DE2151227A1 - Energiespeicherndes Gestaenge mit Federanordnung - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER

DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

DIPL.-ING. SELTING KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

15. Okt. 1971 Sch-DB/ls

South African Farm Implement Manufacturers Limited P.O. Box 2^3, Vereeniging, Südafrika

Energiespeicherndes Gestänge mit Federanordnung

Die Erfindung betrifft ein energiespeicherndes Gestänge und insbesondere dessen Federanordnung.

Es ist bereits eine Aufhängevorrichtung vorgeschlagen worden, bestehend aus zwei im Abstand zueinander befindlichen, im wesentlichen elastischen Hebeln und Mitteln, die die Hebel zur Drehung um Achsen lagern, die relativ zu den Hebeln von einem Punkt zwischen ihnen divergieren, wobei die Lagermittel die anderen Enden der Hebel verbinden und den Abstand zwischen ihnen aufrechterhalten.

Der Nachteil dieses Vorschlages gemäß dem US-Patent J5 057 642 besteht darin, daß große teure Doppellaufringkugellager oder ähnliche Antifriktionslager erforderlich sind, damit die Hebel sich trotz der auf sie einwirkenden seitlichen Biegebeanspruchungen drehen

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können. Die vorliegende Erfindung geht über den Stand der Technik hinaus, indem sie seitliche Biegebeanspruchungen ausschließt und damit große Antifriktionslager überflüssig macht.

Gemäß der Erfindung besteht eine Federanordnung aus einem länglichen elastischen Teil sowie ersten und zweiten an auseinanderliegenden Stellen auf diesem Teil angeordneten Lastkupplungen, wobei die zwischen ihnen verlaufende Linie eine Längsachse definiert und die erste Lastkupplung auf den elastischen Teil Drehmomente ausübt, während die zweite Lastkupplung ein erstes, ein zweites und ein drittes Lager aufweist, wobei das erste und das zweite Lager durch ein erstes Gelenkmittel so miteinander verbunden sind, daß sie um eine erste Achse relativ zueinander schwenkbar sind, während das zweite und das dritte Lager durch ein zweites Gelenkmittel verbunden sind, das ihre Drehbewegung relativ zueinander um eine zweite Achse zuläßt, und das dritte Lager mit dem elastischen Teil fest verbunden bzw. einstückig mit diesem ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist die Hauptschwenkachse zur Längsachse geneigt und steht die zweite Achse zu dieser Hauptachse senkrecht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist ein energieabsorbierendes Gestänge zwei der beschriebenen Federanordnungen auf, wobei die erste Lastkupplung beiden elastischen Teilen gemeinsam zugehört und Ausgleichsdrehmomente von dem einen elastischen Teil auf den anderen überträgt und wobei das erste Lager beiden Kupplungen gemeinsam ist.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß ein energiea!3sorbieren-209817/1323 " ³ "

des Gestänge eine Vielzahl von miteinander verbundenen Energieabsorbierungseinheiten aufweist.

Die Erfindung umfaßt außerdem eine Anordnung mit einer erwähnten Gestängeeinheit, bei der die Winkelverschiebung der Feder um 90° eine Energieaufnahme hervorruft und eine weitere Abweichung um 90° einen Energieabfall verursacht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der elastische Teil beim Einbau vorverdreht werden, so daß die ersten l80 der Auslenkung eine Energieaufnahme und eine weitere Auslenkung um l8o einen Energieabfall bewirken.

Die Merkmale der Erfindung werden anhand in der Zeichnung dargestellter Beispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild einer Federanordnung, Fig. 2 eine Einzelheit eines Teiles nach Fig. 1, Fig. 3 ein Vektordiagramm der Momente, Fig. 4 Biegemomente, Drehmomente und Spannungsdiagramme, Fig. 5 ein Polardiagramm,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Federanordnung,

Fig. 7 ein Vektordiagramm der Momente,

Fig. 8 bis 14 verschiedene Ansichten eines landwirtschaftlichen Meißelschares,

Fig. 15 und 16 eine Seitenansicht und eine Draufsicht

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eines weiteren Meißelschars,

Fig. 17 bis 27 verschiedene Ansichten von Arbeitsgestängen bestehend aus mehreren Gestängeeinheiten,

Fig. 28 eine Ansicht einer Feder, deren Federkonstante sich beliebig verändern läßt,

Fig. 29 bis 31 Ansichten einer bevorzugten Form eines elastischen Teiles.

Fig. 1 und 2 zeigen die auf das Ende des die zweite Lastkupplung bildenden Armes IO an der Federbefestigung 12 wirkenden Momente. Das aufwärtsgerichtete Moment M wird von äußeren Kräften E erzeugt, die auf das entfernte Ende des Armes 10 wirken. Der Bequemlichkeit halber sind diese durch gleiche und entgegengesetzte Belastungen dargestellt. Das Moment M und die von ihm hervorgerufenen Gegenmomente R und T sind insgesamt nach der Rechte-Hand-Uhrzeigersinn-Regel als Vektoren dargestellt. Die Gabel 14, die das zweite Lager bildet, kann mit dem Auge l6, das das dritte Lager erstellt, mittels eines Stiftes l8 verbunden werden und ist selbst auf einer Stummelachse 19 in einer Bohrung 20 eines Lagerteiles 22 drehbar, der als erstes Lager wirksam ist. Die Längsachse des elastischen Teiles ist mit L bezeichnet. Die Achse der Bohrung 20, die die erste Achse bildet, trägt die Bezugsziffer P. Die dem Stift l8 entsprechende senkrechte Achse S_ ist die zweite Achse. Die Achse, um die das Biegemoment M wirkt, wird mit N bezeichnet. Die Gabel 14 ist nicht in der Lage, irgendein Moment um die Achse P_ zu erzeugen, weil sie sich frei auf der Stummelachse 19 drehen kann. Sie kann nur ein Moment R in der Gabelebene hervorrufen, dessen eine Komponente M ausgleicht, d.h. R

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cos θ, M, wobei θ der Winkel zwischen den Achsen .P und L ist. Die andere Komponente R sin θ wird von dem Moment T ausgeglichen, das von einem sich aus cfe* Verwindung des Armes ergebenden Drehmoment herrührt. Gemäß Fig. 1 wird die erste Lastkupplung durch zwei parallele Stangen 24 wiedergegeben, zwischen denen 'der Arm 10 sich senkrecht verschieben kann und die dem Drehmoment T entgegenwirken. Der Punkt 26 der Einwirkung des Drehmomentes auf den Arm 10 liegt zwischen den Stangen 24. Der Hauptzweck der zweiten Lastkupplung besteht daher darin, auf das Drehmoment T zu reagieren. Daher ist unter Vernachlässigung möglicher seitlicher Einflüsse von anderen Kräften T=M tan Θ. Unabhängig von den Änderungen der Kräfte E ist eine Schwankung in T vorhanden, die sich hauptsächlich aus der genannten Beziehung ergibt.

Die Auslenkung der gesamten Federanordnung wird wenigstens in erster Annäherung durch Betrachtung der Verwindung in dem drehbeanspruchten Teil des Armes 10, d.h. zwischen dem Auge 16 und den Stangen 24, ermittelt. Der Arm 10 besitzt Eigencharakteristiken hinsichtlich der Länge, der Querschnittsabmessung und des Elastizitätsmoduls des Materials und im allgemeinen ergibt sich die Verdrehung durch

0 = T χ c χ 1

Dabei ist 0 = Verdrehwinkel

T = Drehmoment

c = Verwindungssteifigkeit

1 = effektive Armlänge. Im allgemeinen ist £ eine Funktion des Scherungs-

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moduls der Elastizität, des Querschnittsbereiches und des Momentes der Flächenträgheit des Querschnittes. Diese und die Länge sind ein unveränderlicher Faktor für einen gegebenen Arm 10. Der Winkel, unter dem der Arm 10 sich nach oben bewegt, wird mit ]S bezeichnet und läßt sich allgemein als die Winkelablenkung des Drehmomentreaktionspunktes 2.6 betrachten. Das Verhältnis zwischen den Winkeln Θ, 0 und ]ά ist

cos² 0 - 1

cos θ

für einen einzigen Arm 10. Ist θ für einen besonderen Aufbau festgelegt, so ist cos θ kleiner als eins (unity) und die Winkelablenkung # wird meistens etwas größer als der Armverdrehwinkel 0 sein. Die lineare Abweichung des Punktes 26 ist einfach L sin ]ί. Die Auslenkung des sich unter dem Moment M biegenden Armes 10 läßt sich leicht errechnen, jedoch ist sie viel kleiner als die durch die Verdrillung hervorgerufene Auslenkung,wenn der Arm die in Fig. 1 gezeigten Größenverhältnisse besitzt.

Fig. 4 zeigt das Biegemoment und das Torsionsdiagramm längs der Länge 1_ des Armes 10 ohne besonderen Maßstab. Das Biegemoment M in dem Auge 16 erzeugt die rechts wiedergegebene Spannungsverteilung. Es ist ersichtlich, daß die Randfasern des Armes 23 bei der Durchbiegung stark gespannt sind, daß jedoch keine Drehbeanspruchungen hinzutreten. Demgegenüber wird der Mittelbereich durch Drehung beansprucht und es treten keine großen zusätzlichen Biegekräfte hier auf. Dadurch kann irgendein Werkstoff verwendet werden, der billiger als Federstahl ist.

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Die Arme 23 können so gestaltet sein, daß sie den zu erwartenden Biegebeanspruehungen standhalten und können sodann durch die Wahl von Θ, dem Neigungswinkel zwischen der Hauptachse P_ und der Längsachse L in Federn geeigneter Charakteristiken umgewandelt werden. Wenn θ = 0° ist reagiert die zweite Kupplung überhaupt nicht und bei θ = 90° wird auf dem Arm kein Drehmoment übertragen und es entfällt eine entsprechende Torsionsabweichung.

Die weiteren Aspekte der Erfindung hinsichtlich Auslenkung und Bewegung werden unter Bezug auf Fig. 5 erläutert. Die Feder kann so angebracht sein, daß sie wie aus Fig. 1 ersichtlich - in senkrechter Ebene eine oder mehrere vollständige Umdrehungen ausführen kann. Die erste Lastkupplung ist so ausgelegt, daß sie während der vorwiegend um die Achse N ausgeführten Bewegung ihre Drehmomentreaktionseigenschaften bewahrt. Zu diesem Zweck werden die Stangen 24 als Teile im Abstand zueinander liegender Kreisschienen gezeigt. Es sei angenommen, daß der Arm 10 in Fig. 1 in freiem Zustand gezeigt ist,und daß die Bewegung aus dieser Stellung nach oben im Gegenuhrzeigersinn gerichtet ist. Der Winkel Ji nehme während der Bewegung von Null zu. Während der ersten 90 der Bewegung wird der Federarm 10 abgelenkt, wobei er bis zur 90°-Lage Energie aufnimmt. Bei aus diesem Punkt weitergeführter Bewegung wird die Auslenkung nach und nach verringert und es ergibt sich eine Energiefreigabe bis ]i = l8o° ist und die Feder in ihren freien Zustand zurückgeführt wurde. Während des dritten und vierten Viertels der Kreisbewegung tritt eine Energiespeicherung auf, an die sich eine Energiefreigäbe anschließt.

Fig. 5 zeigt ein Polardiagramm, aus dem die Geometrie

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der Federauslenkung durch Bestimmung der drei Winkel ersichtlich ist. Dieses Diagramm basiert auf der vorerwähnten Formel. Die radialen Linien definieren die Winkelverschiebung ]Ä, die Umgrenzungslinien definieren den Wert von Θ, den Winkel zwischen den Haupt- und Längsachsen und der Verdrehungswinkel ergibt sich durch eine senkrechte Skala längs des Polardiagramms. Es wurde bereits beschrieben, wie die Leistungsaufnahme im ersten und dritten Viertelkreis eintritt, und daß bei Zunahme des Winkels yi in den beiden anderen Viertelkreisen Energie freigegeben wird. Bei 90° oder T.D.C. geht die Feder mit maximaler gespeicherter Energie gegen die Mitte und diese Energie kann entweder durch Fortsetzung der Drehung oder durch ihre Umkehrung freigegeben werden. Es wird Bezug genommen auf die gestrichelten Bereiche bei 0 = 5° bis 10° und 0 = 25° bis 30° für die θ = J50°-Kontur. Die diesen gestrichelten Bereichen proportionale, der Feder bei einer 5 -Ablenkung eingegebene,Energie ist in der Nähe der T.D.C.Lage viel geringer als früher während der Gesamtablenkung. Dies bedeutet, daß die Energiespeicherungsrate bei hoher Ablenkung kleiner als bei geringer Ablenkung ist. In der Vergangenheit wurde erhebliche gedankliche Arbeit darauf verwendet, effektive Federungscharakteristiken dieser Art durch Verwendung komplizierter Gestänge zu erzielen. Die Energiefreigäbe nimmt zu, wenn der Arm sich der Null-Drehmomentablenkung nähert.

Es ist möglich, einen Speicherzyklus über l80° zu erstrecken, indem der elastische Arm 10 vorverdreht wird. Eine solche Anordnung geht aus Fig. 6 hervor. Der Arm 10 ist verdrallt und an der ersten Lastkupplung festgelegt, kann sich jedoch wie vorher in einem Bogen zwischen den Stangen 24 bewegen. Anschläge 28 dienen

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zur Einspannung des Armes in das Ende der zweiten Lastkupplung. Wird einer Feder mit θ = 45° eine Vorverdrehung von 45°, d.h. 0 = + 45° aufgeprägt, dann wechselt der Winkel des VerwindungsVerhältnisses von den Bereichen - 45° bis 0° bis + 45° zu dem Bereich 0° bis 45° bis 90° und der Nullwert für diese Skala bewegt sich zu O^f bis B.D.C. Daher verursacht der l8o° Winkel von B.D.C. zu T.D.C. eine 90°-Verwindung in einer Richtung, d.h. eine kontinuierliche Leistungsaufnahme über zwei Viertelkreise. Bei einer Bewegung durch die verbleibenden beiden Viertelkreise wird die Energie freigegeben. Die Vorverdrehung muß nicht 45° betragen und bei J# = 17° und θ = 30° wäre die Grundlinie, von der der Winkel # zu messen ist,die 150° - 330°- Linie und der T.D.C- oder Maximalverwindungspunkt würde hinter 120° Winkelablenkung auftreten.

Bei Vorsehung eines Anschlages beispielsweise 5° hinter dem T.D.C.-Punkt kehrt die über T.D.C. hinweggedrehte Feder nicht um, liegt gegen den Anschlag an und bildet eine Endlagensperre.

Fig. 6 zeigt außerdem eine Anordnung, bei der eine Feder mit einer zweiten Lastkupplung ausgestattet ist, die Mittel zur wahlweisen Veränderung des Winkels θ besitzt. Das erste Lager 22 wird von einer Schiene 32 getragen und läßt sich von einer Schraube 34 in der gewünschten Stellung festklemmen. Bei 9=0 fällt die Achse P mit der Achse N zusammen und bei negativen Werten von θ verdreht sich der Arm 10 gegenüber vorher in entgegengesetzte Richtung bei Aufnahme der gleichen äußeren Belastungen. Das entsprechende Vektordiagramm bei einem negativen Wert von θ geht aus Fig. hervor.

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Bei einer 36O⁰-Bewegung mit zwei Speicher- und zwei Freigabezyklen findet der eine Speicher/Freigabezyklus während der Drehablenkung des Armes in einer Winkelrichtung, d.h. + 0 und während des anderen Zyklus in der anderen Richtung, d.h. - 0 statt. Es ist möglich, den Arm 10 gegen Winkelablenkungen in nur einer dieser Richtungen zu sichern und ihn in der anderen Richtung freizulassen.

Bei den vorangegangenen Erläuterungen wurde angenommen, daß der erste Teil festgelegt und die anderen Teile der Federanordnung relativ zu diesem beweglich sind. Selbstverständlich kann gewünschtenfalls das andere Ende fixiert werden, ohne daß die Grundfunktion beeinträchtigt wird.

Werden die Charakteristiken des Armes und die Werte von θ so gewählt, daß bei gegebener Belastung eine große Verdrehung in der Größenordnung von 90⁰ auftritt, ändern sich die gesamten Biegecharakteristiken wegen der progressiven Veränderung des Biegequerschnittes längs des Armes. Daher kann der Gesamtauslenkung ein großer Teil davon zukommen, der dem Biegungsausschlag zuzuschreiben ist. Unter einem gewissen Gesichtspunkt ist dies nicht wünschenswert, weil die Kräfte sich addieren; jedoch kann es für manche Anwendungsgebiete annehmbar sein.

Eine der Schwierigkeiten der Federanordnung nach Fig. 1 und 6 liegt in der Natur der ersten Lastkupplung, die unabhängig von der Winkelabweichung eine Drehmomentreaktion aufbringen muß und da ?s sich um eine für große Auslenkungen sehr geeignete Feder handelt, ist die Anbringung eines statischen Drehmomentreaktionsteiles über einen großen Bosren häufig unbequem.

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Diese Schwierigkeit wird dadurch überwunden, daß die Federn paarweise angeordnet werden, so daß das Drehmoment von einer Feder dasjenige der anderen Feder ausgleicht. Dies laßt sich auf wenigstens zwei Arten durchführen, die in den Fig. 8 bis 14 sowie 15 und 16 wiedergegeben sind.

Fig. 8 bis 10 zeigen in Seitenansicht, Unteransicht und Teilendansieht einen Meißelscharpflug 40, der an einem Werkzeugbalken 4l montiert ist, welcher einen, mittels einer Einsatzbrücke 4j5 und Bolzen 44 auf ihm festgeklemmten beweglichen Bügel 42 trägt. Auf die Unterseite des Bügels 42 ist eine Federanbaueinrichtung 45 mittels Bolzen 46 angesetzt. Die Anbaueinrichtung 45 besteht aus zwei Hauptteilen, die aus Gründen der Deutlichkeit voneinander getrennt in den Fig. 13 bzw. 14 und zusammengebaut in Fig. 12 dargestellt sind. Ein Teil wird durch einen Block 47 mit einer zentralen Kreisöffnung 48 gebildet. Die Bolzen 46 ragen teilweise durch diese öffnung hindurch (Fig. 14). Zwei Keilnuten 49 und 50 sind einander diametral gegenüberliegend in den Block eingeschnitten. Ein vorstehendes Auge 51 ist zur Aufnahme eines langen Stiftes (Fig. 10) durchbohrt. Der andere Teil wird durch einen Gabelhalter 53 erstellt, der in Fig. 13 gezeichnet ist und einen zylindrischen Zentralteil 54 mit einer in seine Peripherie eingeschnittenen Ringnut 55 aufweist. Der Zentralteil 54 greift passend in die öffnung 48 des Blockes 47 ein und die eingesetzten Bolzen 46 ragen teilweise durch die Nut 55 hindurch, wobei sie den Zentralteil 54 bei Ermöglichung seiner Drehbarkeit in Stellung halten. Von dem Zentralteil gehen unter gleichen Winkeln Ansätze 56 aus, die jeweils zur Aufnahme von Stummelwellen 57 durchbohrt sind, von denen jede an ihrem äußeren Ende eine Gabel 58 trägt. Fig. 12 zeigt einen Querschnitt dieser An-

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Ordnung.

Fig. l4 zeigt eine Einzelansicht der Gabel 58, die mit einer Armansatzplatte 59 verbunden ist. Zur Befestigung dient ein Bolzen 60, der mit der Platte mittels eines durch beide Teile hindurchgeführten weiteren Bolzens

61 verbunden ist. Der Bolzen 6l und ein zweiter Bolzen

62 ragen außerdem durch das Ende eines Pederarmes 63* um das Armende an der Platte 59 festzumachen.

Die Konstruktion ist so getroffen, daß die Gabeln 58 " sich unter den Zwangseinflüssen von Seiten des Armes

63 in den Augen 56 frei drehen können, sobald der Gelenkhalter 53 mittels eines Keiles in zwei entsprechenden Keilnuten in dem Block 47 fixiert ist.

Die Platte 69 kann sich ebenfalls auf dem Bolzen 60 frei verschwenken, unterliegt jedoch auch den Federzwangseinflüssen.

Die beiden Federarme 63 erstrecken sich gemäß Fig. 8 und 9 nach rechts und bilden eine direkte Halterung für das Schar 70. Eine torsionsverhindernde Jochplatte 71 ist in das Ende des geraden Teiles des Armes 63 eingeführt. Diese Platte besitzt zwei Schlitze 72, durch die die Arme 63 mit geringem Spiel hindurch-.^ geführt sind.

Die Konstruktion des in den Fig. 9 bis 14 dargestellten Meißelpflugschars ist so getroffen, daß manche Belastungen auf den Rahmen übertragen werden. Diese Belastungen werden alle an dem Schar erzeugt und im allgemeinen ist ihre Resultierende nach hinten gerichtet und ist unter den Scheitelpunkt der beiden ein V bildenden Arme verlagert. Diese Ursprungskräfte werden an den Aufbau

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weitergeleitet und erscheinen als eine Kraft und ein Biegemoment in dem Joch 71· Die Kraft versetzt beide Arme 63 in echte Spannung, die über die Gabeln 68 und die Anbaueinrichtung 45 zu dem Bügel 42 sowie dem Werkzeugbalken 41 übertragen wird. Während der Übertragung dieser Kraft durch die Federanordnung treten vernachlässigbare Ablenkungen auf. Das Biegemoment in dem Scheitelpunkt wird in zwei gleiche Teile geteilt, deren jeder als konstantes Biegemoment längs eines Armes 63 zu der jeweiligen Platte 59 gelangt. Dieses Biegemoment wirkt auf die Gabel 58 mit den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Folgen außer, daß die von den beiden Armen 63 aufgenommenen Drehmomente gleich, entgegengesetzt und sich durch das Joch 7I gegenseitig ausgleichend sind.

Fig. 15 und 16 zeigen in Seiten- und Planansicht ein an einer Gestängeeinheit befestigtes Meißelpflugschar, wobei die Federn übereinander angeordnet sind. Das Schar 70 ist an einem gebogenen Balken 74 befestigt, der mittels Bolzen mit dem Fuß eines Ständers 75 verbunden ist. Der Ständer 75 wird von zwei in senkrechtem Abstand befindlichen Federarmen getragen, die von zwei Armen 76, 77 gebildet werden, welche an zugeordnete Gabeln 78, 79 angelenkt sind, die ihrerseits in Gabelhaltern 80, 8l drehbar sind, die mit einem von zwei Klemmbügeln 83, 84 einstückig gestaltet bzw. verbunden sind. Bolzen 85 halten die Klemmbügel auf dem quadratischen Werkzeugbalken 4l fest. Es ist ersichtlich, daß die Gabeln 78, 79 im gleichen Maße und nach verschiedenen Richtungen von beiden Seiten der Ebene der Arme 76, 77 ausgehen und von den auf den Ständer 75 wirkenden senkrechten Kräften herrührende gleiche und entgegengesetzte Drehmomente übertragen. Waagerechte Kräfte und Biegemomente, die sich aus dem Bodeneingriff

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ergeben, können als Spann- und Druckbelastungen in den Armen betrachtet werden und nur senkrechte Scherkräfte, die an den vorderen Enden der Arme 76, 77 Biegemomente hervorrufen, können Torsionsabweichungen bewirken. Aus Fig. 16 ist ersichtlich, daß die beiden Gabeln in unbelastetem Zustand eine Drehachse bilden, um die das Schar frei schwenken kann, jedoch aufgrund der hervorgerufenen ungleichmäßigen Drehmomentreaktionen zur Teilzentralisierung neigt sobald es auf Biegung und Zug beansprucht wird. Ein Schar dieser Art kann so eingestellt werden, daß es von einer Seite zur anderen schwingt, wodurch gewünschtenfalls eine Bodenzerkleinerung erreicht wird.

Nachfolgend werden Anordnungen mit mehreren Federpaaren beschrieben, die als Federeinheiten bezeichnet werden können. Fig. 17 und l8 zeigen ein Schar und mehrere zusammengefaßte V-förmige Federn 8l, 82, 83* wobei jeder V-Arm seinen eigenen Drehmomentausgleich über den Scheitelpunkt seines V bewerkstelligt. Die vorderen Enden der Vs sind in einem einzigen Teil 84 untergebracht, der für sie alle ein gemeinsames zweites Lager darstellt. Der Teil 84 ist um einen langen Stift 85 auf einem Klemmbügel 86 schwenkbar, der das erste Lager bildet, auf das Bezug genommen wurde. Der innere V-Arm 8l ist zwischen Sicherungsblechen 87 nur eingeklemmt, während die anderen freL sind, um sich den verschiedenen Bewegungen anzupassen, ohne die Federwirkung zu stören.

Fig. 19 und 20 zeigen eine Anordnung mit mehreren einzelnen, jedoch paarweise zusammengefaßten Armen 90 - 90', 91 - 91'> usw.. In diesem Falle hat jeder Arm seinen eigenen Gelenkbolzen 92-92' usw., der wiederum das zweite Lager bildet. Die Anordnung als Ganzes besteht aus

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ähnlichen oberen und unteren Bestandteilen 94 und 95, die" zur Anbringung eines Fahrzeugrades 96 geeignet sind,

Während die Beispiele nach Fig. 17 bis 20 parallel angeordnete Federeinheiten wiedergeben, zeigen die folgenden Figuren verschiedene Formen von an den Enden verbundenen Federeinheiten.

Fig. 21 und 22 zeigen in Draufsicht bzw. Seitenansicht einen Waagebalken, bei dem zwei Einheiten 101 und auf einem einzigen Träger 103 montiert sind, der als erstes Lager für die vier zweiten Lager 104 dient und selbst hin- und herschwingbar in zwei Hängelagern aufgehängt ist. Kräfte kommen an den Scheitelpunkten der beiden miteinander durch Bolzen verbundenen Einheiten zur Einwirkung und werden zu den Hängelagern 105 übertragen.

Fig. 23 und 24 veranschaulichen eine Anordnung mehrerer Federeinheiten, wobei ein Ende jeder Einheit mittels einer Gabel 111 aufgehängt ist, die ihrerseits in einem gemeinsamen ersten Lager 112 beweglich befestigt ist und wobei die Scheitelpunkte durch Bolzen miteinander verbunden sind. Die in Vierergruppen zusammengefaßten Einheiten sind in einer Ebene miteinander verbunden, um einen großen Federkomplex zu erstellen, der sich so stark auszulenken vermag, daß die beiden Lastanschlüsse 113 sich in der Mitte treffen.

Fig. 25 und 26 lassen eine Anordnung erkennen, gemäß der beide Enden derArme 121 in Gabeln 122, 123 eingehängt sind, die in zugehörigen ersten Lagern 124, beweglich sind, wobei die Vielzahl der Federn einen der Anordnung nach Fig. 25, 26 ähnlichen Komplex darstellt. In diesem Falle ist es jedoch so, daß die in

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Ricttung des Pfeiles .'26 wirksame Belastung als lineare Kraft über die Gabeln 124 zu den Armen gelangt. Hieraus resultiert ein Moment am anderen Ende, das bei 124 ein Drehmoment in einer Richtung hervorruft. In ähnlicher Weise ergibt sich ein Drehmoment aus den Reaktionskräften 127. Es ist vorgesehen, daß die Drehmomente die gleiche Verwindung in dem Arm hervorrufen, d.h. eine in einer Richtung an einem Ende und die andere in der anderen Richtung am anderen Ende.

In dem Beispiel nach Fig. 27 sind die Armeinheiten mit durch Bolzen verbundenen Scheitelpunkten in einem dreidimensionalen Gitter symmetrisch angeordnet. Drei Doppeleinheiten dürften das notwendige Minimum sein, um einen Komplex dieser Art zu erhalten. Mehr Doppelfedern werden mit einem Orange-Segment-Effekt eingegliedert und durch die Breite der Federeinheiten auf eine Ebene beschränkt. Gewünschtenfalls können mehrere Niveaus, Säulen und Reihen von Federgruppen vorgesehen werden.

Fig. 28 gibt eine praktische Ausführungsform der Einstellbarkeit des Winkels θ wieder, die im Zusammenhang mit Fig. 6 erwähnt wurde. Bei dieser Konstruktion, die ein Querlenker für eine Fahrzeugaufhängung sein kann, trägt das Chassis 1J50 Ansätze I3I, die die Welle 132 drehbar lagern, an deren einem Ende ein Bügel I33 und an deren anderem Ende ein Hebel 134 angebracht sind. Der Bügel I33 definiert das erste Lager, während das zweite Lager von einem auf dem Bügel I33 mittels Zapfen gelagerten Rahmen 141 mit offener Mitte gebildet ist. Ein an das innere Ende jedes Federarmes I36 angeschweißtes Auge 135 stellt das dritte Lager dar und ist in der Rahmendurchbrechung durch einen Bolzen 137 gesichert. Die Scheitelenden der elastischen Teile 136 werden in einem gebohrten Endverbindungsstück

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138 befestigt, das Last aufnehmen kann. Die Hebel greifen gemeinsam über ein Y-artiges Gestänge 139 an einen Hydraulikkolben l4o an, der fernbetätigbar ist.

Die Betätigung des Kolbens 14O bewirkt eine Drehung der Hebel 134, Wellen 132 und des Bügels 133 zur Veränderung des Winkels Θ. Dies bedeutet, daß der Fahrer eines Fahrzeuges die Furchentiefe bei belastetem Fahrzeug auf ein erforderliches Niveau einstellen kann, und daß er außerdem durch Ablesung des zur Erzielung der Furchentiefe erforderlichen Öldruckes eine Angabe bezüglich der getragenen Last erhält.

Die elastischen Teile der Anordnung nach Fig. 28 können ähnlich den in den Fig. 29, 30, 31 in Seitenansicht, Draufsicht und Endansicht gezeigten Ausführungen gestaltet sein. Der elastische Teil ist ein dünnwandiges Rohr, das sich in Seitenansicht und in Draufsicht verjüngt und dessen Querschnitt sich von einer Ellipse an dem Ende des Gelenkzapfens zu einem Kreis am Scheitelende verändert. Hierdurch wird eine größere Festigkeit gegen Biegekräfte erzielt und gleichzeitig ein im wesentlichen gleichmäßiges TorsionsSpannungsniveau über die Länge des Rohres aufrechterhalten.

Bei V-förmiger Federeinheit befindet sich das Drehmoment um die Längsachse des einen V-Schenkels nicht in der gleichen Ebene wie das Drehmoment des anderen Schenkels. Daher gleicht eine Komponente der beiden Drehmomente sie gegeneinander aus, während die anderen Komponenten sich addieren und durch einen Teil der angreifenden Last ins Gleichgewicht gebracht werden. Daher gibt die Gleichung

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cos jZf =

2 _Ti sin²
cos Io + -

2 cos θ

nicht die genaue Ablenkung an und sie wird durch die Einfügung eines weiteren Gliedes abgewandelt, das eine Punktion von B, dem halben Winkel des V, ist. Die Art der Energiespeicherung während des Speieherzyklus unterscheidet sich von derjenigen der Energie freigäbe während des Freigabezyklus, obwohl die gesamte gespeicherte und abgegebene Energie die gleiche ist.

Die erste und die zweite Achse lassen sich durch verdrehte Gummibüchsen oder dergleichen erstellen, bei denen ein Aufeinandergleiten von Flächen nicht stattfinden kann.

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, daß sie Federmittel schafft, die sich preiswürdig aus billigen Materialien herstellen und einen breiten Spielraum für freie Gestaltungsmöglichkeiten lassen.

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Claims (32)

1. Ansprüche

   (1Λ Federanordnung, dadurch gekenn- ^"^ zeichnet, daß ein länglicher elastischer Teil vorhanden ist, auf dem mit Abstand zueinander erste und zweite Lastkupplungen angeordnet sind, daß die zwischen diesen verlaufende Linie eine Längsachse definiert, daß die erste Lastkupplung auf den elastischen Teil ein Drehmoment auszuüben vermag, daß die zweite Lastkupplung ein erstes, zweites und drittes Lager aufweist, wobei das erste und das zweite Lager durch ein erstes Gelenkmittel verbunden sind, welches Schwenkbewegungen um eine erste Achse relativ zueinander ermöglicht, und daß das zweite und dritte Lager durch ein zweites Gelenkmittel verbunden sind, das Schwenkbewegungen um eine zweite Achse relativ zueinander ermöglicht, wobei das dritte Lager an dem elastischen Teil befestigt oder mit diesem einstückig gestaltet ist.
2. 2. Federanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chne t , daß die erste Gelenkachse zu der Längsachse geneigt verläuft.
3. 3· Federanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Achse zu der ersten Achse senkrecht angeordnet ist.
4. 4. Federanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Achse senkrecht zu der die erste und die Längsachsen enthaltenden Ebene angeordnet ist.
5. 5· Federanordnung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Achse

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   die ersten und zweiten Achsen an ihrer Verbindungsstelle schneidet.
6. 6. Federanordnung nach den vorangegangenen Ansprüchen

   1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lastkupplung lineare Kräfte auf den elastischen Teil überträgt.
7. 7. Federanordnung nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lastkupplung Biegekräfte auf den elastischen Teil überträgt.
8. 8. Federanordnung nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lastkupplung ähnlich der zweiten Lastkupplung ausgebildet ist.
9. 9. Federanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Federkonstante verändernde Mittel, bestehend aus einem Träger für das erste Lager, das zur Änderung des Winkels zwischen der Längsachse und der ersten Achse bewegbar ist.
10. 10. Energieabsorbierende Gestängeeinheit mit zwei Federanordnungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lastkupplung den beiden elastischen Teilen gemeinsam zugeordnet ist und Ausgleichsdrehmomente von dem einen elastischen Teil auf den anderen überträgt, und daß das erste Lager beiden Anordnungen gemeinsam zugehört.
11. 11. Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnungen

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    in Richtung der zweiten Achse mit Abstand zueinander vorgesehen sind, und daß die erste Lastkupplung an jede Federanordnung angreift und ausgleichende Drehmomente durch Biegung überträgt.
12. 12. Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gelenkmittel erste Schwenkachsen bildet, die längs der zweiten Achse im Abstand zueinander liegen und jeweils zu ihrer entsprechenden Längsachse unter einem gleichen Winkel geneigt sind, daß die Längsachsen sich in gleicher Ebene befinden, und daß die ersten Achsen auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene geneigt sind.
13. 13. Einheit nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch der Veränderung der Federkonstanten der Einheit dienende Mittel, bestehend aus einem Träger für die beiden ersten Lager, der zur "^änderung des Winkels zwischen den Längsachsen und den Hauptachsen beweglich ist.
14. 14. Einheit nach Anspruch I3, dadurch g e kennzei chnet , daß der Träger von einem vierten Lager gebildet ist, das mit dem ersten Lager durch dritte Gelenkmittel, die die jeweiligen Trägerachsen darstellen, verbunden ist.
15. 15· Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Lager mittels eines entfernten Motors beweglich ist.
16. l6. Einheit nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel, die die elastischen Teile in vorbelastetem Zustand halten.

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17. 17. Einheit nach Anspruch 16, dadurch g e kennzei chnet, daß der vorbelastete Zustand eine Verdrehungsablenkung der elastischen Teile ist, und daß das Mittel zur Fixierung der elastischen Teile aus einem Anschlag besteht, der ihre Rotation verhindert.
18. 18. Einheit nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet , daß dem elastischen Teil eine Vorverdrehung bis zu 90 um seine Längsachse und zwischen der zweiten Achse und der ersten Lastkupplung aufgeprägt ist.
19. 19. Einheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Lager in einem drehbaren Block untergebracht ist, der in einem Gehäuse drehbar ist, um die Torsionsablenkung auszuüben.
20. 20. Energieabsorbierendes Gestänge mit mehreren Gestängeeinheiten nach Anspruch 10, dadurch gekennzei chnet , daß allen Gestängeeinheiten eine gemeinsame erste Lastkupplung zugeordnet ist.
21. 21. Gestänge nach Anspruch 20, dadurch gekennzei chnet , daß alle Gestängeeinheiten eine gemeinsame erste Achse aufweisen.
22. 22. Gestänge nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Gestängeeinheiten gesonderte Gelenkmittel aufweisen, die gesonderte erste Achsen definieren.
23. 23. Energieabsorbierendes Gestänge mit mehreren Einhei-

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    ten nach Anspruch 10, dadurch gekennz· ei chnet, daß jede Einheit an ihrem Ende mit der anderen Einheit verbunden ist.
24. 24. Gestänge nach Anspruch 23» gekennzei chnet durch wenigstens vier Gestängeeinheiten, wobei jede Einheit mit einem Ende über eine gemeinsame erste Lastkupplung und mit dem anderen Ende über ein gemeinsames erstes Lager mit einer anderen Einheit verbunden ist.
25. 25. Gestänge nach Anspruch 24, dadurch ge kennzeichnet , daß sämtliche Einheiten in einer gemeinsamen Ebene liegen.
26. 26. Gestänge nach Anspruch 24, dadurch gekennzei chne t , daß wenigstens sechs Einheiten in dreidimensionalem Aufbau angeordnet sind.
27. 27. Gestänge nach Anspruch 23* gekennzei chnet durch wenigstens vier Gestängeeinheiten, wobei die Einheiten über eine Lastkupplung, die aus dem ersten, zweiten und dritten Lager gebildet ist, jeweils an ihren Enden miteinander verbunden sind.
28. 28. Gestänge^ nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens vier Einheiten im wesentlichen in einer Ebene liegend angeordnet sind.
29. 29. Gestänge nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens sechs Einheiten in dreidimensionalem Aufbau angeordnet sind.

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30. 30. Anordnung mit einar Gestängeeinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelablenkung der Feder über 90° eine Energieaufnahme und eine weitere Ablenkung über eine Energiefreigäbe hervorruft.
31. Anordnung nach Anspruch 30, gekennzei c h n e t durch eine einer vorbestimmten Winkelablenkung der Feder äquivalente Vorspannung und durch einen Begrenzungsanschlag, der eine Ablenkung etwas über 90 zuläßt, damit die Feder sich bis zu diesem Grer anschlag verstellt und gegen ihn zur Anlage kommt.
32. 32. Anordnung mit einer Gestängeeinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Teil beim Zusammenbau vorverdrallt ist, so daß die ersten l8o° der Ablenkung eine Energieaufnahme und eine weitere Ablenkung um 180 eine Energiefreigabe hervorrufen.

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