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Die vorliegende Erfindung hat eine federnde und dämpfende
Lastaufhängungsvorrichtung zum Gegenstand. Die Vorrichtung
ist auf allgemeine Weise für all die Fälle interessant, wo
in der mechanischen Industrie eine federnde und dämpfende
Verbindung zwischen zwei Elementen notwendig ist.
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Hauptsächlich betrifft die Vorrichtung die Aufhängung von
allen Fahrzeugen mit Rädern oder Ketten. Sie kann
jedoch ebenfalls Anwendung finden bei der federnden Trennung
zwischen einem Element und einem Träger, bezogen auf
Schütteln oder Vibrationen, beispielsweise zum Halten von
empfindlichen Meßinstrumenten.
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Es ist in verschiedenen Bereichen bekannt, gleichzeitig die
Elastizität der Metalle oder anderer Körper mit hohem
Elastizitätsmodul und die innere Dämpfung von formbaren
Elastomeren mit geringem Elastizitätsmodul zu verwenden
(unter einem hohen Modul vesteht man bis zu ca. 200 000
Megapascal, und unter einem niederen Modul ca. 30 bis
100 Megapascal). Beispielsweise werden somit Federn
mit geformter Schraube in Gummirohren verwendet für
Federungen mit linearen Bewegungen (FR-A-835 925 und 858
815)
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Diese bekannten Auführungen weisen die folgenden Nachteile
auf: einerseits benötigen sie zusätzlich mechanische Systeme
(Gestänge), um die Kinematik der Aufhängung sicherzustellen.
Andererseits haben sie keine Einrichtungen zum Verteilen der
Wärmeenergie, was ihre Verwendungsmöglichkeiten in jedem
Gelände einschrähkt.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine
Aufhängungsvorrichtung zu schaffen, in der diese Nachteile
eliminiert sind.
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Die federnde und dämpfende Lastaufhängungsvorrichtung, auf
die die Erfindung abzielt, ist insbesondere in einem
Fahrzeug verwendbar und von der Art mit einem Tragarm einer
Last, der tun eine Trägerachse gelenkig ausgebildet ist sowie
mit Federeinrichtungen, die mit diesem Arm zusammenwirken,
die ein Federblatt mit hohem Elastizitätsmodul aufweisen,
das eine Spirale um eine Achse parallel zur Schwenkachse
bildet, sowie einem Dämpfungsband aus verformbarem Material
von geringerem elastischem Modul und gegebenenfalls
kompressibel, das zwischen zwei aufeinanderfolgende
Wicklungen des Blattes angeordnet ist, wobei letzteres und
das Dämpfungsband in einem dichten Gehäuse des schwenkbaren
Arms angeordnet sind.
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Gemäß der Erfindung entspricht die Vorrichtung dem
kennzeichnenden Teil des Anspuchs 1.
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Die Wärmeenergie kann so schnell verteilt werden, was die
Verwendung eines mit dieser Aufhängung versehenen Fahrzeugs
in jedem Gelände ermöglicht.
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Das Federblatt arbeitet mit Durchfederung, während das
Dämpfungsband, vorzugsweise aus Elastomer, das diesem Blatt
zugeordnet ist, eine große innere Dämpfung aufweist und
sowohl unter Kompression als auch unter Scherbeanspruchung
arbeitet.
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Ein derartiges Aufhängungselement ist vollständig autonom
und braucht folglich kein zusätzliches mechanisches System.
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Gemäß weiterer Eigenschaften der vorliegenden Erfindung:
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- sind freie ringförmige Kanäle in dem Dämpfungsband
ausgebildet;
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- das Dämpfungsband weist Wärmeleiteinrichtungen auf, die
beispielsweise eine Spiralfeder aufweisen, die in das
deformierbare Material eingetaucht ist, wobei es gegen
eine konkave Seite der Blattfeder drückt, und vorzugsweise
gegenüber den freien ringförmigen Kanälen angeordnet ist
und mit dem Blatt zum Aufnehmen der Last zusammenwirkt;
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- die Wärmeleiteinrichtungen weisen ebenfalls eine
metallische Platte in Kontakt mit dem Blatt und/oder mit
dem Dämpfungsband auf;
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- das federnde Blatt ist in einem Ringmantel aufgenommen, in
dem eine Ausführungsöffnung des äußeren Endes des Blattes
ausgebildet ist, und der im Inneren mit einer Matte aus
Elastomer besetzt ist;
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Das innere Ende des Blattes ist in einer Schleife
umgefaltet, die sich um einen Zapfen erstreckt, der den Arm
durchsetzt und der an letzterem befestigt ist, und wobei
sein inneres Ende an einem Lagerzapfen befestigt ist, der
durch den Arm hindurchgeht und die Trägerachse bildet.
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Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine
Ausführungsform darstellen, die jedoch beispielhaft und
nicht begrenzend zu verstehen ist.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht gemäß 1/1 von Fig. 2 einer
Ausführungsform der Lastaufhängungsvorrichtung gemäß der
Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Scbnittansicht und teilweise Draufsicht
gemäß 2/2 von Fig. 1.
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Die federnde und dämpfende Lastaufhängungsvorrichtung,
dargestellt in Fig. 1 und 2, die insbesondere für Rad- oder
Kettenfahrzeuge besimmt ist, weist einen Trägerarm 15 einer
nicht dargestellten Last auf, die durch Federung getragen
wird, beispielsweise einem Rad- oder einem Kettenlager, das
auf einer Entnahme 37 angebracht ist. Der Arm 15 ist
gelenkig um einen Lagerzapfen 2 angeordnet, der an einem
nicht dargestellten Chassis befestigt ist und die
Trägerachse der Aufhängung bildet.
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Die Vorrichtung weist ebenfalls Federeinrichtungen auf, die
dem Arm 15 zugeordnet sind und die einerseits ein
Federblatt 1 aufweisen, die eine Spirale um die Trägerachse
bildet und andererseits ein Dämpfungsband 12 aus
elastomerem Material aufweist, vorzugsweise jedoch nicht
notwendigerweise kompressibel, das zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Wicklungen (1c-1d, 1d-1e) der Feder 1
eingesetzt ist, wobei die Anzahl der Wicklungen von dieser
sich ändern kann.
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Das innere Ende 1a der Spiralfeder 1 ist starr mit der
Trägerachse 2 verbunden, während sein äußeres Ende 1b
mechanisch verbunden ist mit dem Arm 15. So weist im
beschriebenen Beispiel die Befestigung des Endes 1a am
Lagerzapfen 2 einen Absatz 3 auf, der durch eine Querbrosche
4 zurückgehalten wird, die eine Schulter 5 des Lagerzapfens
2 durchsetzt, und weist eine Platte 7 auf, die an letzterem
durch Schrauben 8 zwischen dem Absatz 3 und einer Abflachung
2a des Lagerzapfens 2 befestigt ist.
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Ihr äußeres Ende 1b kann beispielsweise in einer Schleife
umgeschlagen sein, die einen Zapfen 10 umgibt, der den Arm
15 durchsetzt und an letzterem befestigt ist. Dieser Zapfen
10 kann gegebenenfalls durch eine Antireibungshülse 11
vervollständigt werden und nimmt die Kraft der
Fahrzeugaufhängung auf, wenn die Vorrichtung an dem Fahrzeug
montiert ist.
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Das elastische Band 12 ist zwischen den im wesentlichen
gleich beabstandeten Bereichen der Wicklungen 1c, 1d, 1e der
Feder 1 angeordnet und füllt im wesentlichen den Raum
zwischen den Wicklungen. Das Band 12 kann auf die konvexe
und/oder die konkave Seite einer jeden Wicklung geklebt
sein.
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Die Blattfeder 1 ist in einem Ringmantel 27, 28 aufgenommen,
in dem eine Austrittsöffnung 50 des äußeren Endes 1b der
Feder 1 ausgebildet ist, und die innen mit einer
Elastomermatte 30 versehen ist. Der Ringmantel wird hier
gebildet zur Hälfte durch eine Verlängerung 27 des
Lagerzapfens 2 und für zur anderen Hälfte durch eine
Verlängerung 28 der Platte 7, wobei diese Verlängerung einen
verengten konischen Bereich 28a aufweist, tun das Einführen
der elastischen Anordnung und des Lagerzapfens 2 in das
Innere des Armes 15 zu erleichtern. Dieses Einführen wird
ebenfalls erleichtert durch einen Querversatz (siehe Fig. 1)
des äußeren Endes 1a der Feder 1. Diese verlängert sich
ausgehend von der Spirale 1c außerhalb des Ringmantels 27,
28 durch die Öffnung 50 hindurch, was dem Arm 15 erlaubt,
eine Schwingungsbewegung mit maximaler Amplitude
auszuführen, deren Grenzen dargestellt sind durch die
Endstellungen in strichpunktierten Linien der Schleife 1b.
Eine starre Feder 29, die innen im Ringmantel 27 angeordnet
ist, dient als Anschlag am Ende der Entspannung der
Aufhängung.
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Die Anordnung der oben beschriebenen Elemente ist vorgesehen
in einer Aufnahme, die begrenzt ist durch ein dichtes
Gehäuse 50a des Armes 15, begrenzt durch eine Querwand 38,
die zwischen dem Zapfen 10 und der Nabe 37 angeordnet ist.
Dieses Gehäuse wird mit einem geeigneten Kühlfluid gefüllt,
in das somit die elastische Feder 1, der Elastomer 12 und
der Zapfen 10 insbesondere eingetaucht sind und das durch
eine Leitung 40 (Fig. 1), die in einer Seitenwand des
Gehäuses 15a ausgebildet ist, eingeführt werden kann. Ein
Auge oder eine Okularblende 29, die an dem Gehäuse 15a
angebracht ist, erlaubt das Niveau der Kühlflüssigkeit zu
überprüfen.
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Freie ringörmige Kanäle 13 sind in dem Dämpfungsband 12
ausgebildet und können beispielsweise einen
kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweisen, wie dargestellt.
Darüber hinaus enthält das Band 12 Wärmeleiteinrichtungen,
nämlich im beschriebenen Ausführungsbeispiel eine
Spiralfeder 14 von geringer Querdicke, die zwischen den
Wicklungen 1c, 1d, 1e plaziert ist, eingetaucht in das
Elastomermaterial des Bandes 12 und vorzugsweise in Andruck
gegen eine konkave Seite der Feder 1. Die Spiralfeder 14 ist
vorzugsweise gegenüber den ringförmigen Kanälen 13
positioniert, um einen technischen Effekt zu erreichen, der
nachfolgend dargelegt wird.
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Die Einrichtungen zum Leiten der Wärme können ebenfalls
vorteilhafterweise eine Metallplatte 26 aufweisen,
beispielsweise aus Kupfer, die in Kontakt mit der Feder 1
und/oder dem Band 12 gesetzt ist, um die Wärme zu dem
Lagerzapfen 2 zu verteilen. Letzterer kann selbst
Zirkulationskanäle von Kühlflüssigkeit aufweisen (nicht
dargestellt).
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Die Vorrichtung kann mit äußeren Dämpfungsanschlägen oder
-scheiben versehen sein, wie beispielsweise der Anschlag 31,
der am freien Ende des Armes 15 angebracht ist. Diese
Anschläge begrenzen die Schwingung des letzteren unter
Berührung mit dem Chassis des Fahrzeugs.
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Der Lagerzapfen 2 ist mit dem Fahrzeug (nicht dargestellt)
mittels einer Sohle 16 verbunden, die selbst durch Löcher 17
mit Bolzen (nicht dargestellt) befestigt ist, die durch
einen Flansch des Fahrzeugs getragen werden. Schrauben 18,
die in Gewindelöcher in dem Lagerzapfen 2 eingeschraubt
sind, stellen den Andruck der Sohle 16 auf den letzteren
sicher. Metallstücke oder Zapfen 18', die in diese Sohle 16
eingeschraubt sind und mit den in dem Lagerzapfen 2
ausgenommen Löchern zusammenwirken, blocken diesen bei einem
für das Funktionieren der Aufhängung vorgewählten Winkel.
Die Einstellung wird durch eine Nuß 19 erleichtert, die in
den Lagerzapfen 2 eingeschraubt und eingrundiert ist, und
die eine Spannfläche 20 aufweist. Letztere kann
beispielsweise ein hohler Sechskant sein, um ein Werkzeug
ztun Messen des Drehmoments und des Winkels des Armes 15 nach
der Montage der Feder aufzunehmen, gebildet durch die Teile
1, 12 und 14. Der Lagerzapfen 2 weist zwei Schultern 5 und
21 auf, die Ausnehmungen 2 und 23 des Armes 15 aufnehmen
mittels Reibringen 24 und 25, tun zwei Schwingungslager des
Armes 15 zu bilden. Das Gehäuse 15a kann gebildet werden aus
jeglichem geschweißten oder geformten Material. Vorzugsweise
ist es aus Verbundmaterial auf der Basis von Carbonfasern
und Harz, derart, daß es eine minimale Masse aufweist, was
die Wirksamkeit der Fahrzeugaufhängung verbessert. Das
Federblatt 1 kann gebildet sein aus einem Verbundmaterial
von derselben Art, un hier angepaßt, um gegen
Traktionskräfte durch den Zapfen 10 zu widerstehen.
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Weiterhin sind in Fig. 1 Drehringdichtungen 32 und 33
zwischen dem Arm 15 und dem Lagerzapfen 2 ersichtlich, wobei
die zweite Dichtung 33 durch eine Mutter 34 angebracht ist,
die weiterhin den Arm 15 an dem Lagerzapfen 2 mit Hilfe
einer Zwischenschraube 35 gut befestigt. Andererseits ist
eine Abschirmung 36 auf das Ende des Armes 15 gegenüber der
Nabe 37 aufgebracht, um den Arm gegen evtl. Stöße zu
schützen, die während der Verwendung des Fahrzeugs im
Gelände auftreten.
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Die Betriebsweise und die technischen Vorteile der
Aufhänungsvorrichtung, die beschrieben wurde, sind folgende.
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Während der Schwingungen des Armes 15 und des
Rollenelements, das auf seiner Nabe 37 tun die feste Achse
angebracht ist, gebildet durch den Lagerzapfen, und von dem
die Grenzen bestimmt sind durch die Breite der Öffnung 50 in
dem Ringmantel 37, 38, absorbiert die Elastizität des
Blattes 1 diese Schwinungen, die darüber hinaus gedämpft
werden können durch das Band 12. Das dieses Band bildende
Material kann darüber hinaus nicht kompressibel sein, und in
diesem Fall wirkt das Band 12 somit ausschließlich als
Anschlag gegenüber dem Blatte 1. In dem Fall, wo das für das
Band 12 augewählte Material kompressibel ist, dämpft das
Band weiterhin die Schwingungen des Arms 15. Die Matte 30
aus Elastomer wirkt bei der Entspannung der Aufhängung, da
diese Matte 30 mit der Außenwicklung 1c in Kontakt steht.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel stimmt die
Schwingungsachse des Arms 15 mit dem festen Lagerzapfen 2
überein, da tatsächlich in einer Variante vorgesehen werden
könnte, daß beide Elemente getrennt sind. Im beschriebenen
Ausführungsbeispiel kann das äußere Ende 1b der Spiralfeder
1 also eine Schleife bilden unter Einklemmen des Zapfens
10, derart, daß die Drehung des Armes 15 in die Richtung,
die das Blatt 1 aufrollt (entgegen Uhrzeigersinn in Fig. 2),
auf letztere eine Traktionskraft bzw. Zugkraft ausübt. Dies
hat den Effekt, daß die Spirale sich selbst zusammenzieht
und somit die Kompression des Elestormerbandes 12 zwischen
den Wicklungen erhöht.
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Die spiralförmige Anbringung des Federblattes 1, das
thermisch leitender ist als das Dämpfungsband 12, schafft
eine große relative Tauscheroberfläche zwischen den beiden
Elementen und unterstützt demzufolge die Wärmeübertragung.
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Die Kanäle 13, die innerhalb des Elastomers oder noch
seitlich ausgebildet sind, erlauben ihre Verformung unter
Last und erhöhen somit ihre Flexibilität unter Verringerung
der Spannungen. In dem Fall der Verwendung einer Flüssigkeit
für den Wärmetausch verbessern diese Kanäle den Kontakt mit
der Flüssigkeit, und durch ihre Veränderungen des Volumens
erzeugen sie eine Fluidzirkulation, was den
Konvektionseffekt erhöht.
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Die Spiralfeder 14, die vorzugsweise in der Nähe der Quelle
13 angeordnet ist, wirkt einerseits unter der Federbelastung
der Aufhängung des Fahrzeugs in die Richtung, die die
Spirale entrollt und bildet andererseits einen Anschlag
zwischen den Seiten gegenüber den Wicklungen 1c, 1d, 1e,
wenn das Blatt 1 unter der Kraft der Aufhängung auf ein
Maximum zusammengerollt ist. Während dieser Aufwickelkraft
aufgrund des Einrückens des Zapfens 10 wird der das Band 12
bildende Elastomer komprimiert und kann darüber hinaus sich
unter dem resultierenden Druck verformen unter Besetzen der
freien Rätune, die von den Kanälen 13 gebildet werden. In der
Situation der maximalen Komprimierung des Bandes 12 sind die
Kanäle 13 verschwunden und die Feder 14 kommt in Anschlag
gegen die konvexe Oberfläche der Gänge, die die Kanäle 13
begrenzen.
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Die Dämfungsmatte 12, 30 wird einem inneren Aufheizen
aufgrund ihrer aufeinanderfolgenden Verformungen im Betrieb
unterworfen. Die Tatsache, daß sie gemäß einer Besonderheit
der vorliegenden Erfindung im Inneren eines dichten Gehäuses
15a eingesperrt ist, das mit einer Geeigneten Flüssigkeit
gefüllt ist, die ihre Kühlung durch Konvektion der
freigestellten Wärme sicherstellt bis zu den äußeren
Seitenwänden des Gehäuses 15a. Letzteres ist
vorteilhafterweise Teil eines Schwingungsarms 15 der
Aufhängung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Feder 14 über die
Anschlagfunktion, die bereits genannt wurde, hinaus eine
Wärmeleitfunktion sicherstellt, die den Wärmeaustausch
erlaubt anzuheben zwischen dem Dämpfungsband 12 und der
Umgebung. Schließlich unterbindet das dichte Gehäuse, das im
Inneren des Schwingungsarms aufgenommen ist, jeglichen
zusätzlichen äußeren Platzbedarf der Aufhängung am
Schwingungsarm.