DE4110651A1 - Regelbares federsystem aus mehreren federn und anwendungen solcher federsysteme speziell bei fahrzeugfederungen - Google Patents
Regelbares federsystem aus mehreren federn und anwendungen solcher federsysteme speziell bei fahrzeugfederungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares Federsystem
mit mehreren Federn und Anwendungen solcher Federsysteme
speziell bei Fahrzeugfederungen.
Einfache Federn weisen unveränderliche Kennlinien auf, die
linear, progressiv oder degressiv verlaufen können.
Es gibt aber Anwendungsgebiete, bei denen es sinnvoll ist,
die Federkennlinie zu verändern.
Als wichtigstes Anwendungsgebiet seien die Federungen von
Fahrzeugen genannt.
Fahrzeugfedern sollen aus Komfortgründen möglichst weich
sein. Um den Aufbau in Kurven möglichst gering wanken zu
lassen und dem Fahrzeug genügend Kurvenstabilität zu geben,
dürfen sie nicht zu weich sein. Die Auslegung der Fahrzeug
federn ist daher stets ein Kompromiß.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie
sie gekennzeichnet ist, ermöglicht die Kennlinie einer aus
mehreren einfachen Federn zusammengesetzten Federung mit
Hilfe eines schalt- oder verstellbaren Regelelementes zu
verändern und so einem jeweiligen Bedarf anzupassen.
Dies wird dadurch erreicht, daß das Federsystem aus zwei
hintereinander oder parallel geschalteten oder schaltbaren
Federn I und II mit den Federraten c1 und c2 besteht und ei
ne der beiden Federn zu- oder abgeschaltet werden kann oder
die beiden hintereinandergeschalteten oder -schaltbaren Fe
dern durch ein Getriebe so verbunden sind, daß entweder die
beiden Federn verschieden stark belastet sind und/oder die
für einfach hintereinandergeschaltete Federn gültige Glei
chung c₁*f₁=c₂*f₂ mit f1,2=Federweg der Feder I, II; für
die beiden Federn I und II nicht gilt.
Die Abb. 1-8 dienen der Erläuterung des erfindungsgemäßen
Federsystems.
Fig. 1 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Federsystems.
Zwei hintereinandergeschaltete Federn I und II mit den Federraten
I, II zusammengepreßt wird; sind über ein Getriebe
verbunden.
Wird das Federsystem mit der Kraft F belastet, federt die
Feder I um den Weg S₁ und die Feder II um den Weg S₂ ein.
Dann gilt für die Federrate c1+2 des Gesamtsystems
c1+2 = F/(S₁+S₂) = (c₂+µ²*c₁)/(1+µ)²
mit µ = S₁/S₂.
Zur Berechnung der Federrate des Gesamtsystems stellt man
vier Gleichungen auf:
Wegen des Leistungsgleichgewichtes gilt:
(S₁ + S₂)*F/2 = S₁*F₁/2 + S₂*F₂/2 (Gl. 1)
Weiterhin gilt:
S₁ = µ*S₂ (Gl. 2)
S₁ = F₁/c₁ (Gl. 3)
S₂ = F₂/c₂ (Gl. 4)
S₁ = F₁/c₁ (Gl. 3)
S₂ = F₂/c₂ (Gl. 4)
Aus Gl. 2, 3, 4 folgt:
F₁ = µ*F₂*c₁/c₂ (Gl. 5)
Aus Gl. 1, 2, 5 folgt:
F₂ = (µ + 1)*F/((µ²*c₁/c₂)) + 1) (Gl. 6)
Aus Gl. 1, 3, 4, 5, 6 folgt:
(S₁ + S₂)*F = (1 + µ)²*F²/(µ²*c₁ + c₂)
und daher die Behauptung.
Fig. 2 zeigt das Konzept eines Federsystems welches durch
ein mechanisches Getriebe verbunden ist.
Eine erste Feder 1 stützt sich am Gehäuse 8 und einer Zwischenplatte
ab, eine zweite Feder 2 stützt sich an der Zwischenplatte
und dem Kraftaufnehmer 3 ab.
Im Gehäuse 8 ist ein Führungsnut 7, im Kraftaufnehmer ein
Führungsschlitz 4 und an der Zwischenplatte ein parallel
verschiebbares Führungselement 5, das mit einem Stift 6
durch den Führungsschlitz 4 im Führungsnut 7 endet.
Fig. 3 zeigt das Funktionsprinzip dieses Kurvengetriebes.
In Fig. 3a ist eine mögliche Abwicklung des Ausgangsgetrie
bes abgebildet.
Der Führungsnut 7 sei eine beliebig gebogene Kurve. Wird der
Kraftaufnehmer und damit der Führungsschlitz 4 nach oben be
wegt, fährt der Stift entlang des Führungsnut 7 und bewegt
das Führungselement 5 und mit ihm die Zwischenplatte nach
oben. Je nach Richtung des Führungsnuts wird bei gegebener
Länge der Bewegung des Kraftaufnehmers bzw. des Führungs
schlitzes 4 die Zwischenplatte bzw. das Führungselement 5
unterschiedlich weit nach oben bewegt.
Fig. 3b, 3c und 3d zeigen wie durch waagrechtes, senkrech
tes und schräges Verschieben des Führungsnuts 7 im Gehäuse
das Einfedern der Zwischenplatte bzw. des Führungselementes
5 bei gegebener Einfederungslänge des Kraftaufnehmers bzw.
des Führungsschlitzes 4 verändert werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Veränderung des Federweges der Zwischenplatte
durch Verdrehen des Führungsnuts im Gehäuse.
Durch derartige Veränderungen des Führungsnuts 7 können die
Übersetzangen und damit die Faktoren µ in der angegebenen
Gleichung der Federrate C1+2 verändert werden.
Somit ändert man damit auch die Federrate.
Fig. 5 zeigt die Federkennlinien für die Federrate c1+2 für
c₁=2*c₂ und µ=5, µ=2 und µ=0.5.
Ist das Federsystem mit einer gegebenen Kraft F belastet und
so eingestellt, daß µ=2, dann findet man sich im Punkt P₁.
Ändert man µ, so daß µ=5 ist, so wird das Federsystem ausfedern,
so daß man sich in P₂ befindet.
Ändert man µ nach 0.5, dann wird das Federsystem stärker
einfedern, so daß man sich in P₃ befindet.
Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebe bei dem ein hy
draulisches Getriebe so zugeschaltet werden kann, daß die
sonst unverbundenen Federn hintereinandergeschaltet sind.
Ein derartiges Federsystem ist zur Verbesserung der Kurven
stabilität von Fahrzeugen gedacht. Die beiden Federungen
10,11 des linken und rechten Rades enthalten Hydraulikzylin
der 12,13, deren Kolben mit der Ein- und Ausfederung nach
oben und unten bewegt werden. Die Leitungen von der einen
zur anderen Kolbenseite können durch ein Wegeventil 14 un
terschiedlich geschaltet werden.
Bei Geradausfahrt sind die beiden Kolbenseiten miteinander
verbunden, so daß die Zylinder wie normale Dämpfer wirken
oder sogar keinen Widerstand erbringen.
Mit dem Lenkeinschlag und evtl. in Abhängigkeit von der Ge
schwindigkeit wird das Wegeventil geschaltet.
Wenn die Federung 10 am Kurvenaußenrad wirkt, wird der obere
Raum des Zylinders 12 mit dem unteren Raum des Zylinders 13
verbunden.
Wird nun das Kurvenaußenrad durch die fliehkraftabhängige
Gewichtsverlagerung stärker belastet, wird auch die Außenfe
der stärker belastet und zusammengepreßt. Die große Kolben
fläche des Zylinders 12 drückt das Öl auf die kleine Kolben
fläche des Zylinders 13, so daß:
- 1. die Federung 10 härter wird und
- 2. die Federung 11 stärker zusammengepreßt wird als die Federung 10.
Das Fahrzeug wird sich daher auf der Kurveninnenseite sen
ken.
Fig. 7 zeigt Möglichkeiten mit Hydraulikzylindern die Fe
derrate eines erfindungsgemäßen Federsystems zu ändern.
In 7a und 7b kann mit Hilfe eines Ventils und eines Zylin
ders 33 in jeder Position des Federungssystems die weichere
Feder 30 gesperrt oder eine zweite, parallelwirkende Feder
35 zugeschaltet werden, so daß sich die Federkennlinie än
dert.
In Fig. 7c sind beide Federn 37, 38 sperrbar.
Anhand Fig. 8 sind verschiedene Konzepte für die Anwendung
erfindungsgemäßer Federsysteme zur Verbesserung des Fahr
werks von Fahrzeugen in Kurven kurz skizziert.
An einem Fahrzeug, welches mit einer bestimmten Geschwindig
keit v durch eine Kurve des Radius r fährt, wirkt die Flieh
kraft waagrecht nach außen und die Gewichtskraft senkrecht
nach unten. Als resultierenden Summenvektor erhält man den
Vektor S, der nach dem kurvenäußeren Rad weist.
Diese Summenkraft bewirkt ein Wanken des Aufbaus aus der
Kurven heraus, der den Fahrzeugschwerpunkt in Richtung des
kurvenäußeren Rades verlagert.
Fig. 8 zeigt stark übersteigert das Verhalten des Fahrzeugs
bei normalen Federungen und bei Federungen nach dem erfin
dungsgemäßen Konzept:
Bei normalen Federn wird in der Kurve der Fahrzeugschwer punkt nach außen verschoben und somit gleichsam die Stütz länge des Abstandes zwischen der Senkrechten des Schwer punkts auf die Fahrzeugachse und dem Außenrad verkürzt.
Bei normalen Federn wird in der Kurve der Fahrzeugschwer punkt nach außen verschoben und somit gleichsam die Stütz länge des Abstandes zwischen der Senkrechten des Schwer punkts auf die Fahrzeugachse und dem Außenrad verkürzt.
Das Konzept der Federsperrung nach Fig. 7 schaltet nur die
kurvenäußere Feder auf hart.
Der die kurvenäußeren Federn wesentlich stärker belastende
Summenvektor S drückt diese Federn nur geringfügig zusammen,
so daß der Aufbau kaum wankt und sich der Schwerpunkt nur ge
ringfügig zur Kurvenaußenseite verlagert.
Die Stützlänge zwischen kurvenäußerem Rad und der Senkrech
ten vom Schwerpunkt auf die Fahrzeugachse bleibt nahezu kon
stant.
Das Konzept der durch Getriebeverstellung geregelten Feder
systemen der Fig. 2-4 und der selbstregelnden Federn der
Fig. 6 ändert gezielt durch die Lenkradeinstellung die Fe
derhärte von Innen- und Außenfederung.
Anhand von Fig. 5 sei das daraus resultierende Verhalten
beschrieben.
Befindet man sich bei Geradausfahrt im Punkte P1, d. h. für
die Federn beider Fahrzeugseiten hat man die Federhärte mit
µ=2, dann sind bei gleichmäßiger Belastung beider Seiten
beide Federn gleich weit zusammengepreßt. Verschiebt man nun
die Federhärte der einen Seite nach µ=5, dann wird bei wei
terhin gleichmäßiger Belastung diese Feder etwas ausfedern
und den Fahrzeugaufbau an dieser Seite anheben.
Verschiebt man gleichzeitig die Federhärte der anderen Seite
nach µ=0.5, dann wird diese Feder noch stärker zusammenge
preßt und der Fahrzeugaufbau an dieser Seite gesenkt.
Der Fahrzeugschwerpunkt wird somit zur Seite der weicheren
Feder verschoben.
Wenn man diese Federeinstellung gezielt über den Lenkein
schlag vornimmt, kann man so in Kurven die Stützlänge zwi
schen kurvenäußerem Rad und Senkrechter vom Schwerpunkt auf
die Achse verlängern.
Beim Konzept der Fig. 2-4 kann die Federrate gezielt
durch eine Regelung, die verschiedene Variable berücksichti
gen kann, eingestellt werden.
Bei der selbstregelnden Feder der Fig. 6 geschieht die
Einstellung der Federhärte in Abhängigkeit von der Flieh
kraft dergestalt, daß je starker die Querbeschleunigung in
der Kurve ist, desto stärker sich der Aufbau nach der Kurveninnenseite
neigt.
Claims (7)
1. Federsystem, welches aus zwei parallel- oder hintereinan
dergeschalteten Federn I und II besteht mit der Federhärte
C1 = F1/f1 und C2 = F2/f2 mit F1, 2 = Federkraft der Feder
I, II und f1, 2 = Federweg der Feder I, II
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schalt- oder Verstellsystem vorhanden ist, mit des
sen Hilfe die Federrate C1+2 des Federsystems verändert wer
den kann in der Weise,
daß
- a) in jeder Stellung des Federsystems eine der beiden Federn 30; 34; 37, 38; durch ein Sperrelement 33; 39, 40; so zu- oder ausgeschaltet werden kann, daß nur eine der beiden Federn oder beide Federn als Federelemente wir ken und so die Federrate C1+2 des Federsystems verän dert wird,
und/oder
- b)daß die beiden hintereinandergeschalteten Federn 1, 2; 10, 11; durch ein Getriebe 3, 4, 5, 6, 7, 8; 12, 13; ver bunden sind, welches zu- oder ausgeschaltet werden kann oder dessen Übersetzung verstellt werden kann, so daß entweder die beiden Federn 12, 13 verschieden stark be lastet sind und/oder die für einfach hintereinandergeschaltete Federn gültige Gleichung c₁*f₁=c₂*f₂ für die beiden. Federn 1, 2 nicht gilt.
2. Federsystem unter Patentanspruch 1, bei welchem ein
Sperrelement zur Sperrung einer Feder vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sperrelement der einen Feder 30; 34; 37, 38; ein Hy
draulikzylinder 33; 39, 40; ist, dessen Kolben mit der Feder
bewegung im Zylinder hin- und herbewegt wird und Öl von der
einen auf die andere Kolbenseite bewegt durch eine mit einem
Ventil versperrbare Leitung.
3. Federsystem unter Patentanspruch 1, 2, bei dem ein zu-
oder abschaltbares Getriebe vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebe aus zwei Hydraulikzylindern 12, 13 besteht,
von denen jeder mit einer Feder so zusammenarbeitet, daß
sein Kolben mit der jeweiligen Feder hin- und herbewegt wird
und ein Ventil 14 vorhanden ist, mit dessen Hilfe die Zylinderräume
der beiden Zylinder verbunden oder getrennt werden
können.
4. Federsystem unter Patentanspruch 1-3, bei dem ein ver
stellbares Getriebe vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß Getriebe ein mechanisches, dreiteiliges Getriebe
3; 5; 7; von denen zwei bewegliche Teile 3; 5; mit den Federschwankungen
bewegt werden und das dritte Teil 7 im Gehäuse
fixiert aber verstellbar ist, sodaß durch Verstellung des
dritten Teils die Relativbewegungen der beiden beweglichen
Teile 3, 5 zueinander verändert werden können.
5. Federsystem unter Patentanspruch 1-4, welches als Feder
ung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstellung durch die Verstellung des Lenkrades
und/oder durch andere Steuergrößen so geschieht, daß bei
Kurvenfahrten die kurveninneren und kurvenäußeren Räder un
terschiedlich hart gefedert sind.
6. Federsystem unter Patentanspruch 1-5, welches als Fede
rung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstellung des Federsystems in Abhängigkeit von der
Beladung, der Fahrzeugbeschleunigung, der Fahrzeugverzöge
rung oder der Fahrzeugneigung geschieht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914110651 DE4110651A1 (de) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | Regelbares federsystem aus mehreren federn und anwendungen solcher federsysteme speziell bei fahrzeugfederungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914110651 DE4110651A1 (de) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | Regelbares federsystem aus mehreren federn und anwendungen solcher federsysteme speziell bei fahrzeugfederungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4110651A1 true DE4110651A1 (de) | 1992-10-08 |
Family
ID=6428663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914110651 Withdrawn DE4110651A1 (de) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | Regelbares federsystem aus mehreren federn und anwendungen solcher federsysteme speziell bei fahrzeugfederungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4110651A1 (de) |
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- 1991-04-02 DE DE19914110651 patent/DE4110651A1/de not_active Withdrawn
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