DE2616923A1

DE2616923A1 - Torsionsstabfederungssystem

Info

Publication number: DE2616923A1
Application number: DE19762616923
Authority: DE
Inventors: Marian Henryk Dipl Ing Kaluba; Mieczyslaw Konrad Ofierzynski
Original assignee: Politechnika Poznanska
Current assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 1975-04-18
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1976-10-21
Also published as: CH605190A5; GB1525647A; FR2308018B1; FR2308018A1; JPS51131016A; DD123873A5

Description

Politechnika Poznanska 15. April 1976

Foznan / Polen EZ/Hu

PL 2336

Torsionsstabfederungssystem

Gegenstand der Erfindung ist ein Torsionsstabfederungssystem insbesondere für Fahrzeuge.

Bei Federungssystemen werden sehr verschiedene federnde Elemente verwendet. Es können Blattfedern, Schraubenfedern, Gummifedern, Gummi-Ketallfedern, pneumatische Federbalge und dergleichen verwendet werden. Für viele Vorrichtungen, insbesondere für Fahrzeuge sind Torsionsstäbe sehr vorteilhaft.

In bekannten Torsionsstabfederungen ist jeder Torsionsstab an mindestens einer Stelle starr befestigt und weist einen Hebel auf, dessen Verschwenkung eine Torsion des Stabes bewirkt. Manchmal werden große effektive Arbeitshübe der Federung gefordert, wobei aber die Festigkeit der Torsionsstäbe nicht überschritten werden darf. Bei sehr großen Arbeitshüben der Federung müssen die Torsionsstäbe sehr lang sein. Oft ist das

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aber aus konstruktiven und geometrischen Gründen nicht möglich. Aus diesem Grund versucht man komplizierte Systeme mit mehreren Torsionsstäben zu verwenden, bei denen die Torsionsstäbe entweder parallel oder in Eeine angeordnet sind. Solche Systeme erwiesen sich jedoch meistens als zu aufwendig.

Kennzeichend für alle bekannten Torsionsstabfeuerungen ist, daß die einzelnen Torsionsstäbe zur Federung ge einer Seite des Fahrzeuges dienen. Wenn zum Beispiel im Fahrzeug zwei Torsionsstäbe verwendet werden, dann federt ein Stab eine Seite des Fahrzeuges und der zweite Stab federt die zweite Seite. Wenn vier Stäbe verwendet werden, dann federn zwei davon eine Seite des Fahrzeugs und die zwei weiteren die zweite Seite des Fahrzeuges usw.

Torsionsstäbe werden auch in Fahrzeugen als Stabilisatoren zur Verringerung der Kurvenneigung und der Pendelbewegungen beim einseitigen "überfahren von Hindernissen eingesetzt. In diesem Fall weist ein Torsionsstab beidseitig je einen Hebel auf. Diese Hebel sind gleichsinnig gerichtet und bilden mit dem Torsionsstab ein Element in Form des Buchstabens G. Beide Hebel sind gleich lang und ihre freien Enden sind mit einem der gegenseitig stabilisierten Elemente oder Baugruppen kraftschlüssig verbunden. Der Torsionsstab ist im zweiten der gegenseitig stabilisierten Elemente drehbar gelagert. Ein derartiger Stabilisator kann jedoch gleichsinnige vertikale Kräfte, die beim Überfahren beidseitiger Hindernisse im Fahrzeug ent-

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stehen, nicht übertragen.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine federnde Verbindung zweier Elemente unter Anwendung mindestens eines Torsionsstabes zu schaffen, in welcher bei einer kleinen Torsion dieses Stabes, d.h. bei einer Torsion die für kurze Torsionsstäbe zulässig ist, ein langer Hub der Federung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß das Federungssystem mindestens einen federnden Differentialmechanismus aufweist, in welchem ein drehbar gelagerter Torsionsstab mit zwei Hebeln ungleicher Länge vorgesehen ist.

Der Torsionsstab ist in einem der federnd verbundenen Elemente drehbar gelagert, und die Torsionsstabhebel ungleicher Länge sind mit dem zweiten der federnd verbundenen Elemente und gegebenenfalls mit den Hebeln eines zweiten Torsionsstabes, kraftschlüssig verbunden. Diese Verbindung kann entweder unmittelbar sein oder sie kann mittels beliebiger bekannter Mittel erfolgen, was nachstehend näher erläutert wird.

Der Torsionsstab und seine Hebel bilden zusammen ein Element, dessen Form etwa dem Buchstaben "G" entspricht. Der Torsionsstab und seine beiden Hebel können in einer Ebene liegen oder auch nicht. Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Federungssystems beruht darauf, daß große Bewegungen des gefederten Elementes oder der gefederten Baugruppe bezüglich des

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ungefederten Elementes erhalten werden können, wobei die

Torsion des Torsionsstabes verhältnismäßig klein ist. Dieses ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Systems in Vorrichtungen mit begrenzten Ausmaßen, insbesondere in Fahrzeugen*

Ein zweiter v/esentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, daß bei Schlingerbewegungen des gefederten Elementes bezüglich des ungefederten Elementes große zu diesen Bewegungen entgegengerichtete Kräfte entstehen. Deshalb kann das erfindungsgemäße Sjstem ein traditionelles System mit unabhängigen an beiden Seiten des Fahrzeuges angeordneten Federn (z.B. Schraubenfedern), wie auch bekannte Stabilisatoren gegen Kurvenneigung ersetzen.

Ein dritter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Systems beruht darauf, daß die Steifigkeit des Systems nicht nur durch entsprechende Wahl des Materials, der Länge und des Durchmessers des Torsionsstabes und die Wahl der Länge seiner Hebel an die geforderten Beanspruchungen angepaßt werden kann, sondern daß zusätzlich diese Steifigkeit durch eine Wahl der Differenz der Längen der beiden Torsionsstabhebel sowie durch die Wahl des Angriffspunktes der Belastung bestimmt bzw. geregelt werden kann. Man kann auch die Steifigkeit einer kompletten Federung korrigieren, ohne dabei den Torsionsstab auswechseln

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zu müssen. Eire weitgehende Vereiheitlichung der Torsionsstangen für einen sehr breiten Bereich geforderter Eigenschaften der Federungen ist auch möglich.

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Das erfindungsgemäße Federungssystem kann in zwei verschiedenen Grund ausführungeil ausgeführt werden.

In der ersten Grundausführung ist der Torsionsstab - bzw. sind die Torsionsstäbe - im gefederten Element drehbar gelagert und seine beiden Hebel sind mit dem ungefederten Element kraftschlüssig gekoppelt. In der zweiten Grundausführung ist der Torsionsstab im ungefederten Element drehbar gelagert und mit seinen beiden Hebeln ist das gefederte Element kraftschlüssig verbunden.

Im Eahmen des erfindungsgemäßen Federungssystems sind mehrere Ausführungen der Torsionsstabfederung möglich. Außer der einfachsten Ausführung mit einem Torsionsstab können auch Systeme mit mehreren Torsionsstäben verwendet werden. Die Torsionsstäbe können in solchen Systemen entweder nebeneinander in einer Heihe angeordnet sein oder sie können gegenseitig parallel in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sein. Die letztgenannten beiden Systeme können auch gleichzeitig verwendet werden.

Bei Systemen mit zwei parallelen Torsionsstäben sind die Hebel der Torsionsstäbe entweder unmittelbar oder mittelbar miteinander gekoppelt und zwar auf solche Weise, daß je ein langer Hebel eines Torsionsstabes mit dem kurzen Hebel des zweiten Torsionsstabes kraftschlüssig verbunden ist.

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Die Koppelung der Hebel zweier paralleler Torsionsstangen kann auch unter Einschaltung mindestens eines Teiles eines der mit dem Fede rungs system verbundenen Elemente erfolgen. Ein Federungssystem mit mindestens zwei parallelen Torsionsstäben ist deswegen vorteilhaft, da es möglich ist, durch die Wahl des Angriffspunktes der Belastung die Arbeitscharakteristek des Systems zu beeinflussen.

Ein Federungssystem mit zwei Torsionsstangen weist nämlich verschiedene Eigenschaften auf, je nachdem, ob die Belastung am kürzeren Hebel oder am längeren Hebel angreift.

Die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Federungssystems hängen auch in gewissem Maße davon ab, in welcher Weise die kurzen Hebel mit den langen Hebeln in einem Torsionsstabpaar zusammengekoppelt sind. Diese Hebel können entweder unmittelbar gleitend miteinander gekoppelt sein oder es können zwischen diesen Hebeln Gleitelemente eingelegt sein, welche sich relativ zu beiden Hebeln in gewissen Grenzen bewegen können. Die Gleitelemente können auch an einem Hebel befestigt sein und zwar können sie entweder an den kürzeren Hebeln befestigt sein und auf den längeren Hebeln gleiten, oder sie können an den längeren Hebeln befestigt sein und auf den kürzeren Hebeln gleiten. In jedem der oben genannten Fälle werden unterschiedliche Eigenschaften des Federungssystem erzielt, was nachstehend näher erläutert wird.

Anstatt einer gleitenden Koppelung der Torsionsstabhebel können

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zwischen diesen Hebeln auch rollende Elemente eingelegt werden. Es können also zwischen den Hebeln Hollen angeordnet
werden, welche an keinem der Hebel befestigt sind, eventuell Bollen die zwei kreisförmige Kragarme an beiden Enden haben, wobei ihr mittlerer walzenförmiger Teil auf der Oberfläche
des einen Hebels rollt und die seitlichen Kragarme auf der
Oberfläche des zweiten Hebels rollen.

In anderen Ausführungen können die Hollen in den kürzeren oder in den längeren Hebeln drehbar gelagert sein oder sie können auch einstellbar gelagert sein. In weiteren Ausgestaltungen
der Erfindung können die kürzeren Hebel mit den längeren Hebeln mittels Gelenkhebeln oder Bogennocken oder Verzahnungen verbunden sein. Die gegenseitig zusammenwirkenden Torsionsstabhebel können auch mittels federnden Verbindungsstücken,
insbesondere Gummielementen gekoppelt sein.

Die obengenannten Koppelungselemente werden entsprechend gewählt, je nachdem, ob das aus Torsionsstabhebeln zusammengesetzte Hebelgetriebe degressiv oder progressiv sein soll.

Das erfindungsgemäße Federungssystem kann mit einem beliebigen bekannten federnden Element zusammenwirken, wie z.B. mit einem einseitig starr befestigten Torsionsstab oder mit einer beliebigen anderen Feder oder einem Gummielement, einem pneumatischen Balg oder einem hydraulischen Zylinder.

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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Federungssystems und dessen Wirkungsweise unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. i ein Federungssystem mit einem Torsionsstab in achsonometrischer Projektion,

Fig. 2 einen Torsionsstab mit seinen Hobeln in Seitenansicht,

Fig. 5 ein Federungssystem mit zwei in einer Achse liegenden Torsionsstäben, schematisch in achsonometrischer Projektion,

Fig. 4- eine andere Ausgestaltung des Federungssystems mit zwei in einer Achse liegenden Torsionsstäben, schematisch in achsonometrischer Projektion,

Fig. 5 ©in Federungssystem mit zwei parallelen Torsionsstäben, welche mittels einer Platte verbunden sind, in achsonometrischer Projektion,

Fig. 6 ein Schema der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 5j

Fig. 7 ein Federungssystem mit vier Torsionsstäben, schematisch in achsonometrischer Projektion,

Fig. 8 ein Federungssystem mit zwei parallelen Torsionsstäben, deren Hebel sich gegenseitig paarweise berühren, in achsonometrischer Projektion,

Fig. 9 ein Schema der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 8 bei lotrechter Belastung mit zwei gleichgroßen und gleichsinnigen Kräften,

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Fig. ΊΟ ein Schema der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 8 bei Belastung mit einem lotrechten Kräftepaar,

Fig. 11 eine andere Ausgestaltung des Federungssystems mit zwei parallelen Torsionsstaben, deren Hebel sich gegenseitig paarweise berühren, in achsonometrischer Projektion,

Fig. 12 ein Schema der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. bei Belastung mit zwei gleichgroßen gleichsinnigen lotrechten Kräften,

Fig. 1$ ein Schema der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. bei Belastung mit einem lotrechten Kräftepaar,

Fig. 14 ein Federungssystem mit vier Torsionsstäben schematisch in achsonometrischer Projektion,

Fig. 15 bis 19 erfindungsgemäße Federungssysteme je mit zwei Torsionsstäben, wobei in diesen Figuren fünf verschiedene Koppelungssysteme zwischen den Hebeln gezeigt sind,

Fig. 20 ein Ausführungsbeispiel einer Federung der Kadsätze in Eisenbahnwagen, in Seitenansicht,

Fig. 21 die Badsatzfederung gemäß Fig. 20 in Draufsicht,

Fig. 22 ein Ausführungsbeispiel einer Federung für Straßenfahrzeuge im Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 23,

Fig. 23 die Straßenfahrzeugfederung gemäß Fig. 22 in Draufsicht,

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Fig. 24- ein Ausführungsbeispiel einer Wiegenfederung bei . Eisenbahnwagen in Seitenansicht,

Fig. 25 die Wiegenfederung gemäß Fig. 24- in Draufsicht,

Fig. 26 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wiegenfederung in Seitenansicht,

Fig. 27 die Wiegenfederung gemäß Fig. 26 in Draufsicht,

Fig. 28 ein Ausführungsbeispiel der "Verbindung zweier Torsionsstabhebel in Draufsicht und

Fig. 29 ein Federungssystem mit einem Torsionsstabpaar und zwei zusätzlichen mitwirkenden Torsionsstäben in Draufsicht.

Im Federungssystem gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Torsionsstab 1 im gefederten Element 2 in zwei Lagern 3 drehbar gelagert. Auf den beiden Enden des Torsions Stabes 1 sind Hebel 4-, 5 befestigt und^war auf dem einen Ende ein langer Hebel 4·, auf dem anderen Ende ein kurzer Hebel 5· Der lange Hebel 4· stützt sich auf einem ungefederten Element 6 mittels einer zylindrischen Gelenkverbindung ab. Der kurze Hebel 5 stützt sich mit seinem freien Ende direkt auf dem ungefederten Element 6 ab. Bei Einwirkung einer lotrechten Kraft P^ wird das gefederte Element 2 zusammen mit dem Torsionsstab 1 um den Weg "f" lotrecht verlagert. Diese Verlagerung bewirkt Auslenkungen der Hebel 4· und 5» wobei zwischen ihnen ein Winkel ScL entsteht, welcher bei konstanter Entfernung beider Torsionsstäbe von der Differenz Δ r der Hebellängen abhängig ist. Dieser Winkel SoC ist zugleich

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der Winkel der effektiven Torsion des Stabes 1.

Das in I¹Xg. 3 dargestellte Federungssystom enthält einen zentralen langen Hebel 4 und zx^ei kurze Hebel 5 und 5', die auf beiden Enden des Torsionsstabes befestigt sind. Der Torsionsstab ist aus zwei in einer Linie liegenden Torsionsstäben 1 und 1¹ zusammengesetzt, die miteinander integral verbunden sind. Im kinematischen Sinne unterscheidet sich ein derartiges System nicht vom System gemäß Fig. 1 und 2, doch sind wegen der Symmetrie des Systems gemäß Fig. 3 die Arbeitsbedingungen des Gelenkes zwischen dem langen Hebel 4 und dem ungefederten Element 6 günstiger.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann ein ähnliches System mit einem zentralen kurzen Hebel 5 und zwei seitlichen langen Hebeln 4 und 4-¹ verwirklicht werden. Der Torsionsstab ist ein monolithisches Stück, doch arbeitet er wie zwei separate Torsionsstäbe 1 und 1'.

Ein anderes System ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt worden. In diesem System sind zwei Torsionsstäbe 1 und 1'in Lagern 3 im ungefederten Element 6 drehbar gelagert. Der Torsionsstab 1 weist einen langen Hebel 4 und einen kurzen Hebel 5 auf. Analog hat der Torsionsstab 1' einen langen Hebel 4' und einen kurzen Hebel 5'· DiQ Hebel 4- und 5* sowie die Hebel V und 5 sind gegenseitig derart angeordnet, daß sich auf jeder Seite des Federungssystems je ein langer Hebel eines TorsionsStabes

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und ein kurzer Hebel des zweiten TorsionsStabes befindet. Das gefederte Element 2, welches die Gestalt einer Platte aufweist, ist von unten auf den freien Enden der kurzen Hebel 5 und 5' abgestützt. Die freien Enden der langen Hebel 4 und 4¹ stützen sich auf der oberen Fläche der Platte 2 ab. Es ist offensichtlich, daß die Platte 2 lediglich ein Teil eines größeren gefederten Elementes sein kann, das in der Zeichnung der Vereinfachung wegen - nicht wiedergegeben ist.

Wie aus der schematischen Zeichnung in Fig. 6 hervorgeht, wird die gefederte Platte 2 unter der Belastung P-, nach unten um die Strecke "f" bewegt. Diese Bewegung bewirkt VerSchwenkungen der vier Hebel 4 und 4' sowie 5 und 5'· Der Schwenkwinkel der kurzen Hebel 5 und 5¹ ist größer als der Schwenkwinkel der langen Hebel 4 und 4'. Die Hebel 4· und 5 sowie die Hebel 4' und 5' bilden miteinander den Winkel ·£<*-, der von der Differenz Δ r der Hebelarmlängen abhängig ist. Dieser Winkel ist gleichzeitig der Torsionswinkel der Stäbe 1 und 1'.

Im Federungssystem gemäß Fig. 7 werden zwei Torsionsstäbe 1 und 1' verwendet, die parallel zueinander angeordnet sind. Jeder dieser Stäbe 1, 1¹ hat drei Hebel, und zwar einen zentralen langen Hebel 4 bzw. 4', und ge zwei seitliche kurze Hebel 5 bzw. 5'· ^Die Stäbe 1 und V sind im ungefederten Element 6 drehbar gelagert. Das gefederte Element 2 weist die Gestalt einer Platte auf und stützt sich auf die freien Enden

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der vier kurzen Hebel 5 und 5'. Die freien Enden der langen zentralen Hebel 4 und 4' stützen sich auf der oberen Fläche der gefederten Platte 2 ab.

Die Wirkungsweise dieses "doppelten" S7/"stems ist analog dem System gemäß Fig. 5 und 6, mit dem Unterschied, daß die Hebel beider Torsionsstäbe gegenseitig völlig symmetrisch angeordnet sind.

Im Federungssystem gemäß Fig. 8, 9 und .10 sind zwei parallele Torsionsstäbe 1 und 1' verwendet worden, welche in Lagern 3 am ungefederten Element 6 drehbar gelagert sind. Jeder dieser Torsionsstäbe 1 und 1 ' weist zwed(Hebel auf und zwar einen langen Hebel 4 bzw. 4' und einen kurzen Hebel 5 bzw. 5'· Die Hebel beider Torsionsstäbe sind derart zueinander angeordnet, daß auf den kurzen Hebeln 5 und 5' von oben die langen Hebeln 4 und 4' druckend aufliegen. Die Hebel beider Torsionsstäbe sind somit gegenseitig antisymmetrisch angeordnet.Die Belastung Ρ·,, welche durch ein in der Zeichnung nicht eingezeichnetes gefedertes Element bewirkt wird, greift an den langen Hebeln und 4' in den Stellen an, die in der Mitte der Entfernung zwischen den Torsionsstäben 1 und 1' liegen.

Die Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 8 bei Belastung mit lotrechten gleichgerichteten Kräften ist in Fig. 9 schematisch dargestellt worden. Unter der Belastung P-,, welche nach unten gerichtet ist, werden die Hebel 4 und 4' sowie 5 und 5¹ ver-

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schwenkt. Die langen Hebel 4 und 4' schwenken um einen kleineren Winkel als die kurzen Hebel 5 und 5'. Aus diesem Grund v/erden die Torsionsstäbe 1 und 1' um den Winkel SdL tordiert. Dieser Winkel resultiert aus der Differenz der Schwenkwinkel der kurzen Hebel und der langen Hebel. Die Größe dieses Winkels hängt bei konstantem Abstand der Torsionsstäbe voneinander nicht nur von der Größe der Belastung P-, ab, sondern auch von der Differenz Δ r der Hebellängen.

Auf dem in Fig. 10 gezeigten Schema ist die Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 8 bei einer Belastung mit einem Kräftepaar P-, - P¹J₁ gezeigt worden. Die Kraft P-, ist nach unten gerichtet und wirkt auf den Hebel 4'. Die Kraft P'.f ist nach oben gerichtet und wirkt auf den Hebel 4. Die Angriffspunkte der Kräfte auf die Hebel 4 und 4' befinden sich in der Mitte zwischen den Torsionsstäben 1 und 1'.

Unter der Einwirkung der Kraft P-, wird der Hebel 4' um einen gewissen Winkel nach unten verschwenkt. Der Hebel 4¹ zwingt den Hebel 5 zu einem Verschwenken, wobei dessen Schwenkwinkel größer ist als der Schwenkwinkel des Hebels 4¹. Die Verschwenkung des Hebels 5 nach unten verursacht eine Tendenz zum Verschwenken des Hebels 4 nach unten. Auf den Hebel 4 wirkt aber von unten die Kraft P'^p cLie diesen Hebel nach oben ssn.Wßhkt. Der Torsionsstab 1 wird um den Winkel<ioC tordiert und die Wirkung des Kräftepaares P-, - P¹Ji wird ausgeglichen. Deswegen kann das erfindungsgemäße Federungssystem als Stabilisator

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gegen Pendelbewegungen und Kurvenneigung eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Federungssystem erfüllt also zugleich zwei Punktionen, und zwar wirkt es als Federung bei vertikalen Belastungen und als Stabilisator bei seitlichen Belastungen, z.B. beim Durchfahren von Kurven. Derfedernde Widerstand gegen seitliche Belastungen des gefederten Elementes ist größer als bei vertikalen Belastungen.

Die in Fig. 11 gezeigte Lösung unterscheidet sich von der Lösung gemäß Fig. 8 dadurch, daß die Angriffspunkte der Belastung P, sich auf den kurzen Hebeln 5 und 5' befinden. Deswegen sind die kurzen Hebel 5 und 5' verlängert und erstrecken sich über die Kopplungs stell en mit den langen Hebeln 4- und 4-' hinaus bis zur Mitte des Abstandes zwischen den Torsionsstäben 1 und 1'. An dieser Stelle sind an den kurzen Hebeln Zapfen 7 angeordnet. Bei dieser Konstruktion ist der Angriffspunkt der Belastung nach unten verschoben worden. Außerdem werden bei dieser Konstruktion größere Arbeitshübe der Federung erhalten als bei der Konstruktion gemäß Fig. 8 bei gleicher Torsion der Stäbe. Die Angriffspunkte der Belastung, welche sich auf den verlängerten Teilen der kurzen Hebel 5 und 5' befinden, werden nämlich außerhalb der Kontaktpunkte der langen und kurzen Hebel verschwfikt. Diese Tatsache ist aus den Schemen in Fig.12 und 13'ersichtlich, die analog wie die Schemen in Fig. 9 und 10 für vertikale und seitliche Belastungen angefertigt worden sind.

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In Fig. 14 ist schematisch ein Doppelsystem gezeigt, in welchem die Torsionshebelarme gegenseitig gekoppelt sind. In diesem Fall hat der Stab 1 einen zentralen langen Hebel 4 und zwei seitliche kurze Hebel 5· Der Stab 1' hat einen zentralen kurzen Hebel 5' und zwei seitliche lange Hebel 4'. Die langen Hebel 4 und 4' des Federungssystems stützen sich auf den kurzen Hebeln 5 und 5¹ ab. Das System ist völlig symmetrisch.

In den Fig. 15 bis 19 ist gezeigt, welche Bedeutung das System der Kopplung zwischen den Hebeln zweier zusammenarbeitender Torsionsstäbe auf die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Federung hat.

In der Ausgestaltung gemäß Fig. 15 sind die Hebel beider Torsionsstäbe derart zueinander angeordnet, daß auf die kurzen Hebel 5 und 5¹ die langen Hebel 4 und 4-' von unten drücken, auf welche die Belastung P, einwirkt. An den langen Hebeln 4 und 4' sind prismatische Gleitelemente 8 befestigt.

Bei der Belastung P-, nehmen die Hebel 4 und 4¹ sowie 5 und 5' die Lage an, welche mit gestrichelten Liniaa. auf der schematischen Zeichnung eingezeichnet ist. Der Angriffspunkt der Belastung verschiebt sich um die Strecke "e". Die langen Hebel 4 und 4" schwenken um den Winkel ->x. und die "kurzen Hebel 5 und 5' schwenken um den Winkel^ bezüglich der Ausgangslage. Der letztgenannte Winkel oCp ist größer als der Winkel oC^.. Die Stäbe 1 und 1¹ werden also um einen Winkel οίο ~ ^/1 tordiert. Der Wert

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dieser Torsion ist entscheidend für den effektiven Hub (Strecke e) des Federungssystems. Dieser Hub hängt nicht nur vom Wert der Belastung P-,, sondern auch von der Differenz der Hebellängen der zusammenwirkunden Hebel sowie von dem Abstand der zusammenarbeitenden Torsionsstäbe ab.

Beim Verschwenken der Hebel während der Belastung gleiten die prismatischen Elemente 8 auf der Oberfläche der kurzen Hebel 5 und 5' und demzufolge vergrößert sich die effektive Länge der Hebel 5 und 5¹ um den Abschnittet' . Da die effektive Länge der langen Hebel 4 und 4¹ konstant bleibt, verschiebt sich die Projektion des Kontaktpunktes beider Hebel auf eine die beiden Stäbe verbindende Linie in Richtung der Befestigung der langen Hebel 4 und 4'.

Dies bewirkt eine Abnahme der Hebellängendifferenz und deswegen eine Abnahme des Torsionszuwachses beim Anstieg der Belastung. Im Hebelmechanismus verkleinert sich also das Übersetzungsverhältnis bei steigenden Schwenkwinkeln der Hebel. Der Mechanismus hat also bei steigender Belastung eine degressive Charakteristik der Kraftübersetzung.

Die Ausgestaltung gemäß Fig. 16 unterscheidet sich vom System gemäß Fig. 15 dadurch, daß die prismatischen Gleitelemente 8 an den kurzen Hebeln 5 und 5¹ befestigt sind. Die Wirkungsweise des Federungssystems bei einer Belastung ist analog wie bei dem System gemäß Fig. 15_S mit dem Unterschied, daß beim Schwenken der Hebel 4 und 4' sowie 5 und 5' die prismatischen

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Elemente 8 auf der Oberfläche der langen Hebel 4 und 4' gleiten, wobei mit dem Anstieg der Belastung die effektive Länge der Hebel 4 und 4' um den Abschnitt ό t zunimmt. Die effektive Länge der kurzen Hebel 5 und 5' bleibt konstant. Die Hebellängendifferenz der zusammenarbeitenden Hebel nimmt deswegen zu und der Torsionszuwachs der Stäbe beim Anstieg der Belastung wird immer größer. Der Hebelmechanismus hat also bei steigender Belastung eine progressive Charakteristik der Kraft-Übersetzung.

Die in Fig. 17 gezeigte Ausgestaltung der Federung unterscheidet sich von den oben besprochenen dadurch, daß anstatt der prismatischen Gleitelemente im Kontaktbereich der Hebel 4 und 4' sowie 5 ¹¹¹^d 5' Bogennocken 3a angeordnet sind, die aufeinander rollen, eventuell mit einem gleichzeitigen geringfügigen Gleiten. In diesem Fall ist die Wirkungsweise der Federung ähnlich, wie bei den Systemen gemäß Fig. 15 und 16. Durch entsprechende Wahl der Bogennocken 8a kann eine Konstanz der effektiven Längen der zusammenarbeitenden Hebel erzielt werden und deswegen mindestens in einem gewissen Bereich auch eine lineare Charakteristik der Federung.

Ähnliche Effekte können mit einer Konstruktion gemäß Fig. 13 erreicht werden, in welcher Hollen 8b anstatt der Bogennocken 8a zwischen den Hebeln 4 und 5' sowie 4¹ und 5 verwendet sind. Während der Verschwenkungen der Hebel drehen sich die Rollen 8b zwischen den Enden der Hebel.

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In der Konstruktion gemäß Fig. 19 sind zur Kopplung der Hebelenden Gelenkhebel 9 eingesetzt .

In den Fig. 20 und 21 ist ein erfindungsgemäßes Federungssystem gezeigt, welches zur Radsatzfederung in einem Eisenbahnwagen verwendet worden ist. Die Torsionsstangen 1 und 1' sind in Lagern 3 drehbar gelagert, welche am als gefedertes Element dienenden Eahmen des Drehgestells befestigt sind. Die langen Hebel 4 und 4¹ stützen sich auf den Achslagern des Badsatzes 10 ab, welcher das ungefederte Element bildet. Die freien Enden der kurzen Hebel 5 und 5' sind abgerundet und sie gleiten auf den oberen Flächen der langen Hebel 4 und 4'. Die Wirkungsweise der Federung ist analog zu der Federung, welche schematisch in Fig. 16 gezeigt worden ist.

In den Fig. 22 und 23 ist ein erfindungsgemäßes Federungssystem für ein Straßenfahrzeug dargestellt worden. Die Torsionsstäbe sind in Lagern 3 drehbar gelagert, die an der als gefedertes Element 2 dienenden Karosserie befestigt sind. An den langen Hebeln 4 und 4' sind die Achsen von Laufrädern 11 befestigt. Die Wirkungsweise der Federung ist ähnlich wie die des Systems gemäß Fig. 16. An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, daß die Laufrader mit keiner starren Achse verbunden sind.

In den Fig. 24 und 25 ist ein erfindungsgemäßes Federungssystem gezeigt, welches zur Wiegenfederung eines Eisenbahn-

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wagens verwendet worden ist. Die Torsionsstäbe 1 und 1' sind drehbar in Lagern 3 gelagert, welche mit dem Wagenkasten unter Vermittlung der Wiege verbunden sind. Die Wiege ist auf der Zeichnung mit der Ziffer 2 als gefedertes Element bezeichnet. Die langen Hebel 4 und 4' haben Zapfen 12, die in mit dem Drehgestell verbundenen Laschen 13 geführt sind. Das in der Zeichnung nicht dargestellte Drehgestell bildet das ungefederte Element. Die Wirkungsweise dieser Wiegenfederung ist analog zu der Federung gemäß Fig. 16.

In den Fig. 26 und 27 ist auch eine Wiegenfederung gezeigt. In dieser Federung sind die Zapfen 12 an den Enden der kurzen Hebel 5 und 5' befestigt. Die kurzen Hebel sind deswegen verlängert und ihre freien Enden erstrecken sich über die Mitte des Abstandes zwischen den Torsionsstäben 1 und 1'. Die langen Hebel 4 und 4' sind an den freien Enden abgerundet und gleiten auf den unteren Flächen der kurzen Hebel 5 und 5'. Die langen Hebel 4 und 4¹ haben etwa in der Mitte ihrer Länge eine Erweiterung mit einer zentralen Aussparung 14. In diese Aussparung greifen die Zapfen 12 zusammen mit den Enden der Laschen 13 ein. Die Wirkungsweise dieser Federung ist analog der Federung gemäß Fig. 11 bis 13.

Die Ausgestaltung gemäß Fig. 28 ist eine Abänderung der Konstruktion gemäß Fig. 26 und 27. Die kurzen Hebel 5 und 5' haben die Gestalt von Gabeln, wobei die Zapfen 12 an den Gabelarmen 15 der Gabeln befestigt sind. Die freien Enden der langen

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Hebel 4 und 4' stützen sich von unten gegen die kurzen Hebel 5 und 5'· Wie schon im Zusammenhang mit den Fig. 11 - 13 besprochen, können bei Federungssystemen, in welchen die Belastung an den verlängerten kurzen Hebeln 5 und 5¹ angreift,, bei einer gegebenen Torsion der Stäbe 1 und 1' besonders große Arbeitshübe des gefederten Elementes gegenüber dem ungefederten Element erzielt werden.

Das in Fig. 29 gezeigte Federungssystem ist dem Federungssystem gemäß Fig. 24 und 25 verwandt. In diesem Fall sind aber die Torsionsstäbe 1 und 1' aus Bohren hergestellt. Im Inneren dieser Rohre befinden sich zusätzliche Torsionsstäbe 16 und 16', welche an einem Ende starr in Klemmen 17 befestigt sind. Diese Klemmen 17 sind am gefederten Element befestigt, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Am anderen Ende sind die Torsionsstäbe 16 und 16' in Lagern 3 drehbar gelagert, welche am gefederten Element angeordnet sind, wobei an demselben Ende diese Torsionsstäbe 16 und 16' starr mit den Enden der rohrförmigen Torsionsstäbe 1 und 1' verbunden sind.

Bei einer derartigen Konstruktion wirken die Torsionsstäbe 16 und 16' als zusätzliche Federn, die das erfindungsgemäße aus den Torsionsstäben 1 und 1¹ und den Hebeln 4, 4', 5» 5' bestehende Federungssystem unterstützen. Die Torsionsstäbe 16 und 16' wirken auf die allgemeine bekannte Weise.

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Claims

15. April 1976 BZ/Hu PL 2386 Pat entanSp ruche

1. .Torsionsstabfederungssystem, in welchem mindestens ein Torsionsstab an einem der mit diesem System gekoppelten Elemente oder Baugruppen angeordnet ist und die Torsionsstabhebel mit dem zweiten, der mit diesem System gekoppelten Elemente oder Baugruppen kraftschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Federungssystem mindestens einen federnden Differentialmechanismus aufweist, der aus einem drehbar gelagerten Torsionsstab (1) mit zwei Hebeln (4-, 5) ungleicher Länge besteht.

2. Torsxonsstabfederungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Differentialmechanismus mindestens einen Satz aus zwei Torsionsstäben (1, "I¹) aufweist, die in einer Linie angeordnet sind und gegebenenfalls integral vereinigt sind, wobei jeder Satz zwei seitliche Hebel (4- und V) oder (5 und 5') gleicher Länge und einen zentralen Hebel (4-) oder (5) mit unterschiedlicher Länge enthält.

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3. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Differentialmechanismus mindestens einen Satz aus zwei Torsionsstäben (i und I¹) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und je einen kurzen Hebel (5) bzw. (5¹) sowie je einen langen Hebel (4) bzw. (4') aufweisen, wobei diese Hebel miteinander unmittelbar oder mittelbar derart gekoppelt sind, daß je ein langer Hebel (4) bzw. (4') eines Torsionsstabes mit dem kurzen Hebel (5^!) bzw. (5) des zx^eiten Torsionsstabes kraftschlüssig verbunden ist.

4. Torsionsstabfederungssystem nach^Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Differentialmechanismus mindestens einen Satz aus zwei Torsionsstaben (1 und 1') aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und je einen kurzen Hebel (5) bzw. (5¹) sowie je einen langen Hebel (4) bzw. (4¹) aufweisen, wobei die Hebel (4 und 5¹) sowie (4' und 5) mittels mindestens eines Teiles (2) eines der mit diesem Federungssystem verbundenen Elemente gekoppelt sind.

5. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (4, 5') sowie (4¹, 5) durch Elemente, wie Gleitstücke, Hollen, Gelenke oder Gelenkhebel, miteinander gekoppelt sind.

6. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (4, 5') und (4¹, 5) sich aufeinandergleitend berühren.■

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7. Torsionsstabfederungssystem nachAnspruch. 3, dadurch, gekennzeichnet, daß in den Verbindungsstellen der Hebel

(4-, 5') ^urL(3· (4-'j 5) Bogennocken oder Verzahnungen angeordnet sind.

8. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch. 3, dadurch, gekennzeichnet, daß es mit mitwirkenden federnden Hilfselementen ausgerüstet ist.

9. Torsionsstabfederungssystem nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß seine drehbar gelagerten Torsionsstäbe (1 und 1') mit als federnde Hilfselemente dienenden Tor-

• sionsstäben (16 und 16') gekoppelt sind, die einseitig
starr befestigt sind.

10. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbar gelagerten Torsionsstäbe (1 und 1') rohrförmig gestaltet sind und daß in ihrem Inneren einseitig starr befestigte Torsionsstäbe (16, 16') angeordnet sind.

11. Torsionsstabfederungssystem nachjeinem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß seine langen Hebel (4 und 4¹) zur Übernahme der Belastung (P^) gestaltet sind.

12. Torsionsstabfederungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eeine kurzen Hebel (5 und 5')

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über die Kopplungsstellen mit den langen Hebeln (4 und 4¹) hinaus verlängert sind und die verlängerten Hebelteile zur Übernahme der Belastung (P^) gestaltet sind.

13. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (4, 5') tmd (4', 5) miteinander unter Vermittlung von federnden Verbindungsstücken gekoppelt sind.

14. Torsionsstabfederungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Verbindungsstücke aus Gummielementen bestehen.

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