DE3403882A1

DE3403882A1 - Federaggregat, bestehend aus einer wendelfeder und einem oder mehreren federtellern

Info

Publication number: DE3403882A1
Application number: DE19843403882
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Douai Hastey
Original assignee: RESSORTS IND
Current assignee: RESSORTS IND
Priority date: 1983-02-08
Filing date: 1984-02-04
Publication date: 1984-08-16
Also published as: SE8400644L; FR2540586B1; SE457109B; DE3403882C2; SE8400644D0; IT1173238B; FR2540586A1; IT8419471A0

Description

Federaggregat, bestehend aus einer Wendelfeder und einem oder mehreren Federtellern

(Priorität der französischen Anmeldung Nr. 83.öl.971 vom 8.Februar I983).

Die Erfindung betrifft ein Federaggregat nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Federaggregate können besonders vorteilhaft in Federbeinen gemäß einer Federaufhängung nach Mac Pherson für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.

Es ist bereits bekannt, Wendelfedern regelmäßig mit einem oder zwei Federtellern zu verwenden, wobei der Federteller aus einer Metallplatte besteht. Der Federteller kann eine vorbestimmte Form haben, z.B. flach, wendelförmig usw., und auf eines seiner Enden stützt sich die Wendelfeder ab. Man vertrat bis jetzt die Auffassung, daß das Ende der wendeiförmigen Feder (Federendwindung), welches sich auf den Federteller abstützt, eine Form haben müßte, die an diejenige des Federtellers angepaßt sein sollte derart, daß das Federende eine Tangente zum Federteller bilden sollte.

Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, das es wesentlich ist, wenn die Verbindung der Wendelfeder und eines scheibenförmigen Federtellers so vorbestimmt wird, daß das Ende der Feder nicht eine Tangente zur Oberfläche des Federtellers ist sondern, und zwar im Gegenteil, zu dieser Oberfläche eine Sekante bildet (mit anderen Worten, das Windungsstück am Ende der Feder, die in Kontaktberührung mit dem Federteller ist, mit dem letzteren bzw. seiner Oberfläche einen vom Wert Null abweichenden Winkel bildet); dann tritt

_{m m} w β * ο ι» * i> vv β

am Kontaktpunkt des Federendes mit der Federscheibe eine radiale Komponente (Kraftkomponente) auf und zwar an einem vorbestimmten Punkt des Federtellers selbst (mit anderen Worten, eine Komponente, die in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zur Federachse liegt): Diese Ausbildung führt zu besonderen Vorteilen beim Einsatz der Wendelfeder im Betrieb.

Hieraus ist erkennbar, daß diese besondere Eigenschaft des Federaggregates, bestehend aus der Wendelfeder und dem Federteller auch weiter besteht, solange das Federende in Bezug auf den Federteller eine Sekante ist, aber daß der Wert dieser Eigenschaft sich fortschreitend verringert, wenn das Federende, da nunmehr einer Belastung bzw. dem Fahrzeugdruck unterworfen, zu einer Tangente in Bezug auf die Oberfläche des Federtellers wird. Um der Anforderung zu genügen, dass das Federaggregat aus Wendelfeder und Federteller bzw. ihre Verbindung die vorbezeichnete vorteilhafte Eigenschaft wahrend einer Teilzeit bzw. der ganzen Betriebszeit beibehält, in welcher die Feder einer Kompression ausgesetzt ist, muß man erfindungsgemäß die Maßnahme treffen, daß der Charakter der Sekante zwischen dem Federwindungsende und dem Federteller während dieser Teilzeit bzw. der ganzen Zeit der arbeitenden Feder bzw. Betriebsdauer beibehalten wird. Zwar kann man hierfür nunmehr erfindungsgemäß im einzelnen verschiedene Lösungen einsetzen, aber eine vorteilhafte und einfache Lösung besteht in der Verwendung der Merkmale

J)O im Kennzeichen des Patentanspruches 1. Mit anderen Worten, das ganze Federwindungsende oder ein Teil davon, die Kontaktberührung mit dem Federteller hat, wird geringer verformbar gemacht, als die anderen aktiven Windungen der Feder; Man kann auch vorteilhafterweise die Maßnahme treffen, daß diese letzte Windung bzw. Federendwindung einen kleineren Durchmesserwert hat, verglichen mit demjenigen der Hauptbzw, aktiven Windungen der Feder (als Durchmesser einer Windung wird der Durchmesser des Zylinders genommen, um welchen herum diese Windung aufgewickelt werden kann).

_ Ej _

In diesem Falle (die ganze oder ein Teil der letzten Federwindung hat einen kleineren Durchmesser als derjenige der Hauptwindungen der Feder) ist es in der Regel wünschenswert, jeden Teil vor einer Berührung zwischen den Hauptwindungen und jeder Federendwindung zu bewahren. Dies kann in vorteilhafter Weise so verwirklicht werden, daß die letzteren Windungen so angeordnet werden, daß die gedachten Zylinder, um die herum jede der Windungen aufgewickelt werden kann, untereinander Tangenten bilden bzw. einander tangential berühren.

Schließlich ist es vorteilhaft, je nach Einzelfall, die neuartige Feder-Federtellerverbindung (Federaggregat) an nur einem Federende zu verwirklichen; im anderen Einzelfall jedoch an beiden Enden der Wendelfeder.

Die neue Feder-Federtellerverbindung kann zwar vielfältig angewendet werden; es ist jedoch eine besonders vorteilhafte oder ggf. optimale Anwendung darin zu sehen, sie in einer Mac Pherson-Aufhängung zu benutzen.

Die Mac Pherson-Aufhängungen enthalten ein elastisches Federbein, einen teleskopisch verschiebbaren Stoßdämpfer und eine den letzteren konzentrisch umfassende Feder bzw. Wendelfeder, die zwischen zwei befestigten Federscheiben ausgerichtet ist; die eine Federscheibe ist am Stoßdämpfergehäuse befestigt, die andere auf der in diesem Körper teleskopisch verschiebbaren Kolbenstange.

Das Federbein, befestigt an einem Ende eines Kraftfahrzeugs, ist hier starr verbunden mit dem Achsschenkel des Rades, ist freitragend an seinem anderen Ende am Fahrzeug angeordnet und erhält folglich von diesem Achsschenkel exzentrische Kräfte, auf die jeweils die Feder und der Stoßdämpfer reagieren.

Die konzentrisch zum Stoßdämpfer liegende Feder nimmt normalerweise nur die Komponente der Kraft auf, die zu ihr koaxial ist; es sind die Führungsleisten des Stoßdämpfers, die auf die seitliche Komponente reagieren. Von dort rühren starke Reibungen her, die die Eigenschaft des Stoßdämpfers ungünstig beeinflußen und zum Verschleiß führen.

Um diesen Nachteil zu vermindern, neigt man die Längsachse der Feder in Bezug auf die Achse des Stoßdämpfers derart, daß sie eine seitliche Kraftkomponente ausübt, die diejenige Kraftkomponente vermindert·, die auf die Führungsleiste bzw. Kulisse zurückgeht.

Dies erfolgt dadurch, daß man die Federteller in Bezug auf die Achse des Stoßdämpfers neigt; man ordnet sie so an, daß die Feder geradlinig unter normaler Belastung liegt.

Für alle anderen Lastwerte wird die Achse deformiert und man riskiert, daß die Feder abknickt; es ist nicht möglich, dabei sehr weit zu gehen. Andererseits erhöht sich der Raumbedarf des Federbeines_s was dazu führt, daß der Stoßdämpfer aus der Ebene des Rades herausgenommen werden muß, was aber nachteiligerweise die Achsverlagerung der Kräfte erhöht: Dies ist der Gegensatz zu dem, was vorteilhaft ist.

Erfindungsgemäß wird das vorstehende Problem durch eine neuartige Feder-Federtellerverbindung gelöst derart, daß die ausgeübte Kraft schräg im Bezug auf das Gehäuse des Stoßdämpfers liegt und immer feinfühlig zum Auflagepunkt des Rades auf dem Boden, ausgerichtet ist.

Dies kann jedoch nicht mit einer handelsüblichen Wendelfeder, die zwischen zwei Federtellern komprimiert wird und die Federteller eine wendeiförmige Schiene oder Kulisse haben

gelöst werden, wobei ferner eine solche Feder in ansich _e bekannter Weise eine Anzahl von aktiven bzw. arbeitenden Federwindungen aufweist und jeweils eine Federendwindung

besitzt, die koaxial zu den anderen Windungen liegen; und in dem selben Maße wie die scheibenförmigen Federteller sind diese beiden Federendwindungen gestützt auf ihren zugehörigen Federteller. Der Druck der Feder verteilt sich also in gleicher Weise auf die Oberfläche des Federtellers und die Kraftresultierende aus dem Druck geht an der geometrischen Achse der Wendelfeder vorbei.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es zwar bereits bekannt, eine Kontaktberührung zwischen den Windungen durch die Maßnahme zu vermeiden gemäß FR-PS 2 328 881, nämlich durch eine Feder, deren Kraftvektor schräg ist zu einer Neigung, die nur vom Durchmesser und der Höhe der Wendelfeder abhängt. Diese zwei durch andere Vorbedingungen aufgezwungenen Parameter verhindern jedoch, das die Resultierende der Kräfte die erforderliche schräge Neigung annimmt, besonders bei Wendelfedern hoher Flexibilität, bei langen Wendel- :

federn und folglich ist die Neigung der Resultierenden stark abhängig von der Last.

Um diese Kraft aber nach Wunsch auszurichten, wird bei der erfindungsgemäßen Feder mindestens eine Federendwindung nach Art einer Stützwindung ausgebildet und erhält eine Raumform derart, daß ihre horizontale Kraftkomponente in die anzuwendende Kraft eingeführt (hinzugefügt ) wird, wenn . diese Feder an dem Federteller komprimiert wird.

Man kann in dem erfindungsgemäßen Federaggregat, bestehend aus der Wendelfeder und einem handelsüblichen Federteller (letztere handelsüblich wendelförmig), ' daß die Federendwindung, die in Kontaktberührung mit dem Federteller ist,· sich um ein viel größeres Maß als der Federteller unter- \ scheidet.

Der Wert der horizontalen Kraftkomponente oder des Federspiels ist bestimmt durch den Winkel, den die endseitige Stützwindung mit ihrem Federteller bildet, durch ihre Ex-

t> β * U (*

zentrizität und durch ihre Festigkeit. In dem Maße, wie man die Feder belastet, nimmt dieser Winkel der Stützwindung, und zwar gleichzeitig mit der Höhe der Feder, ab. Man trifft die Anordnung so, daß die horizontale Kraftkomponente proportional zur Last wird, indem man die Neigung der Resultierenden in genügender Weise konstant hält.

Es genügt, daß eine einzige endseitige Stützwindung oder sogar ein Teil dieser Windung eine größere Steigung als der Federteller hat, damit die Stützkraft eine horizontale Komponente bekommt und man eine gleiche oder entgegengesetzte Reaktion auf den anderen Federteller mißt, was auch immer die Form der dort anliegenden Windung ist. Indessen, wenn der Stützpunkt auf diesem Federteller nicht glatt ist, kann man Änderungen der horizontalen Kraftkomponente, in Abhängigkeit von der Last, feststellen. Man bekommt mehr Genauigkeit zur Orientierung des Spiels mit einer punktförmigen Stütze.

Es kann vorteilhaft sein, die Kontaktoberfläche zwischen dem Federende und dem Federteller so einzurichten, daß diese Kontaktberührung weder zu einer Verschlechterung des Federendes noch der Oberfläche des Federtellers führt. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß man dem Federende eine sphärische Form gibt und eine Ausnehmung/ Versenkung, entsprechend dieser sphärischen Form, in dem Federteller vorsieht.

Beim erfindungsgemäßen Einsatz des Federaggregates in einer Mac Pherson-Aufhängung wird eine horizontale Komponente in konstanter Weise trotz der Belastungsänderungen dadurch aufrecht erhalten, daß die beiden Enden der Feder, oder genauer ausgedrückt, die zwei Kontaktpunkte mit der Federtelleroberfläche in der gleichen Ebene gehalten sind, die durch die Achse der Feder geht»

Die Pederteller sind vertikal zur Achse des Federbeines angeordnet oder auch geneigt, sie sind eben oder wendelförmig ausgebildet. Die Feder setzt sich zusammen aus mehreren koaxialen Federwindungen aus aufgewickeltem Draht, wobei die Umhüllung der Feder die Form eines Zylinders, eines Fasses, eines Kegels odgl. hat und zwei Federendwindungen, nachfolgend Stützwindungen genannt, aufweist.

Diese Feder kann koaxial oder exzentrisch in Bezug auf den Stoßdämpfer liegen.

Der Federteller 1 ist fest verbunden mit einer Kolbenstange 13 eines Kolbens Ik, der im (rohrförmigen) Gehäuse 15 eines Stoßdampfers gleitet; an dem Gehäuse 15 ist der Federteller 2 befestigt. Das Gehäuse 15 des Stoßdämpfers ist ebenfalls fest verbunden mit dem Achsschenkel 16 des Rades 17.

Die zweite Resultierende F' der auf den Federteller 2 ausgeübten Kräfte geht über den Aufstützpunkt 18 des Rades auf den Boden. Die Neigung und Ausrichtung dieser Resultirenden sind konstant und die Resultaffende, die immer über die Achslinie 9 der Feder geht,, geht bzw. fällt auch immer in den Punkt 18, gleich welche Last auch immer vorliegt.

Um einen besseren Kontakt zwischen dem freien Ende der Feder und des Federtelters zu haben, kann man, vgl. Fig. 4 _s ein Federende 19 abrunden und für dieses eine komplementäre Schale bzw. Pfanne 2o im Federteller ausformen. Dasselbe Ergebnis kann nach Art einer zylindrischen, torusförmigen oder kugelförmigen Pfanne 2o hergestellt werden.

Die Erfindung ist besonders auf elastisch aufgehängte Federbeine von Straßenfahrzeugen anwendbar, jedesmal, wenn man eine Schrägbelastung der elastischen Beine benötigt, insbesondere der Gattung Mac Pherson.

/ι

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-Io -

Eine Ausführungsforra der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Aufriß eine Anordnung von Federteller und Feder

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Feder

Fig. 3 ein Federbein, versehen mit der Feder nach Fig. 1

Fig. 4 eine Ausführungsform des Gegenstandes von Fig. 1.

Eine Feder R₅ vgl. Fig. I₃ gemäß der Erfindung ist zwischen zwei schalenartigen Federtellern 1 und 2, versehen mit Randleisten 3₃ ^₃ angeordnet und ist aus mehreren Windungen 5 aus wendelförmig aufgewickeltem Metalldraht gebildet und an jedem Ende durch eine Stützwindung 6_S 7 begrenzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung bildet die eine der Stützwindungen 6 gleichmässig wendelförmig aufgewickelt in ihrer Mitte 8 außerhalb der Längsmittelachslinie 9 der aktiven Windung 5 der Feder R einen Winkelte mit dem Federteller I₃ an den sie sich mit ihrem freien Ende Io auflegt (anliegt). Ihr Durchmesser ist viel kleiner als der der Windung(en) 5; die-Windung β gibt nur ein wenig nach und bewahrt einen einzigen Kontaktpunkt Io mit dem Federteller 1 während des Hauptteils des Federweges der Feder R.

Indessen., unter starker Belastung_s kann man zulassen₃ daß der Kontakt mit dem Federteller 1 sich ein wenig vergrößert, unter der Voraussetzung., daß der Druck auf das Ende Io sehr hoch bleibt.

Claims

Patentansprüche

1. federaggregat, bestehend, aus einer Wendelfeder und einem v.^^/oder mehreren Federtellern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, an einem zugehörigen Federteller (1; 2) abgestützte Federendwindung (6; 7) der Wendelfeder (R) als eine Sekante in Bezug auf die Oberfläche des Federtellers (1) bzw.(2) gebildet ist derart, daß die Achslinie des Federdrahtes, welches diese Windung bildet, an diesem Kontaktpunkt (lo;ll) mit der Oberfläche dieses Federtellers (1; 2) einen Winkel (OC) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teile von bzw. die ganze Federendwindung (6), die sich in Kontaktberührung mit ihrem zugehörigen Federteller (1) befindet, weniger deformierbar als die aktiven Windungen (5) der Feder (R),ausgebildet ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Minderwert an Deformationsvermögen dieser Endwindung dadurch gegeben ist, daß eine zugehörige Federendwindung einen Durchmesserwert aufweist, welcher kleiner als der zugehörige Durchmesserwert der anderen bzw. der aktiven Windungen (5) der Feder (R) ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3_a dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Gebilde entlang welcher die Hauptwindungen durch Abwickeln gewonnen sind einerseits, und die Federendwindung andererseits zueinander Tangenten bilden.

mm O _

5· Für ein Federaggregat bzw. eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 verwendbar ausgebildete Wendelfeder.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Mac Pherson-Aufhängung für Fahrzeuge eingebaut ist.