DE2151227C3 - Federnde Aufhängung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine federnde Aufhängung zur elastischen Anbringung einer zweiten Masse an einer ersten Masse, mit mindestens einem Federstab, der mit seinem einen Ende an einem zu der ersten Masse axial drehbaren Element angreift, dessen Drehachse unter einem spitzen Winkel zu der Führungsebene verläuft, in der das andere die zweite Masse tragende Ende des Federstabs geführt ist.

Bei einer bekannten Radaufhängung dieser Art (US-PS 30 57 642) sind die Federstäbe derart an Drehlagern, die an einer gemeinsamen Halterung angebracht sind, befestigt, daß die Drehachsen der Drehlager unter einem spitzen Winkel zu der Vertikalebene liegen, in der sich das Rad bewegen kann. Wird das Rad angehoben, so werden die Federstäbe derart verschwenkt, daß sie bestrebt sind, sich voneinander fortzubewegen. Da sie hieran aber durch ihre Befestigung an der Radachse gehindert werden, biegen sie sich federnd durch. Sie sind bestrebt, wieder ihre Ruhelage einzunehmen und treiben daher das Rad federnd in seine Normallage zurück. Die Federstäbe weiden bei die- f,₀ ser bekannten Aufhängung infolge der dort gewählten Lagerung vorwiegend auf Biegung beansprucht. Die Lager müssen relativ stark ausgelegt sein, um diesen Biegekräften standzuhalten. Auch die Federstäbe, die neben den Torsionskräften starken Biegekräften ausgesetzt sind, müssen aus hochwertigem federeiastischem Material hergestellt sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine federnde Aufhän-227

gung zu schaffen, die mit einfachen Lagern bzw. Ge lenkteilen auskommt. Zur Lösung dieser Aufgabe win erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an dem drehba ren Element ein Gelenk angebracht ist, an dessei einem Gelenkstück der Federstab befestigt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Aufhängung wird dei Federstab nicht vorwiegend auf Biegung, sondern in er ster Linie auf Torsion beansprucht. Er kann daher au; verhältnismäßig billigem federelastischem Werkstof hergestellt sein. Außerdem braucht die Kupplung bzw das Gelenk keine großen Biegekräfte aufzunehmen unc kann daher insgesamt günstiger hergestellt und korn pakter ausgebildet werden als es bisher möglich war.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwei drehbare symmetrisch zur Führungsebene angeordnet sind und daß die zugehörigen Federstäbe an ihren freien Enden, die spitz aufeinander zulaufen, miteinander verbunden sind. Die symmetrische Anordnung der Federstäbe hat den Vorteil, daß die Torsions- und Biegekräfte sich an den miteinander verbundenen Enden der Federstäbe kompensieren und daß automatisch dafür gesorgt ist, daß die freien Enden der Federstäbe in der Führungsebene geführt sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können zwei Federstäbe im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein, wobei die zugehörigen Gelenkachsen in einer Flacht liegen. Eine derartige Anordnung, bei der die Federstäbe vorzugsweise übereinanderliegen, eignet sich insbesondere für die Aufhängung eines landwirtschaftlichen Grubber-Zinkens. Die Federstäbe schwingen, während der Grubber-Zinken das Erdreich durchfurcht, von einer Seite zur anderen, was zur Folge hat, daß der Grubber-Zinken die Schollen wirksamer zerschlagen und damit lockern kann als bisher möglich war.

Ferner ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Aufhängung mehrere im wesentlichen in einer Ebene liegende Federstäbe vorzusehen, die paarweise angeordnet sind, wobei die einzelnen Paare unterschiedliche Winkel zur Hauptachse der Aufhängung einnehmen. Infolge der unterschiedlichen Winkel ergeben sich an den Federstäben unterschiedliche Federkonstanten. Beim Einbau von Federstäben mit unterschiedlichen Torsionssteifigkeiten ist es daher z. B. möglich, eine Radaufhängung zu schaffen, deren Federcharakteristik den gegebenen besonderen Erfordernissen angepaßt ist.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Federgestänges nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht eines Teils der Aufhängung nach F i g. 1 aus Richtung des Pfeils A in F i g. 1,

F i g. 3 eine F i g. 2 ähnliche Draufsicht zur Veranschaulichung der Teile nach Drehung um 90°,

Fig.4 eine Seitenansicht eines landwirtschaftlichen Grubberzinkens mit einem Federgestänge nach der Erfindung,

F i g. 5 eine Unteransicht in Richtung des Pfeils B in F i g. 4,

F i g. 6 eine Endansicht eines Teils der Anordnung nach F i g. 4 in Richtung des Pfeils C gesehen,

F i g. 7 bis 10 verschiedene Ansichten von in den F i g. 4 und 5 gezeigten Teilen in vergrößertem Maßstab.

F i g. 11 eine Seitenansicht eines Grubberzinkens mil einem abgewandelten Federgestänge.

Fig. 1- eine Draufsicht der Anordnung nach Fig-11.

F ι g. 13 eine Seitenansicht eines Grubber/uikens nut einer weiteren Ausführung-sform des erii-iduncscemaßen Federgesüngcs,

F i g. 14 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 13.

Fig. 15 eine Draufsichi einer elastischen -Whangung mit einem erfindungsgemäßen Federgeslänge.

Fig. 16 tine Seitenansicht der Anordnung nach F ig. ^5,

Fig. 17 eine Draufsichi einer abgewandelten Aufhängung mit einem enindungsgemäßen Federgestange.

FiS. IS eine Seitenansicht der Anordnuni nach Fig. 17.

Fig. 19 eine schaubildliche Ansicht einer anderen Autführungsform einer Aufhängung mit dem Federgestänge nach der Erfindung.

F i g. 20 eine Seiienansichi eines Teils der Anordnung nach Fig. 19,

Fig. 21 eine Endansicht längs der Linie \ X in F i g. 20 und

F i g. 22 eine Draufsicht der Anordnung nach F i g. 20.

In den F i g. 1 bis 3 isi ein erfindungsgemäßes Federgestänge schematisch dargestellt, das zwei relativ zueinander bewegliche Massen 10 und 11 miteinander verbindet. Die Masse 10 ist an einem Ende eines als abgeflachte Leiste 12 gestalteten lenkartigen Tei's aus federelastischem Material, z. B. Federstahl, angebracht. Das andere Ende der Leiste 12 ist über eine Gelenkverbindung 13 mit der Masse 11 verbunden, so daß die Leiste 12 als Schwenkhebel zwischen den Massen 10 und 11 wirkt. Im einzelnen besteht die Gelenkverbindung 13 aus einem Auge 14, das zwischen den Armen einer Gabel 15 gelenkbeweglich gehalten ist. Das Auge kann um eine Achse 16 schwenken, und die Gabel 15 kann sich um eine andere Achse 17 drehen, da die Gabel mit einer Stummelwelle 18 einteilig ausgebildet ist, die in einer Paßmuffe 19 in der Masse 11 drehbar gelagert ist. Die Achsen 16 und 17 sind in diesem Fall zueinander senkrecht. Die Leiste 12 ist fest mit dem Auge 14 verbunden. Die Gelenkverbindung 13 besitzt also auf zwei einander kreuzenden Achsen 16 und 17 Gelenkstellen.

Zur besseren Verständlichkeit nachfolgender Erläuterung sei angenommen, daß die Masse 11 festliegend angeordnet ist, während die Masse 10 sich relativ zur Masse 11 bewegt.

Das der Gelenkverbindung 13 abgelegene Ende der Leiste 12 wird von fixierten mit Abstand nebeneinanderliegenden Führungsbogen 21 gezwungen, um eine dritte Achse 20 Schwingungen ohne Torsionsabweichungen durchzuführen. Die dritte Achse 20 verläuft zur Mittellinie 22 der Leiste 12 senkrecht, ist jedoch zur Achse 17 um einen Winkel θ winkelverschoben. Gemäß F i g. 1 weicht also die Mittellinie 22 der Leiste 12 um den Winkel θ von der zu den Achsen 16, 17 Senkrechten 23 ab. F i g. 1 und 2 lassen erkennen, daß die Achsen 17, 20, 22 und 23 alle in der gleichen Ebene liegen. Die in den F i g. 1 und 2 veranschaulichten Verhaltnisse stellen die Ausgangslage dar, in der die Gesamtlänge der Leiste 12 frei von Torsionsbeanspruchungen ist.

F i g. 3 zeigt den Zustand, der sich ergibt, wenn die Masse 10 sich in Richtung des Pfeils Oder E i g. I und 2 um die Achse 20 um 90" verschwenkt hat. Die Stum-18 hat sich um etwa 90" um die Achse 17 geureht. Die -Ychse 1<S nunrm daher nun eic Stellung ein. die vorher die Achse 23 innehatte. Da Ja> abgelegene ErJe Jer Leiste 12 von den Führungsbogen 21 ar. e:ner Verbindung gehindert wird, unterkeg· Jer Lei- > SiCiUCiI /wischen der. Fuhrungsbogen 21 und de:" Auge 14 einer dem Winkel β entsprechenden Torsionsabweichimg. Wegen der Federciasti/iiäi der Leiste 12 müssen dem Pfeil Dentgegengerichiete Biegekräfie aui'.reien. In der Mittellinie 22 einhaltenden Ebene wirkt

!° selbstverständlich eine gewisse Biegekraft au! die Leiste 12. Die Leiste 12 ist jedoch infoige der Drehbarke;: des Auges 14 um die Achse 16 frei von großen Bsegekraften m der die Achse 17 enthaltenden Ebene. Daher bildet die Leiste 12 einen elastischen Torsior.sstab. der ah von großen Querbiegekrafien freier Schwenkhebe! dient.

Die »Federkonsiame«·. der Anordnung laßt sich unter anderem durch Änderung der Größe des Winkels β variieren. Außerdem kann der lorsionsaktive Teil der Lei-

^ sie 12 durch Einführung einer vorgewählten. Torsionsablenkung der Leiste in der S'.ellung nach Fig.! vorgespannt werden.

Bei zweckmäßigeren Ausführungsformen laßt sich die Unbequemlichkeit der Führungsbogen 2! dadurch

-> vermeiden, daß zwei Vorrichtungen «Rücken an Riik ken« angeordnet werden, wobei die abgewandteil Enden der Leisten 12 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wirken die Torsionsablenkungen in den Leisten entgegengesetzt zueinander und heben sieh auf.

jo Einzelheiten einer solchen ersten praktischen Ausführungsform sind in Fig.4 bis 10 dargestellt. Bei dieser Anordnung sind die relativ zueinander bew eglichen Massen ein Zinkenschar 24 und ein Rahmen mit einem Werkzeugbalken 25. Das Zinkenschar 24 und der Werkzeugbalken 25 sind über ein Federgestänge miteinander verbunden, das zwei als Schwenkhebel wirksame torsionselastische Arme 26 und zwei Doppelgelenkverbindungen 27 aufweist. Gemäß F i g. 4 und 5 sind die den Doppelgelenkverbindungen 27 abgewand-

-(O ten Enden der Arme 26 nach unten gebogen und miteinander vernietet und tragen das Zinkenschar 24. das mittels Bolzen 28 befestigt ist. Eine geschlitzte Riegelplatte 29, die auf den Armen 26 etwa am Beginn ihrer Abwärtskrümmung angeordnet ist, dient zur Besehränkung der Torsionsabweichung oder Verwindung der Arme 26 auf die horizontalen und geraden Teile der Arme. Die Anordnung mit den Gelenkverbindungen 27 ist auf dem Werkzeugbalken 25 mittels eines Bügels 30 befestigt, der mit einer Klammer 32 zusammenw irken-

w de Klemmbolzen 31 aufweist. Die in den F i g. 1 bis 3 erläuterten Schwenkachsen sind, soweit dies möglich ist, in den F i g. 4 bis 10 mit gleichen Be/ugsziffern angedeutet.

Einzelheiten der Gelenkverbindungen 27 gehen aus den F i g. 7 bis 10 hervor. Jede Gelenkverbindung 27 wird von einem gemeinsamen Träger 33 getragen, der an dem Bügel 30 mittels Bolzen 34 befestigt ist. Dei Träger 33 ist mit einer zylindrischen Bohrungsdurchbrechung 35 verschen, deren Durchmesser etwas grö

hu ßer als der Abstand zwischen den Bolzen 34 ist. so dal. letztere in die Bohrungsdurehbrechiing 35 hineinragen Ein in die Bohrungsdurchbrecluing 35 einpaßbares Ein satzstück 36 weist einen Zentralteil 37 auf, der aus zwe zylindrischen Lagerieikn 38 besieht, die zu beiden Sei

(>5 ten einer Ringnut 34 angeordnet sind, welche l>ei in dii Bohruiigsdiirehbieclnini: 35 eingesetztem Emsaizsiücl 36 die vorstehenden Enden der Bolzen *4 aufnimm wodurch das Einsatzstück 36 festgehalten wird. In de

Bohrungsdurchbrechung 35 ist eine Keilnut 40 ausgebildet, während mehrere Keilnuten 41 sich in den Lagerteilen 38 befinden. Mittels eines Keils 42 (F i g. 10) läßt sich das Einsatzstück 36 gegen Drehung in der Bohrungsdurchbrechung 35 in mehreren verschiedenen Stellungen sichern: Diese Einrichtung schafft ein Mittel zur Einstellung der Anfangstorsionskraft in den Armen 26 wie nachfolgend näher erläutert wird. Das Einsatzstück 36 weist zwei seitlich vorstehende Ansätze 43 auf, die in den Achsen 17 gebohrt sind (Fig.8), wodurch Steckmuffen für Stummelwellen 44, die der Stummelwelle 18 der F i g. 1 bis 3 entsprechen, geschaffen werden. Die Stummelwellen 44 tragen Gabeln 45, die Teile der Gelenkverbindungen 27 darstellen. Die anderen Teile der Gelenkverbindungen 27 werden von im wesentlichen C-förmigen Gabelbügeln 46 gebildet, die in den Gabeln 45 mittels Drehzapfen 47 schwenkbar gelagert sind. Die Arme 26 sind mit den Gabelbügeln 46 mittels Bolzen 48 verbunden, so daß die Gabelbügel 46 dem Auge 14 der F i g. 2 und 3 entsprechen. Der Träger 33 weist einen Ansatz 49 auf, der in Querrichtung durchbohrt ist und eine Stange 50 trägt, die als Anschlag dient und die Abwärtsschwingungen der Arme 26 begrenzt (F i g. 4).

Wenn die Arme 26 gegen die Anschlagstange 50 treffen, kann den Armen 26 dadurch eine gewünschte Anfangstorsionsablenkung aufgeprägt werden, daß das Einsatzstück im Uhrzeigersinn gedreht wird (Fig. 4). Vorher wird der Keil 42 herausgenommen und nach Durchführung der Einstellung wieder eingesetzt.

Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 4 bis 10 wirkt jeder Arm und jede Gelenkverbindung 27 in der Art der Leiste 12 und der Gelenkverbindung 13 der F i g. 1 bis 3. Das Zinkenschar 24 ist also tatsächlich. durch die Torsionselastizität der Arme 26 elastisch aufgehängt. Fi g. 4 bis 10 zeigen, daß die Anordnung mit den Gelenkverbindungen 27 eine kompakte, verhältnismäßig einfache und preiswürdige Konstruktion aufweist. Die Arme 26 sind in entgegengesetzten Richtungen verdreht, so daß die Torsionskräfte einander aufheben.

Ansiait zwei Federgestänge gemäß F i g. 1 im Sinn der F i g. 4 bis 10 Rücken an Rücken anzuordnen, läßt sich ein Ausgleich der Torsionskräfte auch dadurch erreichen, daß die Gestänge übereinander vorgesehen werden, wobei die äußeren Enden der Arme oder lenkerartigen Teile mit einem gemeinsamen Teil verbunden sind. Eine solche Konstruktion geht aus den F i g. 11 und 12 hervor. Hierbei ist ein landwirtschaftlicher Grubberzinken 51 an einem Rahmen mit einem Werkzeugbalken 52 elastisch aufgehängt. Der Grubberzinken 51 ist mittels Bolzen 53 an einem Standbügel 54 befestigt, der als gemeinsamer Teil dient, welcher die äußeren Enden der torsionselastischen Schwenkhebel 55 verbindet. Die Schwenkhebel 55 greifen an den Werkzeugbalken 52 über Doppelgelenkverbindungen 56 an. deren Schwenkachsen die gleichen Bezugsziffern wie in dem Beispiel der F i g. 1 bis 3 aufweisen. Die Gelenkverbindungen 56 sind an dem Werkzeugbalken mittels einer Klemmbügeleinrichtung 57 befestigt. Ein Merkmal der Anordnung nach den F i g. 11 und 12 besteht darin, daß die Achsen 16 der Gelenkverbindungen 56 miteinander fluchten, so daß die Schwenkhebel 55 zusätzlich zur Auf- und Abschwingung in Richtung der Pfeile Eseitwärts schwingen können (F i g. 12).

Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungs-Form, bei der ein Grubberzinken 58 an einem Rahmen mii einem Werkzcugbalken 59 elastisch aufgehängt ist.

In diesem Fall besteh! das elastische Gestänge aus zwe Rücken an Rücken angebrachten Sätzen torsionselasti scher Schwenkhebel 60. Jeder Schwenkhebelsatz 60 is mit dem Werkzeugbalken 59 mittels einer Gelenkver bindung 61 verbunden, deren Schwenkachsen mit der Bezugsziffern 16 und 17 des Beispiels der F i g. 1 bis 2 gekennzeichnet sind. Die Wirkung dieser Anordnung ist ähnlich nach den F i g. 4 bis 10.

Fig. 15 und 16 zeigen eine elastische Aufhängung

ίο mit einem Federgestänge ähnlich demjenigen der Fig. 13 und 14. Hierbei sind die torsionselastischen Schwenkhebel 62 als entgegengesetzt gerichtete Armpaare angebracht, wobei die äußeren Enden der Arme jeweils eines Paars bei 63 miteinander verbunden sind.

Die Schwenkhebel 62 sind mittels Doppelgelenkverbindungen 65 an einem gemeinsamen Träger 64 angesetzt. Die Schwenkachsen der Doppelgelenkverbindungen 65 sind mit 16 und 17 bezeichnet. Der gemeinsame Träger 64 ist an Hängeböcken 66 drehbar angeordnet. Die Aufhängung der Fig. 15 und 16 kann in einer Fahrzeugaufhängung als Dämpfer für die Rollbewcgung eingebaut sein.

F i g. 17 und 18 veranschaulichen eine elastische Aufhängung für ein Fahrzeugrad. Hierbei ist ein Rad 67 an einem Chassis 68 elastisch aufgehängt, indem torsionselastische Schwenkhebel 69 über Doppelgelenkverbindungen 70 an das Chassis 68 angesetzt sind, wobei die Doppelgelenkverbindungen 70 um Schwenkachsen 16. 17 beweglich sind. Die Schwenkhebel 69 sind zu oberen und unteren Gruppen 71 bzw. 72 zusammengefaßt und stellen ein Parallelogrammgestänge dar. In jeder Gruppe 71, 72 sind die Schwenkhebel wieder als im Sinn der F i g. 13 und 14 Rücken an Rücken liegende Hebelsät/c angeordnet. Bei der Verwendung mehrerer Schwenkhebel 69 (Fig. 17) ist die Federkonstante jedes Schwenkhebels wegen der unterschiedlichen Winke! zwischen den Schwenkhebeln und den Achsen 17 verschieden.

Fig. 19 bis 21 veranschaulichen einen Vorschlag für eine Radaufhängung mit veränderlicher Federkonstante, wobei von der Möglichkeit der Einstellung des Winkels θ Gebrauch gemacht wird, die im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 3 erläutert wurde. Hierbei wird ein nicht gezeichnetes Rad von einem Paßstück 73 getragen. das die äußeren Enden der torsionselastischen Schwenkhebel 74 miteinander verbindet. Die Schwenkhebel 74 greifen über Doppelgelenkverbindungen 76 mit Schwenkachsen 16. 17 an ein Chassisteil 75 an. Die Achsen 17 sind durch Zapfen 77 in Gabeln 78 definiert.

Zur Veränderung des Winkels θ und damit der Federkonstante des Federgestänges werden die Gabeln 78 von Schwenkkonsolen 79 getragen, die mittels Bolzen 80 an dem Chassis 75 befestigt sind. Durch die Schwenkkonsolen 79 ragen Stummelwellen 81 hindurch, deren obere Enden mit den Gabeln 78 verbunden sind, während ihre unteren Enden mit Hebeln 82 in Verbindung stehen, die über ein Gestänge 84 von einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit 83 auslenkbar sind. In Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung

der Kolbenzylindereinheit werden die Gabeln 78 zur Veränderung des Winkeis θ in diese oder jene Richtung gedreht. Dies bedeutet, daß der Fahrer eines mit dieser Art einer Aufhängung ausgerüsteten Fahrzeugs die Chassishöhe einstellen kann, um unabhängig von

der getragenen Last die gewünschte Höhe einzuhalten. Eine Anzeige der getragenen Last läßt sich erzielen, indem man den Fluiddruck in der Kolbenzylindereinheit 83 auf einem nicht gezeichneten

abliest. Die Gestaltung der Schwenkhebel 74 geht aus den F i g. 20, 21 und 22 hervor. Es wird zweckmäßig ein dünnwandiges Rohr verwendet, das sich in Seitenansicht und in Draufsicht verjüngt und dessen Querschnitt von der Ellipsenform am Gelenkende in die Kreisform am Scheitelende übergeht. Hierdurch ergibt sich ein größerer Widerstand gegen Biegekräfte bei Aufivchterhaltung eines im wesentlichen gleichmäßigen Tor-

sionsspannungsniveaus über die Länge des Rc Bei der Abwandlung aller beschriebene

rungsformen sind die Gelenkverbindungen di mibüehsen od. dgl. ersetzt, bei denen keine Fl cinandergleiten.

Die Erfindung bezieht sich nur auf das im

gehren Beanspruchte.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 21

1. Federnde Aufhängung zur elastischen Anbringung einer zweiten Masse an einer ersten Masse, mit mindestens einem Federstab, der mit seinem einen Ende an einem zu der ersten Masse axial drehbaren Element angreift, dessen Drehachse unter einem spitzen Winkel zu der Führungsebene verläuft, in der das andere, die zweite Masse tragende Ende des Federstabs geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem drehbaren Element (18,45) ein Gelenk (13,27) angebracht ist, an dessen einem Gelenkstück (14, 46) der Federstab (12, 26) befestigt ist.

2. Federnde Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel (90° — Θ) zwischen der Führungsebene und dem drehbaren Element (18,45) einstellbar ist.

3. Federnde Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei drehbare Elemente symmetrisch zu der Führungsebene angeordnet sind und daß die zugehörigen Federstäbe (26) an ihren freien Enden, die spitz aufeinander zulaufen, miteinander verbunden sind.

4. Federnde Aufhängung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (11) mit dem Gelenk (13) als Kreuzgelenk mit senkrecht zueinander stehenden und einander schneidenden Achsen ausgebildet ist.

5. Federnde Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federstäbe (69) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und daß die zugehörigen Gelenkachsen (16) in einer Flucht liegen (F i g. 8).