw. Zuggurtes 2, 3 angreifen. Dieser Angriff kann über Gelenke oder Filmscharniere erfolgen. Die Längsverschiebung der Schubstange 31 kann gemäß Ausführungsbeispiel über einen Stellzylinder 33 erfol gen, für den eine Druckzuführung 34 angedeutet ist. Es kann statt dessen aber auch eine Exzenterverstellung vorgesehen wer den.

Claims

1. Verfahren zur Veränderung der Eigenfrequenz eines Feder- Massen-Systems, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Blattfeder, deren Federsteifigkeit durch von außen vorge nommene Veränderung der Spreizung eines Zug- und Druck gurtes der Blattfeder in Abhängigkeit von der jeweiligen Zug-, Druck- und/oder Biegebeanspruchung angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Spreizung der Innendruck einer hohl ausge bildeten Blattfeder verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizung mechanisch erfolgt.

4. Blattfeder, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Druckgurt (2) und einen Zuggurt (3), die jeweils blattfeder artig ausgebildet, an zumindest einem ihrer beiden Enden (4, 5) fest miteinander verbunden und durch eine zwischen ihnen angreifende, von außen betätigbare Spreizeinrichtung (6; 7; 10; 24; 26; 27; 31, 32, 33, 34) zur Veränderung des lichten Abstandes (h) zwischen ihnen beaufschlagbar sind.

5. Blattfeder nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mecha nische Spreizeinrichtung (6; 10; 26; 27; 31, 32, 33, 34).

6. Blattfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spreizeinrichtung ein Verstellzylinder (6; 10; 26) ist.

7. Blattfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spreizeinrichtung ein Verstellnocken (27) ist. (Fig. 11c)

8. Blattfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spreizeinrichtung eine mittig zwischen Druck- und Zuggurt (2, 3) längsverschiebbar angeordnete Schubstan ge (31) aufweist, an der sich jeweils gegenüberliegende Kurbeln (32) angelenkt sind, die an der Innenseite des Druck- bzw. Zuggurtes (2, 3) angreifen. (Fig. 14)

9. Blattfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Druck- und Zuggurt (2, 3) zwischen sich einen allseits luft dicht abgeschlossenen Hohlraum (19) einschließen, in den ein Druckzufuhrkanal (20) mündet.

10. Blattfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (19) durch einen längs zwischen Druck- und Zuggurt (2, 3) gelegten Schlauch (24) gebildet ist. (Fig. 11a)

11. Blattfeder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzufuhrkanal (20) in einem Blattfederende (4) vorgesehen ist.

12. Blattfeder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest in einem Blattfederende (4) Druck- und Zuggurt (2, 3) zwischen sich einen Kern (30) einspannen, durch den der Druckzufuhrkanal (20) geführt ist. (Fig. 13)

13. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß im Druck- und Zuggurt (2, 3) Dehnungs sicken (22) angeordnet sind.

14. Blattfeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich aus vier versickten, miteinander verschweißten Schalen (21) zusammensetzt.

15. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß Druck- und Zuggurt (2, 3) aus unidirek tional faserverstärktem Kunststoff bestehen. (Fig. 11a)

16. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 12, gekennzeich net durch isotropes Material.

17. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß Druck- und Zuggurt (2, 3) als Gurtverstär kungen beidseitig an einem zwischen ihnen angeordneten Hohl körper (28) anliegen. (Fig. 12)

18. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 7, 15 oder 16, ge kennzeichnet durch ihre Verwendung als Biegefeder in einem Fahrwerk (8), wobei eine Last (F) an dem Druck- und Zug gurt (2, 3) fest miteinander verbindenden Ende (4) angreift, der Druckgurt (2) mit seinem anderen freien Ende ortsfest am Fahrwerk (8) angelenkt (9) ist und der Zuggurt (3) mit sei nem anderen freien Ende an einem durch eine Spreizeinrich tung (10) lageveränderbaren Gelenkpunkt (C) angelenkt ist, dessen jeweiliger Abstand (h) vom ortsfesten Anlenkpunkt (9) des Druckgurtes (2) die Federhöhe und damit die Federstei figkeit definiert. (Fig. 3)

19. Blattfeder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgurt (2) zugleich einen Querlenker zur Führung des zu geordneten Rades bildet.

20. Blattfeder nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- bzw. Einfederung des Fahrzeugs durch Verände rung der Federhöhe (h) über eine zusätzliche Verstellein richtung (11) einstellbar ist.

21. Blattfeder nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spreizeinrichtung (10) und die Verstell einrichtung (11) durch je einen Stellzylinder gebildet sind.

22. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 17, gekennzeich net durch eine Verwendung als Druckfeder in einem Feder bein (12) einer Achskonstruktion (13). (Fig. 4)

23. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 17, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Zugfeder in einer Doppelquerlen ker-Achskonstruktion (14). (Fig. 5)

24. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 17, gekennzeichnet durch eine Verwendung zum Anheben bzw. Absenken einer Fahr zeugkarosserie (15). (Fig. 6 und 7)

25. Blattfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 17, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Motorlager, wobei zwei spiegel bildlich nebeneinander angeordnete Blattfedern (1) mit ihrem jeweils einen, sich diagonal gegenüberliegenden Ende (4) ortsfest angelenkt und mit ihrem jeweils anderen Ende (5) über eine Verbindungsstange (17) o. dergl. so miteinander verknüpft sind, daß ein auf der Verbindungsstange (17) o. dergl. befindlicher Auflagepunkt (C) seine Lage auch bei Änderung der Federquerschnittshöhe (h) unverändert beibe hält. (Fig. 8).