DE1805139C3 - Progressiv wirkende Blattfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine progressiv wirkende Blattfeder, bestehend aus einer weichen Oberfeder mit einem Paket verhältnismäßig dünner Federblätter und einer Unterfeder mit einem einzigen dikken Federblatt, welches zusammen mit der Oberfeder eingespannt ist und dessen Oberseite eine Krümmung von der Oberfeder weg aufweist, so daß sie bei unbelasteter Feder einen Spalt mit der Oberfeder bildet.

Damit man bei einem Kraftwagen, z. B. einem Lastkraftwagen, unter allen vorkommenden BeIa- ₄„ etungsverhältnissen eine einwandfreie Federung ertiält, verwendet man oft eine progressive Federung, was bedeutet, daß die Federn derart ausgebildet sind, daß sich ihr Widerstand mit erhöhter Belastung vergrößert. Dies wird üblicherweise mittels einer Hilfsfeder erreicht, die oberhalb oder unterhalb der üblichen Feder oder Hauptfeder montiert ist. Wenn die Belastung eine gewisse Größe erreicht, tritt die Hilfsfeder in Wirksamkeit, um die Hauptfeder zu unterstützen und zu verstärken.

Bei dieser Anordnung erhält man für geringe Belastungen eine weichere Abfederung und niedrige Schwingungszahlen in der Nähe der Grenze, wo die Hilfsfeder in Wirksamkeit tritt. An diesem Punkt erhält die Federcharakteristik einen scharfen Knick, (der eine Diskontinuität in de. Schwingungszahl ergibt, welche vor diesem Punkt für zunehmende Belastung fallend ist, welche aber an diesem Punkt plötzlich einen sehr wesentlich höheren Wert erhält, der danach wieder kontinuierlich fallend sein wird. Diese Diskontinuität in der Schwingungszahl macht sich für den Fahrer des Kraftwagens und seine eventuellen Mitfahrer sehr unangenehm bemerkbar und führt auch bei Lastkraftwagen zu unerwünschten Unregelmäßigkeiten in der Abfederung.

Es sind viele Versuche gemacht worden, um die genannten Nachteile der oben genannten Art einer progressiven Federungsvorrichtiing zu mildern. So ise eemäß der USA.-Patentschrift £ u£irSI & schwedischen Patentschrift 689 vorgeschlagen, eine aus einem Paket verhäftnismäßig dünnerFederblätter gebildete Oberfeder iutrnmen mit einer steifen Unterfeder mit ebener Obe« anzuwenden, gegen welche s.chdie Obersterbei steigender Belastung abwalzt Diese Vor-Stung hat sich indessen deswegen als unzweckmX gezeigt, weil man zu Beginn der Abwälzung Sne Diskonüdtät in sowohl den Be astungsverhaltnissen als auch der Schwingungszahl der Federvorrichtung erhält. Andere und konstruktiv ganz abeichende Versuche, die übliche Federcharakteristik Blattfeder zu ändern, sind beispielsweise in den Patentschriften 445 294 und 1008 358 sowTein, Jg- 54, Nr. 10, Oktober .952, S. 232 bis 234, beschrieben. . .

Zweck der Erfindung ist, bei einer progressiv wirkenden Blattfeder eine wenigstens innerhalb des ersten Teils des progressiven Bereichs knickfre.e Federcharakteristik und eine konstante Schw.neungszahl zu bewirken.

Dies ist dadurch erreicht, daß die Krümmung der Oberseite der Unterfeder (12) in beiden Richtungen von de zentralen Einspannstelle aus beträchtlich derart zunimmt, daß die Krümmung einen^ Höchstwert in einem Punkt erreicht, dessen Abstand von Ir Einspannstelle etwa ein Drittel der freien Lange de Unterfeder beträgt, und daß das Produkt des Elastizitätsmoduls der Unterfeder 12) und des Trägheitsmoments dieser Feder im Emspannquerschn.tt mindestens viermal so groß ist wie d,e Gesamtsumme 3es entsprechenden Produkts sämtl.cher Fcderblatter der Oberfeder (10). Eine solche Feder weist innerhalb des Bereichs des ersten Drittels der freien Lange der Unterfeder eine knickfreie Federcharaktensük und eine konstante Schwingungszahl unabhängig von der Belastung auf.

Zur näheren Erläuterung dieses. Erfindungsgedankens sei auf die Zeichnung hingewiesen. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen, progressiv wirkenden Feder und

F i g. 2 ein Diagramm über verschiedene Federungscharakteristiken.

Die in F i g. 1 dargestellte, progressiv wirkende Feder besitzt eine weiche Oberfeder 10, die aus einer Anzahl verhältnismäßig dünner Federblätter besteht und an den Enden in üblicher Weise mit Federaugen

11 ausgebildet sein kann, beispielsweise zur Verbindung der Oberfeder mit einem Fahrgestell, und eine aus einem einzigen Federblatt bestehende Unterfeder 12, wobei die Oberfeder und die Unterfeder, wie bei 13 angedeutet ist, zentral eingespannt und eingerichtet sind, um an der Einspannstelle beispielsweise mit einem Radträger verbunden zu sein. Die Unterfeder

12 hat eine konvexe Krümmung auf der Oberseite, und die Krümmung steigt von der Einspannstelle 13 auf jeder Seite derselben stark an, um einen Höchstwert in einem Punkt zu erreichen, dessen Abstand von der Einspannstelle etwa ein Drittel der freien Länge der Unterfeder beträgt. Zwischen der Oberseite der Unterfeder und der Unterseite der Oberfeder ist bei unbelasteter Feder ein Spalt 14 auf jeder Seite der Einspannstelle 13 vorhanden. Bei Belastung der Feder wird dieser Spalt ausgeglichen, und zwar infolge der Durchbiegung der Oberfeder 10 unter sukzessiver Verschiebung des Belastungspunktes zwischen Oberfeder und Unterfeder gegen das Feder-

ende hin. Über die erste Strecke dieser Bewegung innerhalb des obenerwähnten »Drittels der freien Länge« kann die Schwingungszahl annähernd konstant gehalten werden, gleichzeitig wie der Tangentenwinkel der Federcharakteristik kontinuierlich zunimmt. Mit Rücksicht auf die Belastung entspricht diese Strecke etwa einer Steigung von der Belastung bei Beginn der Progressivität zu einer etwa doppelt so großen Belastung. Für diesen ersten Teil des progressiven Bereiches ist es sehr wichtig, die ungelähr konstante Schwingungszahl und die erwähnte Steigung im Tangentenwinkel zu erzielen. Die übrigen zwei Drittel der freien Länge können eine konstante Krümmung oder andere Form haben, ohne daß die Eigenschaften der Abfederung sonderlich beeinflußt werden. Bei Höchstbelastung liegt die Oberfeder mit ihrer Unterseite gegen die ganze Oberseite der Unterfeder an, indem die Federn bei Höchstbelastung die in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien markierte Lage einnehmen.

Erfindungsgemäß ist nun das Produkt des Elastizitätsmoduls E₁₁ der Unterfeder 12 und des Trägheitsmoments /„ dieser Feder im Einspanniiuerschnitt. d. h. E₁, ■ /„, mindestens viermal so groß wie die Gesamtsumme des entsprechenden Produkts sämtlicher Federblätter in der Oberfeder 10, d. h. 2' (E_n ■ I_n), falls der Elastizitätsmodul dieser Federblätter mit E₀ und deren Trägheitsmoment im Einspannquerschnitt mit /₍₎ bezeichnet werden. Für die erfindungsgemäße, progressiv wirkende Feder gilt somit das Verhältnis derungscharakteristik der erfindungsgemäßen. progressiv wirkenden Feder ist in der durch volle Linien veranschaulichten Kurve festgehalten. Diese Kurve hat einen einleitenden linearen Bereich u. welcher der Durchbiegung lediglich der Oberfeder 10 entspricht, und einen progressiven Bereich b, welcher der Durchbiegung sowohl der Oberleder 10 wie der Unterleder 12 entspricht. Für die Durchbiegung in diestm Bereich nilt das Verhältnis

I₁,

,. 4

Es wird im Diagramm gemäß Fig. 2 angenommen, daß die Ordinate die Belastungskraft auf die Feder, mit P bezeichnet, darstellt, während es angenommen wird, daß die Abskizzc die Durchbiegung der Feder, mit d bezeichnet, darstellt. Die gestrichelte Gerade 14 stellt die Federungscharakteristik einer übliehen Blattfeder ohne Progressivität dar. und es ist ersichtlich, daß die Durchbiegung einer solchen Feder zur Belastung direkt proportional ist. Die Fe d -

1)

falls man wünscht, daß die Feder eine konstante Schwingungszahl unabhängig von der Belastung haben ,. soll. Durch Erhöhung des Verhältnisses

2 (£„·/„>

auf 10 bis 15 kann man eine übel-progressive Federungscharakteristik im Bereich b gemäß der strichpunktierten Kurve 16 im Diagramm laut F i g. 2 erreichen. Gleichzeitig kann das die Unterleder 12 bildende dicke Federblatt aus einem Material mit gerin-

j₅ gerer Bruchfestigkeit hergestellt werden.

Zur Erzielung der größtmöglichen Wirtschaftlichkeit kann man zweckmäßigerweise die Unterfeder 12 von der Einspannstelle 13 gegen die freien Luden hin (oder gegen das freie Ende hin, falls es sich um eine progressive Feder handelt, die nicht an der Mitte, sondern am einen Ende eingespannt ist und an dem anderen Ende ein Federauge hat. wie /. B. eine viertelelliptische Feder) mit abnehmendem Querschnitt ausbilden, gleichzeitig wie der Oberseile diesel Feder eine solche Form in unbelastetem Zustand gegeben wird, daß die Blätter der Oberleder über den größten Teil ihrer Länge eine konstante Krümmungsänderung unter Durchbiegung zur Höchstbelastung erhalten. Es läßt sich hierdurch erzielen, daß der

₄„ größte Teil sowohl der Oberfeder wie der Unterleder eine etwa konstante Biegespannung erhält, die der für jede Feder zulässigen Biegespannung bei Höchstbelastung entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Progressiv wirkende Blattfeder, bestehend aus einer weichen Oberfeder mit einem Paket verhältnismäßig dünner Federblätter und einer Unterfeder mit einem einzigen dicken Federblatt, welches zusammen mit der Oberfeder eingespannt ist und dessen Oberseite eine Krümmung von der Oberfeder weg aufweist, so daß sie bei unbelasteter Feder einen Spalt mit der Oberfeder bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Oberseite der Unterfeder (12) in beiden Richtungen von der zentralen Einspannstelle aus beträchtlich, derart zunimmt, daß die Krümmung einen Höchstwert in einem Punsit erreicht, dessen Abstand von der Einspannstelle etwa ein Drittel der freien Länge der Unterfeder beträgt, und daß das Produkt des Elastizitätsmoduls der Unterfeder (12) und des Trägheitsmoments dieser Feder im Einspannquerschnitt mindestens viermal so groß ist wie die Gesamtsumme des entsprechenden Produkts sämtlicher

   Federblätter der Oberfeder (10).

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