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Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, daß eine Flachfeder gleichen oder annähernd
gleichen Querschnittes, die beispielsweise nach der elastischen Linie einer Feder
gleicher Festigkeit gebogen und dann auf einer geraden Abwälzstreckedurch Belastung
an ihren Enden beansprucht wird, in allen ihren Schichten dieselbe Spannungsbeanspruchung
erfährt wie diese, d. h. wenn die vorbestimmte elastische Linie beispielsweise für
eine bestimmte Blattstärke für eine Beanspruchung der äußersten Faser von 5o kg
berechnet ist, dann erfährt auch die äußerste Faser der beschriebenen Feder gleichen
Querschnittes, die vorher nach derselben elastischen Linie gebogen war, und die
auf einer Geraden ausgestreckt wird, im Maximum eine Spannung von 5o kg pro qmm.
Die Spannungskurve, d. h. die Kurve, die entsteht, wenn man auf der Ordinatenachse
die Durchbiegüngg und auf der Abszissenachse die belastenden Kräfte aufträgt, einer
solchen Feder gleichen Querschnittes unterscheidet sich jedoch ganz wesentlich von
derjenigen einer Feder gleicher Festigkeit. Letztere steigt nach beiden Seiten von
der Nullinie aus gerechnet linear an, wie in Abb. z dargestellt, erstere dagegen
etwa nach dem Verlaufe einer Wendepunktparabel, wie in Abb. 2 veranschaulicht. Durch
Versuche und Untersuchungen ist nun festgestellt worden, daß gerade eine Kurvenform,
die sich der Wendepunktparabel nähert, für abgefederte Systeme wesentlich vorteilhafter
ist als die linear verlaufende Spannungskurve der Feder gleicher Festigkeit. Eine
Feder, deren Spannungskurve nach Abb. 2 verläuft, erfährt von der Nullinie aus gerechnet
zunächst bei relativ geringer Belastung eine relativ große Biegung, während mit
zunehmender Belastung die Durchbiegung immer mehr und mehr abnimmt, so daß sich
schließlich die Spannungskurve asymptotisch einem Höchstwert nähert. Dasselbe tritt
natürlich ein, wenn man die bereits nach der erwähnten elastischen Linie gekrümmte
Feder gleichen Querschnittes (Abb. 2) nach der anderen Seite hin, im vorliegenden
Falle nach oben, um einen Kreisbogen biegt, der in allen mit der Geraden korrespondierenden
Punkten dieselbe Entfernung von der Flachfeder aufweist. Es ist somit grundsätzlich
gleichgültig, ob eine solche Feder gleichen Querschnittes aus der geraden Form nach
beiden Seiten hin entsprechend der elastischen Linie einer Feder gleicher Festigkeit
durchgebogen wird, oder ob sie nach einer vorherigen, der elastischen Linie entsprechenden
Formgebung nach beiden Seiten hin quantitativ dieselbe Durchbiegung erfährt. Von
besonderer Bedeutung ist noch, daß die beschriebene Feder (Abb.2) mit zunehmender
Durchbiegung eine gesetzmäßige Steigerung ihrer Eigenfrequenz im Gefolge hat. Da
nun bei einem Fahrzeug die beiden Massen (die Masse der Fahrachse und die Masse
des Fahrzeugkörpers) bei dem Bewegungsvorgange ihren Wert nicht ändern, die Feder
aber, wie dargetan, mit zunehmender Durchbiegung eine Änderung ihrer Eigenperiode
erfährt,
so entsteht ein unharmonischer Schwingungsvorgang, d. h. eine schwingende Bewegung,
bei der die Geschwindigkeits- und Spannungskurven in der Mittellage relativ flach
und in den Grenzlagen relativ steil verlaufen.
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Die Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, in der zwei oder mehrere
miteinander verbundene und aufeinander gleitende Federblätter gleichen oder annähernd
gleichen Federquerschnittes zwischen Abwälzbahnen angeordnet sind, deren Abstand
sich nach den freien Federenden zu erweitert, wobei die Abwälzbahnen Teile eines
trichterförmig sich erweiternden starren Gebildes, z. B. eines Kastens mit blech-
oder gitterartigen Wänden, bilden.
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In Abb. _ ist eine Viertel-Elliptik-Fahrzeugfeder, wie sie allein
oder zur Halb- bzw. Ganz-Elliptik-Feder ergänzt seit über ioo Jahren verwendet wird,
dargestellt. Das beistehende Diagramm zeigt, daß die Spanmmgskurve dieser Feder
bei Belastung in verschiedener Richtung von der Nullage aus linear und unsymmetrisch
verläuft. Dimensioniert man also eine solche Feder für bestimmte Endspannungen,
etwa Zoo kg nach unten und 40 kg nach oben, dann kommt sie natürlich, wenn ein heftiger
Stoß nach der einen oder anderen Richtung hin ein Überschreiten der Endbelastung
herbeiführt, in die Gefahr, zu brechen. Setzt man dagegen die Endbelastungen immer
weiter hinauf, dann steigt die lineare Kurve immer steiler an, d. h. die Feder wird
izn ganzen härter und unelastischer, was besonders unangenehm für die Anangsbelastung
empfunden wird.
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Abb.2 ist eine beispielsweise Ausführungsform der neuen Feder. Die
Federblätter d, d,
die zu Dämpfungszwecken mit einer gewissen Vorspannung
aneinandergepreßt und an ihren Enden durch ein nicht eingezeichnetes Gelenkstück
oder auf andere Weise aneinandergehalten werden können, werden durch ein starres,
gitter-oder kastenförmiges Gebilde e umhüllt. Das Querprofil des sich nach einer
Seite trichterförmig erweiternden Kastens im Schnitt A -A
ist in Abb. g dargestellt.
Ein solches kastenförmiges Gebilde bietet bei geringem Gewicht große Stabilität,
beansprucht geringen Raum, ist leicht zu montieren und bietet den Federn Schutz
gegen mechanische Beschädigung und gegen Witterungseinflüsse. Aus Raumgründen kann
die Feder d, d etwa in Kreisbogenform nach obern oder sonstwie durchgebogen
sein. Die Feder wird sich beize Belasten nach der einen oder anderen Richtung hin,
angefangen von ihrem gefährlichen Querschnitt auf der Innenwand des kästenförmigen
Gebildes, immer weiter aufsetzen bzw. anlegen und sich damit verkürzen. Denn durch
diesen Vorgang wird eine Beanspruchung der äußeren Faser über die vorbestimmte Kurve
hinaus verhindert, und die Eigenperiode der Feder kontinuierlich geändert. Setzt
man eine solche Feder mit einer konstanten Masse zusammen in schwingende Bewegung,
so verläuft der Schwingungsvorgang nicht harmonisch, sondern pseudoharmonisch.
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Die Spannungskurve, die auf diese Weise entsteht und rechnerisch ermittelt
werden kann, ist für die einzelnen Durchbiegungen nach beiden Seiten hin im Diagramm
zu Abb. 2 eingetragen. Sie verläuft symmetrisch und zeigt, daß die Feder in ihrer
Mittellage sehr weich und in ihren Endlagen bei genügender Länge des starren Gebildes
e extrem hart ist. Durch Wahl der Trichterform und -länge bzw. der Blätterstärke
kann man nach Wunsch flachere oder steilere Kurven erzielen und auf diese Weise
die Feder den jeweiligen Bedürfnissen anpassen. Die offene Seite des starren Trichters
kann durch eine Manschette f aus Leder oder einem anderen nachgiebigen Stoff abgeschlossen
werden. Natürlich kann die Feder (Abb. 2) zur Halb- oder Ganz-Elliptik-Feder ergänzt
werden.
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Eine weitere beispielsweise Ausführungsform ist in Abb. 3 dargestellt.
Unmittelbar am Rahmen k eines Fahrzeuges sind durch die Befestigungsbügel
1, l die Federn a, a samt den Hohlkörpern e, e angebracht. Das vordere
Ende der Federn ist an die Fahrzeugachse x unter Verwendung der Verbindung g angelenkt.
Der offene Teil ist durch eine nachgiebige Leder-, Gummi- oder Stoffhülle f abgeschlossen.
Das Querprofil des Kastenträgers im Schnitt B -B ist in Abb. 6 dargestellt. Bezüglich
ihrer Wirkung gleicht diese Feder derjenigen nach Abb. 2.
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In Abb. q. ist die Feder a einseitig in 1 angespannt
und an der anderen Seite starr an der Achse x befestigt. Der Querschnitt des starren
Hohlkörpers dieser Anordnung an der Stelle C-C ist in Abb. 7 dargestellt. Alle Einzelteile
sind mit den in Abb. 2 und 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet.
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In Abb. 8 ist eine Feder angegeben, bei der die Dämpfung durch Anwendung
dreieckiger Profile d, die beim Auflegen erhebliche Dämpfungsarbeit leisten, erhöht
wird.
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Man kann Federn der beschriebenen Art je nach der gewünschten Dämpfung
aus mehreren geschichteten Blättern oder auch aus einem einzigen Blatt zusammensetzen.
Die Hohlräume, in denen sich die Federn bewegen, werden vorteilhaft nach außen hin
abgeschlossen. Es ändert jedoch an der Erfindung nichts, wenn sie teilweise oder
ganz geöffnet sind. Ebensö ändert es an der Erfindung nichts, wenn an Stelle des
eingezeichneten rechteckigen Querschnittes der Federn runde, quadratische oder aus
Dämpfungsgründen dreieckige oder beliebig andere Profile, z. B. wie d in Abb. 8;
verwendet werden. Es ist weiter ohne Belang,. ob eine Feder auf Biegung, Zug, Druck
oder Torsion beansprucht wird, wenn sie nur sinngemäß nach der vorliegenden Erfindung
in ihrer Durchfederung durch
einen entsprechend ausgebildeten starren
Träger verhindert wird, über eine vorbestimmte beliebig gewählte Größe hinaus durchzufedern.
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In Abb. 9 ist eine Feder in teilweiser Seiten-und in Stirnansicht
dargestellt, bei welcher trapezförmige Querschnitte d zwischen zwei Deckblättern
d2, d3 angeordnet sind. Die beiden Deckblätter werden durch Gelenkstücke g, g zusammengehalten
und mittels der Zapfen z, z
gemeinsam befestigt. Die gesamte Anordnung der
Federteile befindet sich in einem nicht dargestellten trichterförmigen Kastenträger
und ist besonders stark dämpfend.
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Werden nicht die Deckblätter zum Anlenken verwendet, so ist es vorteilhaft,
sie am Gelenkpunkt oder in dessen Höhe fest oder mit gleitender Reibung zusammenzuschließen.
Eine besonders vorteilhafte Gesamtanordnung ergibt sich, wenn zwei Viertel-Elliptik-Federn,
wie in Abb.3 dargestellt, am Fahrzeugrahmen befestigt und an der Achse angelenkt
sind.
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In Abb. =o ist eine beispielsweise Anordnung dargestellt, bei welcher
als eine Anlagefläche der bei L am Fahrzeugrahmen k befestigten Feder
a die Unterseite des Fahrzeugrahmens selbst benutzt wird. Als zweite Anlagefläche
ist ein entsprechend gebogenes Flacheisen e verwendet, welches gemeinsam mit der
Feder im Punkte t befestigt und am freien Ende bei i
gegen den Fahrzeugrahmen
abgestützt ist. An der Erfindung wird nichts geändert, wenn die Anlagefläche für
die Feder nur auf einer Seite vorgesehen wird.