DE7527067U

DE7527067U - Federelement

Info

Publication number: DE7527067U
Application number: DE7527067U
Authority: DE
Inventors: Herbert Evertz
Original assignee: 5810 WITTEN; GEIS HANS PETER
Current assignee: 5810 WITTEN; GEIS HANS PETER
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DE2538103A1; US4081187A

Description

HOLGER ARENTÜFT '*' ^: '··"··' ^1 ortsnberg 15.August 1975 jl

PATENTANWALT ^122*1 ^

Tel, Linz 2612, Vorwahl 02844 GP 296

Anmelder: Herbert Evertz und Hans Peter Geis Witten-Herbede Witten-Herbede

Federelement

Die Erfindung betrifft ein Federelement zur Anbringung zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Gegenständen, von denen mindestens ein Gegenstand unterschiedlichen Eelastungen ausgesetzt ist. Solche unterschiedlich belastbaren, gegeneinander abzufedernden Gegenstände kommen in dei. Technik häufig vor und werfen je nach Verwendungszweck verschiedene Probleme auf, u.a. in bezug auf den belastungsabhängigen und entsprechend wechselnden Abstand zwischen den Gegenständen und auf die technischen Konsequenzen des wechselnden Abstands. Die Problematik und die technische Bedeutung sind insbesondere aus dem Fahrzeugtechnik bekannt.

Beispielsweise wird in einem Personenauto mit Antriebsmaschi-

ne vorn, das nur den Fahrer und vielleicht noch einen Beifah-

. rer, aber kein Gepäck oder sonstige Zuladung enthält, das

Wagenheck etwas nach oben zeigen, weil die Hinterradfedern

^!' zu wenig belastet sind. Die dadurch bedingte Schräglage des

} j^ Fahrgestells beeinträchtigt das Fahrverhalten und begünstigt ein eventuelles Schleudern. Manche Fahrer laden deswegen Ballastgewicht in den Kofferraum, wenn sie alleine oder nur mit einem Beifahrer unterwegs sind.

Automobile der Luxusklasse sind manchmal rrrit Luftfederung ausgestattet, welche der Fahrer jederzeit je nach Belastung einstellen und so das Fahrzeug genau in die Optimallage eintrimmen kann. Die Eintrimmung kann auch automatisch erfolgen. In der Optimallage weist der Abstand zwischen dem Fahrgestell und den Radachsen immer den gleichen Wert auf, unabhängig

!1322 StadtsparHasto Linz am Rhein 10930C9 Glroknssc Stuttgart

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davon, wie das Fahrzeug belastet ist. Der Belastungsgrad beeinträchtigt bei einer solchen Luftfederung das Fahrverhalten kaum und den Fahrkomfort überhaupt nicht.

Eine derartige Einrichtung ist kostenmäßig sehr aufwendig und kommt für die große Hehrzahl von Kraftfahrzeugen nicht in Betracht. Gerade bei Klein- und Mittelklassefahrzeugen wirken sich die Nachteile der herkömmlichen Federung am stärksten aus, weil das Verhältnis zwischen Personen- und ZuIadungsgewicht zum Fahrzeuggewicht relativ groß ist. Es besteht also bei solchen Fahrzeugen ein dringendes Bedürfnis, eine ^ Einstellmöglichkeit der Federelemente zu erhalten, mittels welcher die Abfederung gemäß der jeweiligen Belastung abgestimmt und der Abstand Fahrgestell-Radachsen auf einen für das Fahrverhalten und den Fahrkomfort optimalen Wert eingestellt werden können.

Die vorliegende Erfindung hat zurr. Ziel, ein solches einstellbares Federelement zu schaffen. Um dieses Ziel zu erreichen, enthält das zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Gegenständen angeordnete Federelement eine Schrauben- oder sonstige Feder, welche mit ihren Federenden an zwei um eine gemeinsame Drehachse einstellbar drehbaren Scheiben verankert ist, wobei die Federachse im Verhältnis zu der Drehachse exzentrisch α verläuft und jede drehbare Scheibe mit je einer ihr zugeordneten Festscheibe über Kugellager oder Rollenlager verbunden sind, welche an den betreffenden abzufedernden Gegenständen befestigt sind. Vorzugsweise ist in der Federachse des 7ederelements achsgleich ein Stoßdämpfer angeordnet. Die Einstellung eines jeden drehbaren Scheibenpaars kann über je eine Schnecke erfolgen, welche in je einen an der einen drehbaren Scheibe ausgebildeten Schneckenkranz eingreift. Die einem Radpaar zugeordneten und mit Schneckenkränzen ausgestatteten drehbaren Scheiben können von Schnecken angetrieben werden, welche an einer gemeinsamen Einstellwelle befestigt sind und in die Schneckenkränze eingreifen, wobei die von Schnecken und Schnecken

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kränzen gebildeten Schneckenpaare gegenläufig ausgerichtete Schneckengewinde aufweisen. Ein die Einstellwelle antreibender Stellmotor kann von einer Zentralstelle am Instrumentenbrett aus von Hand oder automatisch steuerbar sein.

Anhand der Zeichnungen wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung des Erfindungsprinzips : zwei an einer gemeinsamen Achse angelenkte Hebelarme, zwischen Vielehen ein stu-

w fenlos einstellbares erfindungsgemäßes Feder- ■

element in dessen achsnächster Position angeordnet ist, v/obei der obere Hebelarm mit Gewichten P + ρ belastet ist, während der untere Hebelarm auf einer festen Unterlage ruht, in einer Seitenansicht,

Figur 2 das Federsystem Fig. 1, nachdem das Gewicht ρ entfernt worden ist,

Figur 3 das Federsystem Fig. 2 mit dem Federelement in einer achsferner Position,

Figur 4 das auf Figuren 1, 2 und 3 gezeigte Federelement in einer Draufsicht, nach Wegnahme des oberen Kugellager-Scheibenpaares,

Figur 5 das Federelement Fig. 4 in einer Seitenansicht, jedoch mit einem im Verhältnis zum Kugellagerdurchmesser· größeren Schraubenfederdurchmesser,

Figur 6 das Federelement Fig. 5 in einer Draufsicht, nach Wegnahme des oberen Kugellager-Scheibenpaares,

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Figur 7 · die Abfederung eines Fahrzeughinterrades mittels eines erfindungsgemäßen Federelements, in Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen,

Figur 8 eine schematische Darstellung der Abfederung eines Vorderrades in Parallelogrammaufhängung, ebenfalls in Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen

und

Figur 9 eine Einrichtung zur gleichzeitigen Einstellung zweier erfindungsgemäßen Federelemente eines Hinterradpaares, schematisch und in einer Draufsicht, mit einer skizzierten Darstellung der auf dem Instrumentenbrett angeordneten Steuerorgane.

Der untere Schenkel 1 des auf Fig. 1 gezeigten Bügels 1,2 ist über ein Gelenk 3 schwenkbar mit dem oberen Schenkel 2 verbunden und ruht auf einer festen Unterlage 4,5. Zwischen den beiden Bügeln 1,2 ist ein erfindungsgemäßes Federelement 6 drehbar angeordnet. Das Federelement 6 weist eine Schraubenfeder 7 auf, welche an zwei drehbaren Scheiben 8,9 befestigt ist. Jede drehbare Scheibe 8,9 bildet mit je einer ihr zugeordneten, an je einem Bügelschenkel 1,2 verankerten Festscheibe 10,11 und je einem Satz Kugeln 12,13 je ein Kugellager 8,10,12 bzw. 9,11,13. Die obere drehbare Scheibe 8 ist an einer Welle 14 drehfest befestigt, die mittels einer Kurbel 15 betätigbar ist.

Auf dem oberen Bügelschenkel 2 sind zwei Gewichte P und ρ aufgestellt. Entfernt man das Gewicht p, zwingt die Schraubenfeder 7 den oberen Bügelschenkel 2 nach oben, vgl. Fig. 2. Diese Situation entspricht im -Prinzip die Lage eines am Heck unterbelasteten Kraftfahrzeugs. Anhand einer entsprechenden Drehung der Kurbel 15 ist man imstande, das Federelement 6 in

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eine solche Position zu verbringen, daß sich Gewicht und Federkraft ausgleichen, daß also der Abstand h zwischen Bügelschenkel 1 und Eügelschenkel 2 die gleiche Größe aufweist wie zuvor auf Fig. 1.

Das auf den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Beispiel ist nicht auf ein spezifisches Aggregat bezogen, sondern dient lediglich- dazu, das Prinzip des Erfindungsgedankens zu demonstrieren. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Einrichtung Figuren 1 bis 3, nämlich das an dem unteren Bügelschenkel 1 befestigte Federelenent 6, nachdem das obere Kugellager 8,10, 12 und der obere Bügelschenkel 2 weggelassen sind, um einen besseren Überblick zu erhalten. Die gestrichelt gezeichneten Positionen 7',7" der Schraubenfeder 7 und 15',15" des Hebelarms 15 zeigen die Einstellbarkeit des Federelements.

Auf den Prinzipzeichnungen Figuren 1 bis 4 beträgt der Federdurchmesser nur die Hälfte eines Scheibendurchmessers, damit die Punktion des Federelements möglichst klar zu Tage tritt. Jedoch wird man in der Praxis einen Federdurchmesser bevorzugen, der wesantlich größer ist als die Hälfte eines Scheibendurchmessers, und zwar erstens deswegen, v;ail man bemüht sein wird, die exzentrische Belastung der Drehachse in Grenzen zu halten, und zum anderen, weil bei Personenkraftfahrzeugen das Leergewicht des Fahrzeugs erheblich größer ist als das Ladegewicht. Fig. 5 zeigt schematisch ein für einen Personenkraftwagen gedachtes Federelement 6, dessen Federdurchmesser rd. 70 % des Scheibendurchmessers beträgt. Auf Fig. 6 ist eine Draufsicht des Federelements Fig. 5 dargestellt, indem das obere Kugellager 8,10,12 weggelassen ist.

Die praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Federelements an einem Kraftfahrzeug ist auf Figuren 7 und 8 erläutert. Fig. 7 zeigt ein an einer Pendelachse 16 angeordnetes Hinterrad 17, welches mittels eines Federelements 6 am Fahrgestell 18 abgefedert ist. Auf Fig. 8 ist die Federaufhängung eines Vorderrads 19 an einem einerseits am Fahrgestell 18 und

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andererseits an der Radachse 20 befestigtes Parallelogramm
20,21 schematisch dargestellt.

Die Einstellung der Federelemente eines Radpaares muß unbedingt derart erfolgen, daß die beiden Federelemente des Radsatzes (Hinterräder oder Vorderräder) stets um den gleichen
Winkelwert gedreht werden, jedoch ebenso unbedingt in gegenläufiger Drehrichtung. Aus Stabilitätsgründen ist es erfor- j derlieh, daß der Abstand der einen Federachse 71 von der ■ Fahrzeuglängsachse X-r immer die gleiche Größe aufweist wie ^f der Abstand der zweitaiFederachse 72 von der Fahrzeuglängs- .; achse. Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Einstelleinrichtung, a. die diese Bedingung erfüllt. Die zu den Kugellagern 8,10,12 ge-" ) hörenden Drehscheiben 8 sind mit Schneckenkränzen 2 3,24 aus- i gestattet, in welche je eine Schnecke 25,26 eingreift. Die _x Schnecken 25,26 sind an einer Einstellwelle 27 angeordnet, \ die von einem Stellmotor 28 getrieben wird. Das Schnecken— '. zahnradpaar 8,2 3,25 und das Schneckenzahnradpaar 8,24,26 k drehen dabei in gegenläufigen Richtungen. In dieser Weise » wird sichergestellt, daß die Schraubenfederachsen 71,72
stets den gleichen Abstand von der Fahrzeuglängsachse X_L | aufweisen.

Die jeweilige Position der Schraubenfederachsen ist an einem

Anzeigeinstrument 29 am Instrumentenbrett des Fahrzeugs ables- (

bar. Der Fahrer schaltet mittels Druckschalter 30,31 den '

Stellmotor 28 ein und aus. ,:

Somit ist der Fahrer mit Hilfe erfindungsgemäßer Federelemente
imstande, sein Fahrzeug bei jeder zulässigen Belastung derart > zu trimmen, daß der Abstand h (vgl. Figuren 1 bis 3) zwischen ~j Fahrgestell 18 und Rädern 17,19 (Radachsen) beim Stillstand
des Fahrzeugs stets derselbe bleibt. Diese Trimmung kann automatisch gestaltet werden, indem während des Fahrzeugstillstandes eine automatische Schalteinrichtung den Stellmotor 28
ein- und ausschaltet (nicht gezeichnet).

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Selbstverständlich kann die Einstellung der Federelemente auch in einfacher Weise von Hand vorgenommen werden. Hierbei müssen aber Einrichtungen vorhanden sein, welche sicherstellen, daß die Winkeldrehung der Federelemente eines jeden Elementenpaares stets gegenläufig erfolgt. Mittels dieser Handeinstellung ist es u.U. möglich, eine einseitige Belastung auszugleichen, sofern man jedes einzelne Federelement mit einer eigenen Handkurbel versieht. Aber-auch für die Handbedienung ist die auf Fig. 9 dargestellte Schneckenradeinrichtung besonders geeignet; die Einstellwelle 2 7 kann mit einer oder zwei Hand'<urbeln(nicht gezeichnet) statt mit dem Stellmotor 28 angetrieben werden. Bei jeder Art von Handbe- trieb sollte die jeweilige Stellung der Federelemente an einer Skala oder einer Uhrscheibe abzulesen sein.

In einer besonders interessantenAusführungsform der Erfindung ist in der Federachse (71) des Federelements achsgleich ein Stoßdämpfer 73 angeordnet. Diese Verbindung Federelement-3toßdämpfer bringt eine ideale Trimmung des Fahrzeugs, indem auch der Stoßdämpfer für alle zulässigen Belastungen des Fahrzeugs einstellbar ist, also nicht mehr, wie bisher, lediglich einem mittleren Belastungswert optimal entspricht.

Schließlich soll erwähnt werden, daß das erfindungsgemäße Federelement neben der Erhöhung der Fahrstabilität und des Fahrkomforts einen weiteren wesentlichen Vorteil aufweist, nämlich die stets korrekte Trimmlage der Scheinwerferachsen.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich gev/orden, die technischen und insbesondere fahrtechnischen Vorteile, die bisher nur von der aufwendigen Luftfederung geboten wurden, auch für Klein- und Mittelklassefahrzeuge nutzbar zu machen.

Im Übrigen ist der Erfindungsgedanke nicht auf die Abfederung von Fahrzeugen beschränkt, sondern überall dort verwendbar, wo es darum geht, bei wechselnden Belastungen den Abstand zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Teilen auf einem bestimmten Wert zu halten.

6 Ansprüche - Seite 8 -

Claims

- 8 -' ' GP 296 Schutzans prüche

1. Federelement zur Anbringung zwischen zwei gegeneinander abzufedernden Gegenständen, von welchen zumindest der eine Gegenstand unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (6) mindestens eine Schraubenfeder (7), eine Gunimifeder oder eine sonstige Feder enthält, welche mit ihren Federenden an zwei um eine gemeinsame Drehachse (14) einstellbar drehbaren Scheiben (8,9) verankert ist, indem die Federachse (71) im Verhältnis zu der Scheibenachse (14) exzentrisch verläuft, und jede Scheibe (8,9) mit einer weiteren Scheibe (10,11), die zum Befestigen an dem jeweiligen abzufedernden Gegenstand dient, und einem Satz Kugeln (12,13) ein Axial-Drucklager bildet.

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Federachse (71,72) des Federelements (6) achsgleich ein sonst bekannter Stoßdämpfer (73) angeordnet ist.

3. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß der Rand der einen drehbaren Scheibe (8) des Scheibenpaares (8,9) als Schneckenkranz (23) zum Einstellen des Feierelements mittels einer mit einem Schneckengewinde versehenen Einstellwelle (27) ausgebildet ist.

Für die Anmelder

=r Arentou Patentanwalt

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