DE4021165A1

DE4021165A1 - Verfahren zur veraenderung der eigenfrequenz eines feder-massen-systems sowie eine drehstabfeder und eine verwendung hierfuer

Info

Publication number: DE4021165A1
Application number: DE19904021165
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 sowie eine Drehstabfeder und eine Verwendung hierfür.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Veränderung der Eigenfrequenz eines Feder-Massen-Systems sowie eine sich insbesondere für dieses Verfahren eignende Dreh stabfeder zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung nur einer Drehstabfeder, deren Feder steifigkeit durch Veränderung ihrer Querschnittsgeometrie in Ab hängigkeit von dem jeweiligen Belastungszustand angepaßt wird. Dabei ist erfindungsgemäß möglich, zur Veränderung der Quer schnittsgeometrie den Innendruck einer hohl ausgebildeten Dreh stabfeder zu verändern, oder aber die Innenwandung einer hohl ausgebildeten Drehstabfeder in radialer Richtung mit verstell baren Kräften mechanisch zu beaufschlagen.

Hinsichtlich der Drehstabfeder wird die eingangs geschilderte Aufgabe erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß zumindest der mittlere Abschnitt des Stabes rohrförmig ausgebildet ist und eine gute Verformbarkeit der Querschnittsgeometrie aufweist, und daß eine im Innenraum der Drehstabfeder zumindest in deren mittleren Abschnitt angreifende Einrichtung zur Verformung der Querschnittsgeometrie vorgesehen ist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der rohrförmige Stab aus einem bidirektional verstärk ten Faserverbundwerkstoff besteht. Zur Erhöhung der Querschnittselastizität ist es vorteilhaft, wenn der Matrixwerkstoff des Faserverbundwerkstoffes im mittleren Stababschnitt ein Elastomer, in den Endabschnitten ein Duroplast ist.

Zur Erzielung der erforderlichen Querschnittsstabilität kann ein Stützrohr vorgesehen sein, das an seinen beiden Enden in den genannten Einspannenden eingespannt ist. Wird dieses Stützrohr außen angeordnet, so ergibt sich zugleich ein Schutz des Faserverbundwerkstoffs gegen äußere Beschädigungen.

Der Querschnitt des Stabes kann in seiner Ausgangsstellung kreisrund, polygon oder auch flach elliptisch ausgebildet sein. Soll der Stab in der Ausgangsstellung in seinem mittleren Abschnitt flach elliptisch ausgebildet sein, ist es zweckmäßig, den Stab als Rohr mit rundem Querschnitt herzustellen und erst nachträglich in seinem mittleren Abschnitt abzuplatten.

Die Verformung der Querschnittsgeometrie des rohrförmigen Stabes kann erfindungs gemäß durch Veränderung seines Innendruckes, insbesondere durch Erhöhung des In nendruckes gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck erfolgen, wobei die Druckver änderung vorzugsweise hydraulisch erfolgt. Hierfür ist in dem einen Einspannende ein Druckzufuhrstutzen angeordnet, der in den im übrigen luftdicht abgeschlossenen Stab innenraum mündet. Bei einer derartigen Ausbildung ist der rohrförmige Stab zumindest in seinem mittleren Abschnitt in der Ausgangsstellung (Druck im Stabinnenraum = äußerer Atmosphärendruck) elliptisch ausgebildet.

Die Querschnittsgeometrie des rohrförmigen Stabes kann aber auch durch einen im Stabinnenraum angeordneten Spreizmechanismus erfolgen.

Durch die erfindungsgemäß mögliche Veränderung der Drehfedersteifigkeit lassen sich Eigenfrequenz und Geometrie eines Feder-Massen-Systems beeinflussen. Derartige Systeme können insbesondere als Stabilisator oder Aufbaufederung eines Fahrzeugs eingesetzt werden, wobei dann die Veränderung der Federsteifigkeit in Abhängigkeit des Fahrzustandes und/oder der Fahrzeugbelastung erfolgt. Dieses System zeichnet sich aus durch ergebende geringe Massenkräfte sowie durch einen einfachen Aufbau und einen geringen Raumbedarf.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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

Fig. 1 eine Drehstabfeder im Längsschnitt;

Fig. 2 die Drehstabfeder gemäß Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 um 90° versetzten Längsschnitt;

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1 mit Ansicht;

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar stellung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 die Ausführungsform gemäß Fig. 4 in einer Dar stellung gemäß Fig. 2;

Fig. 6 einen Querschnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 4 mit Ansicht;

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform im Querschnitt;

Fig. 8 im Querschnitt die Ausführungsform gemäß Fig. 7 mit verändertem Stabquerschnitt;

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar stellung gemäß Fig. 7 und

Fig. 10 die Ausführungsform gemäß Fig. 9 mit verändertem Stabquerschnitt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Drehstabfeder mit kreisrunden, verformungssteif aus gebildeten Einspannenden 1, 2, zwischen denen sich ein rohrförmig ausgebildeter Stab 3 erstreckt. Dieser ist in seinem mittleren Abschnitt 3a im Querschnitt flach ellip tisch ausgebildet und geht in seinen beiden Endabschnitten 3b in einen den Einspann enden 1, 2 angepaßten kreisförmigen Querschnitt über. In dem einen Einspannende 1 ist ein Druckzufuhrstutzen 4 angeordnet, der in den im übrigen luftdicht abgeschlos senen Stabinnenraum 5 mündet. Der äußere Atmosphärendruck ist mit p₀ und der im Stabinnenraum 5 herrschende Druck mit p_i bezeichnet, wobei bei den Darstellungen in den Fig. 1 bis 3 p_i = p₀ ist.

Für den Mantel des rohrförmigen Stabes 3 wird vorzugsweise ein bidirektional ver stärkter Faserverbundwerkstoff verwendet, dessen Matrixwerkstoff vorzugsweise im mittleren Stababschnitt 3a ein Elastomer, in den Endabschnitten 3b jedoch ein Duro plast ist. Dadurch wird die Querschnittselastizität im mittleren Abschnitt 3a erhöht. Insbesondere zum Schutz des Faserverbundwerkstoffes ist ein den rohrförmigen Stab 3 umhüllendes Stützrohr 6 vorgesehen, das z. B. aus einer dünnwandigen Aluminum legierung bestehen kann und der Drehstabfeder die nötige Querschnittsstabilität ver leiht, indem die Enden des Stützrohres 6 zusammen mit den Enden des rohrförmigen Stabes 3 in den genannten Einspannenden 1, 2 eingespannt sind.

Durch Erhöhen des Innendruckes p_i(hydraulisch oder pneumatisch) läßt sind die Querschnittsgeometrie des rohrförmigen Stabes 3 und damit deren Federsteifigkeit verändern.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform, bei der der rohrförmi ge Stab 3 bei p_i = p₀ über seine gesamte elastisch ausgebildete Länge einen flach elliptischen Querschnitt aufweist. Die Einspannenden 1, 2 sind wiederum starr aus gebildet.

Die Fig. 7 und 8 zeigen einen im Stabinnenraum 5 angeordneten mechanischen Spreizmechanismus zur Veränderung der Querschnittsgeometrie des rohrförmigen Stabes 3, der in der in Fig. 7 dargestellten Ausgangsstellung einen flach elliptischen Querschnitt aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Spreiz mechanismus aus einer koaxial angeordneten, von außen antreibbaren Nockenwelle 7, die sich an der Stabinnenwandung abstützende Rollen oder Kugeln 8 beaufschlagt. Dabei kann die Drehübertragung von der Nockenwelle 7 auf die Rollen oder Kugeln 8 und/oder deren Abrollbewegung an der Stabinnenwandung über eine Verzahnung oder aber einen Reibschluß erfolgen. Nach einer Verdrehung der Nockenwelle 7 um 180° ist die in Fig. 8 dargestellte Position erreicht, in der der Spreizmecha nismus 7, 8 den Querschnitt des rohrförmigen Stabes 3 von der in Fig. 7 gezeigten flach elliptischen Ausgangsform in eine kreisrunde Form drückt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen für den Spreizmechanismus eine abgewandelte Ausfüh rungsform, die eine koaxial angeordnete, von außen antreibbare Kurbelwelle 9 aufweist, an der mehrere Kurbeln 10 angelenkt sind, die mit ihrem freien Ende umfangsversetzt die Stabinnenwandung beaufschlagen. Die Wirkungsweise dieses Spreizmechanismus entspricht der der Einrichtung gemäß den Fig. 7 und 8.

Die beiden in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsformen erfordern kein mit einem elliptischen Querschnitt hergestelltes Rohr, so daß der rohrförmige Stab 3 aus kreisrunden Rohrprofilen hergestellt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Veränderung der Eigenfrequenz eines Feder- Massen-Systems, gekennzeichnet durch die Verwendung nur einer Drehstabfeder, deren Federsteifigkeit durch Verände rung ihrer Querschnittsgeometrie in Abhängigkeit von dem jeweiligen Belastungszustand angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Querschnittsgeometrie der Innendruck einer hohl ausgebildeten Drehstabfeder verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Querschnittsgeometrie die Innenwandung einer hohl ausgebildeten Drehstabfeder in radialer Richtung mit verstellbaren Kräften mechanisch beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabfeder als Rohr mit Kreisquerschnitt herge stellt und nachträglich in ihrem mittleren Abschnitt abge plattet wird.

5. Drehstabfeder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest der mittlere Abschnitt (3a) des Stabes (3) rohrförmig ausgebildet ist und eine gute Verformbarkeit der Querschnittsgeometrie aufweist, und daß eine im Innenraum der Dreh stabfeder zumindest in deren mittleren Abschnitt (3a) angreifende Einrich tung zur Verformung der Querschnittsgeometrie vorgesehen ist.

6. Drehstabfeder nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch verformungssteif ausgebildete Einspannenden (1, 2), zwischen denen sich der rohrförmig aus gebildete Stab (3) erstreckt.

7. Drehstabfeder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Stab (3) aus einem bidirektional verstärkten Faserverbundwerk stoff besteht.

8. Drehstabfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrix werkstoff des Faserverbundstoffs im mittleren Stababschnitt (3a) ein Elastomer, in den Endabschnitten (3b) ein Duroplast ist.

9. Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch ein Stützrohr (6), das an seinen beiden Enden in den genannten Einspannenden (1, 2) eingespannt ist.

10. Drehstabfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugs weise außenliegende Stützrohr (6) aus einer dünnwandigen Aluminiumlegie rung besteht.

11. Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch einen nichtrunden, vorzugsweise elliptischen Querschnitt zumindest im mitt leren Stabbereich (3a).

12. Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekenn zeichnet durch einen Polygonquerschnitt.

13. Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verformung der Querschnittsgeometrie durch einen in dem einen Einspann ende (1) angeordneten, in den Stabinnenraum (5) mündenden Druckzufuhrstutzen (4) und eine im übrigen luftdichte Stab ausführung gebildet ist.

14. Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verformung der Querschnittsgeometrie ein im Stabinnenraum (5) angeordneter mechanischer Spreizmechanismus (7, 8; 9, 10) ist.

15. Drehstabfeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizmechanismus eine koaxial angeordnete, von außen antreibbare Kurbelwelle (7) aufweist, die sich an der Stab innenwandung abstützende Rollen (8) oder Kugeln beauf schlagt.

16. Drehstabfeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizmechanismus eine koaxial angeordnete, von außen antreibbare Kurbelwelle (9) aufweist, an der mehrere Kur beln (10) angelenkt sind, die mit ihrem freien Ende umfangs versetzt die Stabinnenwandung beaufschlagen.

17. Verwendung einer Drehstabfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 16 als Stabilisator oder Aufbaufederung eines Fahrzeugs, wobei die Veränderung der Federsteifigkeit in Abhängigkeit des Fahrzustandes und/oder der Fahrzeugbelastung erfolgt.