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Die Erfindung betrifft eine Blattfeder für die Aufhängung
einer Fahrzeugstarrachse, wobei die Feder an einem ersten
Endstück an dem Fahrzeugrahmen oder dergleichen durch
Verbindungsmittel verbunden ist, die eine Verdrehbewegung um
eine zur Fahrzeugstarrachse im wesentlichen parallelen
Drehachse zulassen, und die am anderen zweiten Endstück mit
dem Rahmen durch Verbindungsmittel verbunden ist, die eine
Verdrehbewegung um eine zur Fahrzeugstarrachse im
wesentlichen parallelen Drehachse und eine Verschiebung in
Langsrichtung der Feder zulassen, wobei die Feder zwischen
ihren Endstücken mit der Fahrzeugstarrachse starr verbunden
ist.
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Blattfedern der oben beschriebenen Art werden weithin zur
Aufhängung von Fahrzeugstarrachsen verschiedener Bauarten
verwendet, vor allem bei schweren Fahrzeugen, beispielsweise
Lastkraftwagen und dergleichen. Die Federn werden paarweise
eingesetzt, wobei jeweils eine Feder auf jeder Seite des
Fahrzeuges nahe den Endstücken der Achse liegt.
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Eine allgemein bekannte Federart für den oben beschriebenen
Anwendungsbereich ist die sogenannte Trapez-Blattfeder. Diese
Feder besteht aus einem Blatt oder mehreren Blättern, wovon
zumindest das Hauptblatt in solch einer Weise ausgestaltet
ist, daß das Querschnittsträgheitsinoment des Blatts in
Längsrichtung der Feder variiert, so daß die Biegespannung im
Blatt über den Hauptabschnitt der Blattlänge im wesentlichen
gleich sein wird. Eine solche Biegespannungverteilung wird
erzielt, wenn der Biegewiderstand des Blattes von den
Endstücken des Blattes zur Verbindungsstelle der Feder mit
der Achse hin linear anwächst.
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Die US-A-3 079 139 offenbart eine Trapez-Blattfeder, die die
im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Merkmale umfaßt.
Ein Nachteil all dieser Blattfedern der oben beschriebenen
Bauart besteht jedoch darin, daß die Achse beim Absorbieren
von Lasten nicht entlang einer geraden Linie auf- und abwärts
verschoben wird, sondern eher entlang eines gekrümmten
Pfades. Dies bedeutet, daß die Achse sich zusätzlich zur
vertikalen Bewegung auch in Längsrichtung des Fahrzeugs
bewegen wird, sowie sich die Last ändert. Wenn die Bewegung
der Federn auf einer Seite des Fahrzeuges von der anderen
verschieden ist, wird die Verschiebung der Achse in
Längsrichtung des Fahrzeuges zwischen den zwei Seiten
unterschiedlich sein. Dies bedeutet, daß die Achse schief
festgelegt wird und eine Steuerungswirkung auf das Fahrzeug
haben wird. Diese sogenannte Rollsteuerung beeinflußt die
Fahreigenschaften des Fahrzeuges und es ist wünschenswert,
diesen Effekt soweit wie möglich zu reduzieren.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine Blattfeder der
eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, die eine sehr
geringe Rollsteuerung und andere Effekte auf die
Fahreigenschaften des Fahrzeuges erzeugt und mit der man
gleichzeitig relativ große Auslenkungen und somit einen guten
Komfort beibehalten kann.
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Das oben beschriebene wird mittels einer Blattfeder erzielt,
die durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
offenbarten Merkmale gekennzeichnet ist.
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Die Erfindung wird nun in mehr Einzelheiten nachfolgend unter
Bezugnahme zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden,
wobei
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Starrachse und
seiner Aufhängungskomponenten in einem Fahrzeug
ist,
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Feder und
deren Bewegungsmuster ist,
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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Feder gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung ist,
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Fig. 4 ein Schaubild ist, das die Spannungsverteilung in
der Feder gemäß der Fig. 3 zeigt,
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Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer Feder gemäß
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
und
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Fig. 6 ein Schaubild ist, das die Spannungsverteilung der
Feder gemäß der Fig. 5 zeigt.
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Fig. 1 zeigt eine allgemeine Art einer Frontendkonstruktion
für schwere Fahrzeuge, wie beispielweise ein Lastkraftwagen.
Sie beinhaltet Federn 1, die zur Aufhängung einer Starrachse
2 ausgebildet sind, welche zwei Räder 3 trägt. Die zwei
Federn 1 sind im wesentlichen identisch und jede der Federn 1
ist an ihrem ersten Endstück 4 am Fahrzeugrahmen oder
dergleichen durch Verbindungsmittel (nicht gezeigt)
verbunden, die ein Verdrehen der Feder um eine Drehachse, die
im wesentlichen parallel zur Achse 2 liegt, erlaubt und die
in Fig. 1 durch ein Querloch 5 im ersten Endstück 4 der Feder
dargestellt ist. Das Verbindungsmittel kann aus einem
Schraubenbolzen bestehen, der in das Loch 5 eingesetzt ist
und durch den Fahrzeugrahmen getragen wird. In Fig. 1 ist
hiervon nur ein kleiner Abschnitt an der Stelle 6 gezeigt,
während die restlichen Teile weggelassen wurden, um die
relevanten Teile klarer sichtbar zu machen.
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Das andere Endstück 7 einer jeden Feder ist mit dem Rahmen 6
durch Verbindungsmittel (nicht gezeigt) verbunden, die es
erlauben, daß die Feder 1 um eine Drehachse, die im
wesentlichen parallel zur Achse 2 liegt, verdrehbar ist und
die es erlaubt, daß das Endstück 7 in Längsrichtung der Feder
1 verschiebbar ist. Das Verbindungsmittel kann aus einem
Federschäkel herkömmlicher Art bestehen, umfassend einen
durch ein Loch 8 im Endstück 7 der Feder sich
hindurchstreckenden Schraubenbolzen, der mit dem Rahmen 6
verdrehbar verbunden ist.
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Die Fig. 1 zeigt auch eine Lenkeinrichtung mit einem Lenkrad
9, das ein Lenkgetriebe 10 betätigt, das am Rahmen 6
angebracht ist. Das Lenkgetriebe 10 ist mit einer
Abtriebswelle versehen, die einen Lenkstockhebel 11 trägt,
der mittels einer Lenkstange 12 mit einem Lenkhebel 13
verbunden ist, der an dem Rad 3 zur Lenkung desselben
angebracht ist. Es ist auch eine Spurstange 14 vorhanden, um
die Lenkbewegungen zum Rad 3 auf die andere Seite des
Fahrzeuges zu übertragen.
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Fig. 1 zeigt auch andere im Frontende des Fahrzeuges
beinhaltete Teile, diese Teile sind jedoch für die Erfindung
von geringerer Bedeutung und werden aufgrund dessen hier
nicht näher beschrieben.
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Die in der Fig. 1 gezeigten Federn bestehen jeweils aus zwei
Federblättern. Das Prinzip der Erfindung kann jedoch auch auf
Federn angewandt werden, die ein Federblatt oder mehr als
zwei Federblätter haben.
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Die Fig. 2 zeigt schematisch die Bewegungsmuster einer Feder
1 beim Aufnehmen von Lasten. Die Linie 1a zeigt die Feder 1
in einer Zwischenposition, während die Linie 1b die Feder 1
unter Vollast zeigt und die Linie 1c zeigt die Feder
unbelastet. Wie zuvor erwähnt, ist das erste Endstück 4 der
Feder 1 am Rahmen 6 nicht verschiebbar angebracht, während
das andere Ende 7 der Feder 1 mit dem Rahmen 6 in solch einer
Weise verbunden ist, daß eine Längsverschiebung der Feder
erlaubt ist. Dies bedeutet, daß die Achse 2, die am
Zwischenabschnitt der Feder 1 angebracht ist, einem
gekrümmten Pfad 15 folgen wird, wenn sich die Feder bewegt.
Der Mittelpunkt der Kurve 16 des gekrümmten Pfades befindet
sich in einem relativ großen Abstand vom ersten Endstück 4
der Feder. Je stärker die Krümmung des Pfades 15 ist, um so
größer wird die sogenannte Rollsteuerung als Folge der
Längsverschiebung der Achse 2 sein.
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Eine Verminderung in der Krümmung des Pfades 15, d.h.
Verschiebung des Mittelpunktes der Kurve 16 zum ersten
Endstück 4 der feder 1 hin, schafft eine Verminderung in der
Fahrzeugrollsteuerung. Dies wird gemäß der Erfindung durch
eine Blattfeder erzielt, bei der die Steifigkeit in
verschiedenen Abschnitten der Feder variiert.
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Eine erste Ausführungsform einer Blattfeder 1 gemäß der
Erfindung ist in der Fig. 3 in sehr schematischer Form
gezeigt. Zur Vereinfachung ist nur ein Federblatt 17 gezeigt,
dessen Dicke in Fig. 3 sehr stark übertrieben ist und dessen
Unterseite eben dargestellt ist. Der mittlere Abschnitt des
Federblattes 17, an dem die Achse 2 zu befestigen ist,
besitzt einen dickeren Abschnitt 18, der der Feder 17 in
diesem Abschnitt eine konstante Dicke verleiht. Der dickere
Abschnitt 18 ist aus rein praktischen Gründen vorgesehen und
stellt keinen Teil der Erfindung dar.
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Das Federblatt 17 weist einen ersten Abschnitt 19 auf, der
sich zwischen dem ersten Endstück 4 und der Verbindung mit
der Achse 2 erstreckt und umfaßt einen Abschnitt 20, der sich
zwischen der Verbindung mit der Achse 2 und dem zweiten
Endstück 7 erstreckt. Die Dicke des Federblattes 17 im ersten
Abschnitt 19 nimmt vom ersten Endstück 4 zur Verbindung mit
der Achse 2 hin deutlich schneller zu als die Dicke des
zweiten Abschnitts 20 vom zweiten Endstück 7 zur Verbindung
mit der Achse 2 zunimmt. Die gewünschte Ausbildung der
Abschnitte 19 und 20 am Mittelteil des Federblattes 17 ist
mit gestrichelten Linien 19a bzw. 20a gezeigt, während die
tatsächliche Ausgestaltung in durchgezogener Linie gezeigt
ist. Ebenso ist die gewünschte Ausbildung an den Endstücken 4
und 7 in gestrichelten Linien 19b und 20b gezeigt. Aus
praktischen Gründen ist die Dicke der Endstücke 4 und 7
gleich ausgebildet und ist ein Startwert, von dem die Dicke
des Federblattes 17 aus zunimmt. Auf diese Weise nimmt das
Trägheitsmoment des Federblattes 17 von den Endstücken 4 und
7 zur Verbindung mit der Achse 2 hin zu.
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Wenn das in der Fig. 3 gezeigte Federblatt 17 belastet wird,
wird eine Spannungsverteilung im Federblatt 17 erzielt, die
durch die Spannungskurve 21 in Fig. 4 dargestellt ist.
Hieraus ist offensichtlich, daß es durch eine geeignete
Dimensionierung der Dicke in den zwei Abschnitten 19 und 20
des Federblattes 17 möglich ist, in diesen Abschnitten
Trägheitsmomente zu erzielen, die eine im wesentlichen
konstante Spannung schaffen. Zu diesem Zweck muß die Dicke
des ersten Abschnitts 19 und die des zweiten Abschnitts 20
entsprechend einer Parabelkurve zunehmen. Wie aus der Fig. 4
offensichtlich ist, wird mit der Ausgestaltung des
Federblattes 17 gemäß der Fig. 3 eine niedrigere Spannung im
ersten Abschnitt 19 erreicht als im zweiten Abschnitt 20.
Dies bedeutet, daß das Federblatt 17 im ersten Abschnitt 19
steifer ist als im zweiten Abschnitt 20. Dies bedeutet auch,
daß der erste Abschnitt 19 seine Form nicht ändern wird, wenn
die Feder sich soviel bewegt wie der zweite Abschnitt 20, was
wiederum bedeutet, daß der Mittelpunkt der Kurve 16 (Fig. 2)
näher am ersten Endstück 4 liegen wird als es der Fall sein
wird bei der parabolischen Trapezblattfeder mit der gleichen
Steifigkeit in beiden Abschnitten.
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Durch eine Erhöhung des Kurvenradiuses des Pfades 15, d.h.
der Abstand zwischen dem Pfad 15 und dem Kurvenmittelpunkt
16, um 15 - 20% erzielt man eine ziemlich greifbare
Verminderung der Fahrzeugrollsteuerung, aber auch eine
Erhöhung um lediglich 5 - 7% erbringt bereits einen
positiven Effekt.
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Die Fig. 5 zeigt ein Federblatt 22 gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung. Das Federblatt 22 besitzt in
seinem Mittelteil an der Verbindung mit der Achse 2 einen
dickeren Abschnitt 18. Dieser dickere Abschnitt bildet kein
Teil der Erfindung. Die gewünschte Ausbildung der Abschnitte
19 und 20 an der Verbindung mit der Achse 2 ist durch
gestrichelte Linien 19a, 20a bzw. an den Endstücken 4 und 7
durch gestrichelte Linien 19b und 20b gezeigt. Der erste
Abschnitt 19 des Federblattes 22 und dessen zweiter Abschnitt
20 sind mit unterschiedlichen Dicken hergestellt, wobei die
Dicke der zwei Abschnitte entlang der gleichen Kurve
variieren, die vorzugsweise eine Parabelkurve ist. Die
zunehmende Steifigkeit im ersten Abschnitt 19 wurde durch
eine größere Dickenausbildung des Materials am ersten
Endstück 4 als am zweiten Endstück 7 erzielt, wie es durch
den Pfeil 19c angedeutet ist. Dies bedeutet, daß die Zunahme
der Dicke im ersten Abschnitt 19 zuerst in einem größeren
Abstand vom ersten Endstück 4 beginnt, während die Zunahme
der Dicke des zweiten Abschnitts 20 in einem kürzeren Abstand
vom zweiten Endstück 7 beginnt. Diese Ausgestaltung des
Federblattes 23 schafft Trägheitsmomente, die eine
Spannungsverteilung ergeben, wie sie in der Spannungskurve 23
in Fig. 6 gezeigt ist. Die niedrigere Spannung im ersten
Abschnitt 19 nahe dem ersten Endstück 4 bedeutet, daß der
erste Abschnitt 19 eine größere Steifigkeit besitzen wird als
der zweite Abschnitt 20. Die obigen Beschreibungen des
Federblattes 17 gemäß der Fig. 3 und des Federblattes 22
gemäß der Fig. 5 gelten natürlich für Federblätter, die eine
konstante Breite aufweisen, da die Querschnittsfläche der
Federblätter die Trägheitsmomente und die Bewegungsmuster der
Federblätter, wenn diese belastet werden, beeinflussen. Es
ist Somit auch denkbar, die Breite der Federblätter zu
variieren anstatt die Dicke oder die Breite der Federblätter
in Kombination mit einer Dickenänderung zu variieren.
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Mit einer Blattfeder gemäß der Erfindung ist es möglich, eine
Vermiderung der nachteiligen Rollsteuerung zu erzielen,
während die anderen Charakteristika der Feder im wesentlichen
beibehalten werden. Ein zusätzlicher Vorteil, der mit einer
Blattfeder gemäß der Erfindung erzielt wird, besteht darin,
daß sich die Kurve 15, der die Achse 2 bei deren
Federbewegungen folgt, der Kurve 12a annähert, der das
Endstück der Lenkstange 12, das vom Lenkgetriebe 10 entfernt
liegt, während der Lastaufnahmebewegungen der Achse 2 folgt.
Aufgrund der Tatsache, daß sich die Kurven 15 und 12a
einander näher angenähert haben als es bei der bekannten
parabolischen Trapez-Blattfeder der Fall ist, besteht bei der
gleichen Plazierung des Lenkgetriebes 10 ein geringerer
Effekt auf die Lenkung des Fahrzeuges. Da es oftmals aufgrund
beispielsweise von Platzmangel nicht möglich ist, das
Lenkgetriebe 10 frei zu plazieren, ist dieser verminderte
Effekt auf die Lenkung vorteilhaft.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen
Beispiele beschränkt. Freilich können Anderungen innerhalb
des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche
vorgenommen werden. Beispielweise ist es möglich, die
Ausführungsformen gemäß der Fig. 3 und 5 zu kombinieren, d.h.
eine Blattfeder sowohl mit unterschiedlichen Startwerten für
die Dicke an den Endstücken der zwei Abschnitte wie auch mit
unterschiedlichen Maximalwerten der Dicke an den zwei
Abschnitten an der Verbindung mit der Achse herzustellen.
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Des weiteren ist es auch möglich, die Verbindung mit der
Achse in anderer Weise auszuführen als es in der Zeichnung
gezeigt ist, was bedeuten würde, daß die zwei Abschnitte der
Feder unterschiedliche Längen haben würden. Bei einer solchen
Feder wird es bevorzugt, daß der längere der zwei Abschnitte
der Feder zur Frontseite des Fahrzeuges, indem die Feder
befestigt ist, plaziert wird.
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Es ist ebenso möglich, eine Feder gemäß der Erfindung
herzustellen, die mehr als ein Federblatt aufweist. In diesem
Fall ist es passend, alle Federblätter gemäß der Erfindung
herzustellen, es ist jedoch auch möglich, ein Federblatt oder
mehrere der Federblätter gemäß der Erfindung herzustellen,
während die anderen Federblätter herkömmlicher Art bleiben,
d.h. in der Art einer Trapez-Blattfeder.