-
Federung zur Erreichung einer idealen Federkennlinie Der Gegenstand
der Erfindung betrifft eine Federung zur Erreichung einer idealen Federkennlinie.
Die ideale Federkennlinie, eine der Mariottschen, Hyperbel ähnliche Kurve, erreichte
man bisher nur bei pneumatischen Federungen. Solchen Federungen aber stellen sich
große Schwierigkeiten bei ihrer Ausführung entgegen, so daß sie sich nicht allgemein
durchsetzen konnten. Die Aufgabe, eine mechanische Federung zu schaffen, mit der
eine stetige, gleichmäßige, günstige Federkennlinie zu erzielen möglich wäre, ist
bis heute nicht gelöst, es sei denn, man rechne zu den getroffenen Lösungen den
bereits unternommenen Versuch, mehrere Federn mit verschiedenen Federkonstanten
hintereinanderzuschalten, auf welche Weise man tatsächlich, wenigstens annäherungsweise,
die ideale Federkennlinie erreicht hat.
-
Durch den Gegenstand der Erfindung ist die Aufgabe, eine stetige parabelähnliche
Federkennlinie mittels einer mechanischen Federung zu erreichen, gelöst, und zwar
durch die symmetrische Anordnung von um einen Festpunkt schwenkbar gelagerten Federhalterungen
mit in ihnen gehaltenen Schraubenfedern, durch welche mit dem zu federnden Gegenstand
gelenkig verbundene Federspannschrauben geführt sind. Zweckmäßigerweise erfolgt
hierbei die Halterung der Schraubenfedern in den Federhalterungen durch Federteller,
die auf den durch die Federhalterungen geführten Federspannschrauben aufsitzen.
-
Nach einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann durch
die Zwangsführung der gelenkigen Verbindung zwischen Federhalterung und dem zu federnden
Gegenstand jede gewünschte Federkennlinie erzielt werden.
-
Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfin= dung in einem Ausführungsbeispiel
dar.
-
Fig. i zeigt die eine Hälfte der Federanordnung gemäß der Erfindung,
Fig.2 die Federkennlinie einer gewöhnlichen Schraubenfeder und Fig. 3 die Federkennlinie,
die sich auf Grund der
erfindungsgemäß zu treffenden Federanordnung
ergibt, und ein Teilstück` ans eer in Fig. i dargestellten Federhalterung mit solchen
Punkten, die zur Konstruktion der Federkennlinie erforderlich sind; Fig. 4 stellt
die zu treffende symmetrische Federanordnung im Grundzug dar.
-
Die Darstellung in Fig. i zeigt die eine Hälfte der symmetrischen
Darstellung in Fig. 4, aus der zu ersehen ist, daß in einem Lager a die Federhalterung
b mittels eines Bolzens .c schwenkbar um den Festpunkt G gelagert ist. Durch die
Federhalterung b ist die Federspannschraube d geführt. Auf der Federspannschraube
d sitzen zwei Federteller e, f
auf, zwischen denen die Schraubenfeder
g gehaltert ist. Diese Halterung kann mit. oder ohne Vorspannung erfolgen. Die Vorspannung
ist durch zwei Spannmuttern, h der Federspannschraube d bewerkstellbar.
Die Federspannschrgube.d ist durch den Bolzen i mit dem zu federnden Gegenstand
gelenkig verbunden.
-
In der Fig. 2, die die Federkennlinie einer gewöhnlichen Schraubenfeder
zeigt, bedeuten die Abszissen die Federwege und die Ordinaten die ihnen entsprechenden
Federkräfte.
-
In der Fig. 3 haben die Abszissen und Ordinaten die gleiche Bedeutung.
Hier ist die Federkennlinie dargestellt, wie sie sich aus der erfindungsgemäß zu
treffenden Anordnung ergibt.
-
Ihr Verlauf ist zu bestimmen auf Grund der folgenden Überlegung: Denkt
man eine Kraft P, die der symmetrischen Anordnung der Feder wegen nur in senkrechter
Richtung wirken kann, den Bolzen i angreifend, so wird sie den Bolzenmittelpunkt
O hinaufdrücken. Der Bolzenmittelpunkt O wird die Lage A erreichen, und die Schraubenfeder
g wird eine Pressung erfahren. Dieser Pressung wird eine scheinbare Verkürzung der
Schraubenfeder entsprechen. Das Maß dieser Verkürzung stellt in Fig. 3 die Strecke
A-B dar. Sie liegt auf der von A
aus gefällten Tangente, an einen Kreis mit
dem Festpunkt G des Lagers a als Mittelpunkt und dem Radius G-D. Der Radius G-D
ist der kürzeste Abstand des Festpunktes G von der Längsmittellinie der Federhalterung
b. Der Punkt B wird erhalten, wenn, vom Festpunkt G des Lagers a aus ein Kreisbogen
mit dem Radius G-0 beschrieben wird, der die von A aus gefällte Tangente schneidet.
Der Radius G-0. ist der kürzeste Abstand des Festpunktes G'des Lagers a vom Bolzenmittelpunkt
O. Das Maß der Strecke A-B, in das in Fig. 2 dargestellte Schaubild übertragen,
ergibt auf der Abszissenachse die Strecke A'-B'. Dem Maße der Verkürzung der Strecke
A'-B' entspricht eine Federkraft, dargestellt durch die Ordinate, errichtet im Punkt
B', das ist das Streckenmaß B'-B". Dieses. die Federkraft bedeutende Streckenmaß
B'-B", in die Fig. 3 übertragen, schneidet vom Punkt A aus auf der Tangente A-D
die Strecke A-C ab. Die im Punkt A wirkend gedachte Federkraft A-C kann als
die Resultierende eines Kräfteparallelogramms aufgefaßt werden. Die durch die Punkte
A und G gehende Gerade wird durch eine vom Punkt C aus zu fällende Senkrechte im
Punkt E geschnitten. In dem so entstehenden Kräfteparallelogramm ACEF bedeutet AC
die. resultierende Kraft. Der im Festpunkt G des Lagers a in der Richtungsgeraden
A-G wirkenden Kraft entspricht das Streckenmaß A-E. Um die tatsächliche senkrecht
wirkende Kraft zu finden, wird die durch das Streckenmaß A-E dargestellte Kraft
zerlegt, die in einem zu bildenden Kräfteparallelogramm AH E I
die Resultierende
ist. Das Streckenmaß A-H entspricht der tatsächlichen senkrecht wirkenden Federkraft.
Dieses Streckenmaß A-H als Ordinate in das Schaubild, dargestellt in Fig. 3, übertragen
und errichtet im Punkt A' der Abszissenachse, gibt einen Punkt der Federkennlinie,
die durch die erfindungsgemäße Anordnung erreicht wird. Die Strecke K-A' stellt
den der Federkraft A'-H' entsprechenden Federweg dar. Ein Vergleich der Schaubilder,
dargestellt in Fig. 2 und 3, zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung erheblich
größere Federwege erreicht werden, d. h. durch den Gegenstand der Erfindung wird
eine weichere Federung erreicht. Mit zunehmender Belastung steigt die Kennlinie
rasch an und nähert sich mehr und mehr der Neigung der geraden Kennlinie, dargestellt
in Fig. 2. Es braucht nicht weiter ausgeführt zu werden, daß die durch die Kennlinien
abgeschnittenen Flächen in beiden Schaubildern gleichen Inhalts sind und die aufgespeicherte
Arbeit darstellen.
-
Wird der Bolzen i, die gelenkige Verbindung zwischen Federhalterung
b und dem zu federnden Gegenstand, zwangsweise in geraden oder krummen Führungen
geführt, so wird mit der Federung gemäß der Erfindung jede gewünschte Kennlinie
zu erreichen sein.
-
Diese Federung zeichnet sich auch noch dadurch vorteilhaft aus, daß
auch die in horizontaler Richtung auftretenden Kräfte, beispielsweise die Beschleunigungs-
und Verzögerungskräfte bei Fahrzeugen, kompensiert werden.