DE694079C - Feder, insbesondere Tragfeder - Google Patents

Feder, insbesondere Tragfeder

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DE694079C
DE694079C DE1936R0096743 DER0096743D DE694079C DE 694079 C DE694079 C DE 694079C DE 1936R0096743 DE1936R0096743 DE 1936R0096743 DE R0096743 D DER0096743 D DE R0096743D DE 694079 C DE694079 C DE 694079C
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DE1936R0096743
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Ernst Kreissig
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Ringfeder GmbH
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Ringfeder GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G11/00Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs
    • B60G11/14Resilient suspensions characterised by arrangement, location or kind of springs having helical, spiral or coil springs only
    • B60G11/15Coil springs resisting deflection by winding up

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

  • Feder, insbesondere Tragfeder Fahrzeugabfederungen sind in den verschiedensten Formen bekannt. Sie haben alle den Nachteil, daß die Feder entweder ganz ohne Dämpfung arbeitet, wie z. B. Schrauben- oder Spiralfedern, oder, wenn sie dämpfende Eigenschaften besitzen, daß diese Dämpfung dann in unerwünschter Form vorhanden ist. Zum Beispiel tritt bei der in großem Umfange als Fahrzeugtragfeder dienenden Blattfeder, die aus mehreren Lagen zusammengesetzt ist, bei einer Federung zwischen den einzelnen Lagen Reibung auf, durch die die Federung derart gedämpft wird, daß sich Dämpfungsstöße ergeben. Zudem genügt diese Dämpfung nicht, um beispielsweise Federungen an auf unebenen Strecken verkehrenden Fahrzeugen, also fast alten Straßenfahrzeugen, wirksam abzudämpfen. Es ist daher üblich, zusätzliche Dämpfungsorgane, Stoßdämpfer vorzusehen. Durch Anwendung von Stoßdämpfern werden Fahrzeugabfederungen mit reibungslosen Federn, z. B. Spiralfedern, überhaupt erst gebrauchsfähig. Ringfedern haben gegenüber den Blattfedern den Vorteil einer sehr wirtschaftlichen Arbeitsweise, hingegen als Tragfedern den Nachteil, daß ihre Dämpfung sehr groß ist und vor allen Dingen der Dämpfungsstoß noch weitaus größere Werte als bei der Blattfeder erreicht. Ringfedern sind für sich allein als Tragfedern nicht zu verwenden.
  • Die Erfindung betrifft eine Federung, bei der die vorerwähnten Nachteile vermieden werden. Gemäß der Erfindung werden Federn an sich bekannter Bauart, welche aus schraubenartig oder spiralförmig gewickelten Federbändern bestehen, die, auf der ganzen Federlänge an der Innenwand eines geschlossenen Gehäuses anliegend, unter dein Fahrzeuggewicht und den Stößen tangential gestaucht werden, als Tragfedern für Fahrzeuge verwendet. Das Federungsmaß eine solchen Federbandes ergibt sich aus dci- eintretenden tangentialen Verkürzung, wobei sich, da das Federband an der Innenwand seines Gehäuses von Beginn der Belastung an anliegt, reine Druckspannungen ergeben. Dies ist eine äußerst günstige Beanspruchungsart, die bei den bisher für Fahrzeugabfederungen bekannten Federarten nicht erreicht wurde, weil in allen Fällen zusammengesetzte Beanspruchungen, wie Biegung oder Torsion,.auftraten.
  • Es ist'bereits bekannt, bei elastischen Wellenkupplungen eine Feder einzuschalten, die bezüglich ihres Aufbaues Lind ihrer Arbeitsweise mit der Feder nach der Erfindung übereinstimmt. Bei Wellenkupplungen werden jedoch nur kleine Federungen benutzt, für die auch die Art des hiagrammverlaufs nebensächlicher Natur ist. Für die Fahrzeugabfederung ist eine Dämpfung erwünscht, jedoch darf die Dämpfungskraft bei den Federschwingungen nicht plötzlich in voller Höhe auftreten. Diesem Umstand trägt man bei Fahrzeugen dadurch Rechnung, daß man der gedämpften Feder, z. B. der- Blattfeder, ungedämpfte Federn in Hintereinanderschaltung zuordnet. Die Erfindung bringt demgegenüber eine Feder in Vorschlag, die ihrerseits ohne Hinzuschalten einer ungedämpften Feder in jedem Punkt des Diagramms infolge stetigen Anstiegs einen Kraftsprung vermeidet. Die Dämpfung nimmt von jedem beliebigen Ausgangspunkt beim Spannen der Feder ständig zu. Für das Maß der Dämpfung ist die Länge der Feder bestimmend.
  • Um das Gewicht einer derartigen Feder möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, auch das Gehäuse des Federbandes für die Federung mit auszunutzen, es also arbeiten zu lassen. Hierzu ist es notwendig, das Federgehäuse aus geeignetem Werkstoff, also aus Federstahl, herzustellen. Ferner muß beachtet werden, daß in den im Federgrcliiitise liegenden Federbändern bei der Beanspruchung Druckspannungen herrschen; die Dickenabmessungen des Federgehäuses zuni Federband müssecl sich daher in eiltsprechenden Verhältnissen bewegen. Durch die ringartige Unterteilung des Federgehältses gelingt es, außer einer besseren Ausnutzung des Stahls die Größe der Dämpfung zu beeinflussen. Diese sehr erwünschte Möglichkeit ist auch zu erreichen durch entsprechende Gestaltung der inneren Uinfangsflä ehe des Gehäuses, auf der das Federband anliegt und heim Federn tangential gleitet. Ebenfalls bei Wellenkupplungen, die aus mit den beiclcil Wellenenden verbundener Schraubenfeder und diese unigebenden Gehäuse bestclicn, ist es bekannt, das Gehäuse ringartig zti unterteilen, jedoch mir für den Zweck, eine größere Einstellmöglichkeit der beiden durch die Kupplung; miteinander verbundenen Wellenenden in ihrer parallelen Lage oder in ihrer axialen Winkellage zueinander zuzulassen. An ein federndes Mitarbeiten dieses Gehäuses ist nicht gedacht, da der Federweg der Wellenkupplung erschöpft ist, sobald die Feder an dem Gehäuse anliegt.
  • Innerhalb des Federbandes nimmt infolge der Umfangsreibung die Beanspruchung von den Kraftangriffsstellen ausgehend ab, so daß es zweckmäßig ist, Federband und Feder-. gellä use entsprechend der tatsächlich vorllandenen_ßeallspruchung im gleichen Verhältnis abnehmen zu lassen, mithin überall möglichst gleiche Beanspruchungen im 1#ederban<l und im Gehäuse zu verwirklichen.
  • Bei spiralförmig gewickelten Federbändern können die einzelnen Windungen des Federbandes direkt aufeinanderliegen, oder das Gehäuse selbst besitzt spiralförmig verlaufende Wandungen, an denen das Federband anliegt. Bei dieser Bauart wird eine geringere Reibung erzielt, als wenn die Federbänder direkt aufeinanderliegen und reiben. Bei Wellenkupplungen ist es ebenfalls bereits bekannt, das Kupplungsgehäuse mit mehreren konzentrisch ineinanderliegenden Wänden zu versehen, auf denen mehrere Federbänder aufliegen.
  • An Hand der Zeichnung werden die Erfindung und ihre Vorteile sowie einige Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Die Abb. r zeigt das Diagramm einer inehrlagigen Blattfeder, die Abb. a das Diagranen einer Feder nach der Erfindung, Abb.3 eine schraubenförmige Ausführungsforrn einer Feder nach der Erfindung mit einteiligem Gehäuse, und zwar im axialen Längsschnitt.
  • Abb. 4. ist die Stirnansicht zu Abb. 3 und die Abb.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit in einzelne Ringe unterteiltem Federgehäuse ein axialen Längsschnitt, zu dem die Abb. G die Stirnansicht wiedergibt. Die Abb. 7 zeigt eine Ausfullrungsforin mit spiralförmig angeordneten Federbändern im Querschnitt, die Abb.8 den axialen Längsschnitt zu Abb. 7, die Abb. g eine «eitere Ausführung; mit spiralförmig angeordneten Federbändern ini Querschnitt, die Abb. 1o eine Ausführung mit schraubenförrnig angeordneten hc<lerbünilern ini Axialschnitt und die Abb. z i die Anwendung der Erfindung beim Laufgestell eines Straßenfahrzeugs. Die für die Fahrzeugabfederung gebräuchliche, aus mehreren Lagen bestehende Blattfeder leistet elastische Formiinderungsarbeit, die in Abb. r durch die gestrichelte Linie 0-A dargestellt ist. Die zwischen den einzelnen Lagen herrschende l@eibung wird durch die Flächen a, und a2, oberhalb und unterhalb der elastischen Forinänderungsarbeit 0-A liegend, dargestellt. Den wirklichen Verlauf der Federung zeigen die beiden voll ausgezogenen Begrenzungslinien 0-A" und 0-A". Würde z. B. die Feder eine statische Last I zu tragen haben, so ergibt sich aus dein Diagramm, daß bei jedem Stoßinlpuls zuerst die Federkraft, ohne daß die Feder einen Weg zurücklegt, von I auf II ansteigt. Dieser Kraftanstieg kommt einem Stoß gleich und ist bekannt als Dämpfungsstoß; durch den sich die gefürchteten Dämpfungsschwingüngen ergeben. Dieses ist ein großer Nachteil der -bekannten Blattfedern. Hinzu kommt, daß die Dämpfung, dargestellt durch die gestrichelten Flächen a1 und a2, füi die Federung nicht ausreicht und daß für eine gute Federung Dämpfungsvorrichtungen notwendig sind.
  • Die Feder gemäß der Erfindung ergibt ein Diagramm, wie 1n Abb.2 wiedergegeben. Die Arbeitsfläche, oben begrenzt durch den gestrichelten Linienzug 0-IV, stellt die maximale Arbeit einer Feder nach der Erfindung dar. Für die Beurteilung der Wirkungsweise in der Praxis soll ein Ausschnitt des Diagramms, z. B. der Diagrammausschnitt a-b, betrachtet werden. Der Punkt I entspricht der statischen Federbelastung, bei der die Feder um den Weg O-a gespannt ist. Erfolgt nun ein Stoß, so spannt sich die Feder entsprechend dem Verlauf der Linie c bis zum Punlit 11I, von wo, aus die Entspannung nach der Linie d, die wieder im Ausgangspunkt I endet, erfolgt. Die umschriebene Fläche i@ gibt die Größe der Dämpfung an. Erfolgt eine Änderung der statischen Last, beispielsweise derart, daß eine ruhende Last II herrscht, wobei die Feder von 0-e ruhend gespannt ist, so wird unter einem Stoß eine weitere Spannung der Feder entsprechend der Linie g bei einer Federung von beispielsweise e bis f erfolgen. Das Entspannen erfolgt auf der Linie lt, wobei auchhier die Entspannungslinie wieder im Ausg,aangspu-1kt, also in diesem Falle im Punkt II, endet. Die umschriebene Fläche k gibt für diesen Fall die Größe der Dämpfung an.
  • Da nun sowohl die Linie c als auch jede andere Anstieglinie, z. B. g im Punkt IV, dem Endpunkt des Diagramms der betreffenden Feder enden muß, so ergibt sich, daß die Federkonstante für jede statische Last verschieden ist, und zwar je größer die statische Last, desto größer ist auch die Federkonstante. Dies ist von großem Vorteil, da'eine einzige Feder genügt, um einem Fahrzeug mit wechselnder Belastung, z. B. bei kleinerer Last eine weiche Federung und bei größerer Last eine härtere Federung zu ermöglichen.
  • Durch den verschiedenen Verlauf der Spannungs- bzw. Entspannungskräfte ergibt sich für den Federweg a-b die schon vorerwähnte Dämpfung i und für den Federweg e-f die Dämpfung h oder für einen beliebigen anderen Diagrammausschnitt eine entsprechende Dämpfung, wobei im Gegensatz zu den bekannten Federungen jeder Dämpfungsstoß vermieden wird, weil die Entspannungslinien d, h immer im Ausgangspunkt der Spannungslinie enden.
  • In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Feder nach der Erfindung dargestellt. Die Feder besteht in diesem Falle aus zwei aufgewickelten Federbändern m, ia, die eine doppelgängige Schraube bilden und in dem zylindermantelartigen Gehäuse q untergebracht sind. Innerhalb des Gehäuses q sind fünf Windungen jedes Bandes m und iz enthalten. Wie aus der Abb. q. hervorgeht, erfolgt die Belastung P durch tangentialen Druck auf die Enden der Federbänder m und n. An den Gegenseiten stützen sich die Federbänder m und n ab. Durch die Last P werden die Federbänder tangential zusammengedrückt, wobei das Maß der Zusammendrückung der Federweg ist. Eine Vergrößerung des Durchmessers der Federbänder m und n ist infolge des starren umschließenden Gehäuses q nicht möglich, so daß reine Druckspannungen in jedem Federbandquerschnitt m und n herrschen. Die Größe der Stauchung richtet sich nach der Anzahl der Federwindungen bzw. der Federbandlänge, wobei die Reibung zwischen dem Federband und dem Gehäusemantel berücksichtigt werden muß. Es ist nicht notwendig, zwei oder mehrere Federbänder anzuordnen, aber zu empfehlen, dadurch z. B. zwei Angriffsstellen von P ein gleichmäßiges Kräftepaar bzw. Drehmoment erreicht wird, so daß einseitige Drücke in den Lagern vermieden werden.
  • Um auch das Gehäuse q selbst zur Arbeitsleistung mit heranzuziehen; wird man auch dieses aus Federstahl fertigen und entsprechend bemessen, so daß es durch die radialen Drücke des Federbandes tangential und radial gedehnt wird. Es liegt im Ermessen des Konstrukteurs, die Wand- und Federbänddicke so zu bemessen, daß die Beanspruchungen im Gehäuse q, die reine Zugspannungen sind, sich in Grenzen halten, die doch eine hohe Lebensdauer verbürgen. _ In den Abb. 5 und 6 ist das Gehäuse in vier Teile ql, q2, q3 und q4 ringartig - aufgelöst. Hierdurch werden die Beanspruchungen 'in den Federbändern m und n in allen ,Querschnitten annähernd gleich gehalten, wodurch sich eine -,virtschaftlichere Ausnutzung des Werkstoffes ergibt. Die einzelnen Gehäuseringe q1 bis q4 überdecken nur jeweils eine Windung. Durch die Unterteilung des Gehäusemantels q in Einzelringe q1 bis q4 wird ferner die Größe der Dämpfung geändert, so daß man durch beliebige Unterteilung bestimmten Einfluß auf den Verlauf der Dämpfung und der Federung hat.
  • Da bei einem Federmantel m und iz mit einteiligem Gehäuse q, wie in den Abb. 3 und 4 dargestellt, die Beanspruchungen im Federhandquerschnitt von der Kraftangriffsstelle ausgehend zur Gehäusemitte hin abnehmen, und zwar in Abhängigkeit von dem Reibungswert, ist es wirtschaftlich, um eine möglichst gleichmäßige Beanspruchung je Ouerschnittseinheit des Federbandes. zu erzielen, den Querschnitt nach der Mitte des Federbandes zu entsprechend der Beanspruchungsabnahme abnehmen zu lassen. Außer dem Federband kann auch das Gehäuse q in, seiner Wanddicke verschieden bemessen sein. Um Überbeanspruchungen an den Federenden zu vermeiden, verstärkt man das Federband an diesen. Stellen, wie es beispielsweise in Abb. 7 an Hand einer spiralförmig gewundenen Feder, bestehend aus zwei Federbändern r und s, dargestellt ist. Die Federbänder r und s liegen mit ihren Umfangsflächen aufeinander. Sie übertragen die Kräfte P von der Welle t1 über die Nabe zs, die mit zwei Ansätzen v1 und v2 ausgerüstet ist, auf die beiden Federbänder r und s, die tangential zusammengestaucht werden. Die spiralförmig gewundenen Federbänder r und s sind ohne Zwischenraum ineinandergewickelt, so daß sich die äußeren Mantelflächen einer Windung gegen die inneren der folgenden und dann die beiden halben Endwindungen sich gegen das äußere Gehäuse z, das, wie aus Abb. 8 hervorgeht, auf dem zweiten Wellenstumpf t2 befestigt ist, über Vorsprünge w1 und zerg abstützen.
  • Bei der Ausführung -nach Abb. g, in der ebenfalls eine doppelt ineinandergewundene Spiralfeder r, s dargestellt ist, weist das äußere Gehäuse z spiralförmig 'verlaufende Rippen z1 und z2 auf, gegen deren innere Umfangsflächen sich die Federbänder r und s mit ihren äußeren Umfangsflächen abstützen. Wie bei dem schraubenförmig gewickelten Band, dargestellt in den Abb. 3 bis 6, kann auch bei spiralförmig gewundenen Federbändern r, s der Querschnitt von den Kraftangriffsstellen aus derart abnehmen, daß in jeder Ouerschnittseinheit des ganzen Federbandes möglichst gleiche Spannungen herrschen. - " Bei schraubenförmig gewundenen Federbändern ist zu empfehlen, die tangentialen Umfangskräfte nicht in voller Größe durch Anschläge, die gegen die Federenden drücken, zu übertragen, sondern, wie an Hand der Abb. 1o zu verstehen ist, einen Teil durch Reibung zwischen den Federbändern in und ia und einer die Enden überdeckenden Hülse q' aufzunehmen. Die Federbänder in und n greifen mit ein und zwei Windungen in die beiden Endhülsen q' ein, die gleichzeitig Übertragungsorgane sind. Beim Spannen legen sich die Bänder in und it. fest gegen die Innenwandungen der Hülsen q', so daß die Reibung zur Übertragung der Umfangskräfte dient. Gleichzeitig werden diese Windungen," die innerhalb der Endhülsen i# liegen, zur Federung mit herangezogen.
  • Die Federung, gemäß der Erfindung eignet sich vor allem zur Tragwerksfederung für Fahrzeuge. Ein Anwendungsbeispiel als S-chwingarmabfederung ist in Abb: i i gezeigt. Auf dem Hebelarm i sind in dessen freiem Ende die Laufräder z gelagert. Das andere Ende des Schwingarms i ist als Gehäuse 3 ausgebildet, in welchem zwei schraubenförmig aufgewundene Federbänder 4 -und 5 lagern. An das Gehäuse 3 schließen sich Zwischenringe 6, 7, 8 und 9 an, die gemeinsam mit dem Gehäuse 3 die Federbänder 4 und 5 umschließen. An den letzten Ring 9 schließt sich das innere Gehäuseteil io an, welches im Untergestell i i des Fahrzeugs befestigt ist und gleichzeitig als Lager dient, während das Gehäuse 3 sich - mittels eines Zapfens 12 im Untergestellager 13 frei drehen kann, entsprechend dem Verdrehungswinkel beim Spannen der 'Federbänder und 5. Zur seitlichen Verstärkung erhält der Schwingenarm i eine Verlängerung 14, die mittels Zapfen 15 an dem inneren festen Gehäuseteil io schwingbar gelagert ist.
  • Besteht die Schwinge i mit Gehäuse 3 aus Stahlguß oder sonstigem nicht genügend härtbarem Stahl, so kann in das Federgehäuse 3 eine dünne, geschlitzte oder ungeschlitzte Hülse 16 eingepreßt werden, die sich dann bei einem radialen Druck vom Federband in und n her gegen die innere Wandung des Gehäuses 3 anlegt und durch den Reibungsschluß eine Verbindung zwischen der Büchse 16 und dem Gehäuse 3 herstellt. Dies ist fast immer zu empfehlen, da für die Angriffsflächen des Federbandes in und n hohe Festigkeit erforderlich ist, die wiederum hochwertigen Stahl erfordert, aus dem entweder die ganze Schwinge i oder anderenfalls nur die Büchsen 16 bestehen müssen.
  • Die Feder ist. jedoch auch für ändere Zwecke der Technik verwendbar, und zwar überall da, wo zur Übertragung von Kräften und Aufnahme von Stößen Federn mit Dämpfung erforderlich sind, die im besonderen so beschaffen sein müssen, daß sie trotz ihrer Dämpfung beim Entspannen in die Ausgangsstellung zurückgehen, ohne daß für den nächsten Stoßimpuls ein Kraftsprung vorhanden ist, wie z. B. bei Zug- und Stoßvorrichtungen von Fahrzeugen, für Fahrgestellabfederung von Flugzeugen usw.; sie kann auch in Verbindung mit anderen, ungedämpften Federn lediglich als Dämpfungsorgan benutzt «-erden.

Claims (1)

  1. - PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung von Federn an sich bekannter Bauart, welche aus einem oder mehreren schraubenartig oder spiralförmig gewickelten Federbändern (m, n oder r, s) bestehen, die, auf der ganzen Federlänge an der Innenwand eines geschlossenen Gehäuses (q oder z) anliegend, unter Last (P) und Stößen tangential. gestaucht werden, als Tragfedern für Fahrzeuge. z. Feder, insbesondere Tragfeder nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse (q) entsprechend den in den Federbändern (na, n) vorherrschenden Druckspannungen zur Arbeitsaufnahme mit herangezogen ist und die Wanddicke des Gehäuses entsprechend der jeweiligen Stärke des Federbandes bemessen ist. 3. Feder nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, däß das Federgehäuse (q) ringartig unterteilt ist, unter Beibehaltung der beiden Gehäuseenden zur Kraftübertragung auf das Federbänd (in, n).. q.. Feder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die napfartigen Enden (3, io) des Federgehäuses (q) durch einen -verschleißfesten Einsatz (i6) ausgebuchst sind. 5. Feder nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Federbandes (m, n) im Hinblick auf die Reibung zwischen Feder und Federgehäuse (q) von beiden Federenden nach der Federmitte zu abnimmt, so daß überall möglichst gleiche Beanspruchungen je Ouerschnittseinheit herrschen. 6. Feder nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Federgehäuses (q) im Hinblick auf die Reibung zwischen Feder'(m, n) und Gehäuse nach Federmitte zu abnimmt, so daß überall möglichst gleiche Beanspruchungen im Federgehäuse herrschen. . 7. Feder, bestehend aus einem spiralförmig gewickelten Federband nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse spiralförmig verlaufende Wandungen aufweist, an denen das Federband anliegt (Abb.9).
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DE835961C (de) * 1943-09-30 1952-04-07 Ringfeder Gmbh Axial belastbare Reibungsfeder
EP0045814A1 (de) * 1980-08-05 1982-02-17 Közuti Közlekedési Tudományos Kutato Intézet Einstellbare Messspiralfeder

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