Die Erfindung bezieht sich gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf eine Torsionsfeder zum bßidendig drehfesten Verbinden mit gegeneinander verdrehbaren Bauteilen, bei der wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete dünnwandige Rohrabschnitte einander mit Spiel konzentrisch umschließen, die an ihren einen Enden drehfest miteinander verbunden und dadurch als Drehfedern in Reihe geschaltet, hingegen an den anderen Enden jeweils mit Mitteln zum drehfesten Anschluß an die gegeneinander verdrehbaren Bauteile versehen sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Drehstabfeder für einen in einem fahrzeug¬ festen Lager schwenkbar gelagerten Lenker zum Führen eines Fahrzeugrades bzw. einer Gleisketten-Laufrolle an seinem von dem Lager entfernten Ende.

Aus der DE-AS 1 010 332 ist eine Drehstabfeder dieser Art und Zweckbestimmung bekannt, bei der die jeweils einen Enden von zwei einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Rohrabschnitten starr miteinander verbunden sind. Bei dieser Drehstabfeder haben die

stirnendigen Verbindungsbereiche erhebliche Axialerstrek- kungen und bestehen aus zwischen den Rohrabschnitten ein¬ geschweißten Ringen. Notwendig führt diese Ausbildung der Verbindungsbereiche zur Reduzierung der als Drehstabfeder verfügbaren Länge der jeweiligen Rohrabschnitte bzw. zu einer Vergrößerung der Baulänge der Torsionsfeder.

Bei der Verwendung derartiger Torsionsfedern zum Abfedern von an Lenkern geführten Fahrzeugrädern oder Gleisketten-Laufrollen kommt der Baulänge inso- fern besondere Bedeutung zu, als derartige Torsions¬ federn innerhalb der Spurbreite der Fahrzeuge unter¬ gebracht werden müssen.

Demgemäß besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung einer verbesserten Torsions¬ feder, die im Vergleich zu der vorbekannten Drehfeder größere Drehwinkel ■bei beschränktem Gewicht ermöglicht und darüber hinaus in einfacher Weise herstell- und einbaubar sein soll.

Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, daß bei der im Ober¬ begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Torsionsfeder die Rohrabschnitte einstückig ausgebildet sind und an ihren miteinander drehfest verbundenen Enden in einem Umlenkbereich, der einen kontinuierlichen Über¬ gang vermittelt, direkt ineinander übergehen.

Im Gegensatz zu der vorbekannten Torsionsfeder, bei der die beiden einander mit Spiel konzentrisch umschließen¬ den Rohrabschnitte mittels eines an einem Ende einge-

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setzten und mit beiden Rohrabschnitten verschweißten Ringes miteinander verbunden sind, handelt es sich bei der Erfindung um eine einstückige Ausbildung der Rohrabschnitte, die in einem Umlenkbereich kontinuier¬ lich ineinander übergehen. Dies ermöglicht die Aus¬ nutzung der gesamten Länge der Rohrabschnitte als Dreh¬ feder.

Ein wichtiges Ausgestaltungsmerkmal sieht vor, daß die als Drehfedern in Reihe geschalteten Rohrabschnitte aus glaserverstärktem Kunststoff bestehen. Dabei können zweckmäßigerweise die Rohrabschnitte als weiche Dreh¬ federn mit in einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Rohrlängsachse verlaufenden Fasereinlagen ausge¬ bildet sein. Insbesondere können die Rohrabschnitte aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.

Faserverbundstoffe, die als solche bekannt sind, zeichnen sich gegenüber Stahl durch niedriges Gewicht und große Arbeitsaufnahmefähigkeit aus. Angesichts des kleinen Elastizitäts-Moduls derartiger Werkstoffe sind durch die Hintereinanderschaltung von wenigstens zwei einander mit Spiel konzentrisch umschließenden Drehrohren ver¬ gleichsweise große Federwege realisiert. Insbesondere gilt dies, wenn die Fasereinlagen gemäß der vorerwähnten Weiterbildung der erläuterten Ausgestaltung unter einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Drehfederlängsachse gewickelt sind.

Aus Faserverbundstoffen bestehende Drehfedern haben zwar im Vergleich zu Konstruktionslösungen aus Stahl

bei gleicher Arbeitsaufnahme ein um etwa 40.ό größeres Volumen, aber angesichts der geringeren Dichte und des wesentlich kleineren Gleitmoduls liegt das Gewicht von Federn aus Faserverbundstoffen nur bei etwa einem Drittel von Stahlkonstruktionen. Dadurch ist der Vorteil von Stahl-Torsionsfedern in Bezug auf die maximal zulässigen Schubspannungen mehr als kompensiert. Darüber hinaus sind gewichtsparende Drehrohre aus Faserverbundstoffen leicht herstellbar.

Bei der erfindungsgemäß einstückigen Ausbildung der Rohrabschnitte hat es sich im Interesse eines konti¬ nuierlichen Übergangs von einem Rohrabschnitt zum jeweils anderen Rohrabschnitt als vorteilhaft erwiesen, wenn die verstärkenden Fasern im Umlenkbereich von dem einen Rohrabschnitt zum anderen Rohrabschnitt durchlaufend ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise können dabei die verstärkenden Fasern über dem jewei¬ ligen Rohrabschnitt schraubengangartig verlaufen und das Vorzeichen der Schraubenrichtung kann sich beim Übergang von dem einen in den anderen Rohrab¬ schnitt im Umlenkbereich umkehren.

Naturgemäß haben einander konzentrisch mit Spiel umschließende Rohrabschnitte unterschiedliche Durch¬ messer. Unbeschadet dieser unterschiedlichen Durch¬ messer sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die inneren und äußeren Rohrabschnitte unter¬ schiedliche Wandstärken, jedoch etwa gleiche Torsions¬ widerstandsmomente haben.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht die Torsionsfeder aus wenigstens zwei einander konzentrisch umschließenden, jeweils spiralförmig gewickelten Faserschichten. Bei einem derartigen Aufbau der erfindungsgemäßen Torsionsfeder hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn jede Faserschicht aus mehreren vorfabrizierten schrauben- gangartigen Sektorstreifen mit jeweils einem über den Umlenkabschnitt miteinander verbundenen Innen- und Außenteil besteht, welche Sektorstreifen einander zu einem jeweils den inneren und äußeren Rohrabschnitt einer Faserschicht bildenden Zylinder ergänzen.

Die Breite des Innen- und Außenteils eines jeden Sektorstreifens sollte dabei über dessen axialer Länge gleichbleibend sein, wobei aber die Außenteile der schraubengangartigen Sektorstreifen größere Breite als die Innenteile und darüber hinaus geringere Dicke haben können. Die verstärkenden Fasern in den schrau- bengangartig ausgebildeten Sektorstreifen sollten vorzugsweise parallel zueinander und parallel zu den Außenkanten der jeweiligen Innen- und Außenteile verlaufen.

Bei der aus wenigstens zwei einander konzentrisch um¬ schließenden, jeweils spiralförmig gewickelten Faserschich¬ ten aufgebauten Torsionsfeder hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die einander umschließenden Faserschichten jeweils im entgegengesetzten Drehsinne ge¬ wickelt sind und/oder unterschiedliche Wicklungsdichte aufweisen. Eine derartige Ausbildung führt im Belastungs¬ falle zu einer vorteilhaften Ausgestaltung der benachbarten

Faserschichten aneinander und durch unterschiedliche Wicklungsdichte gelingt es, die Torsionsfeder mit einer Vorzugsrichtung für die Belastung auszustatten.

Für bestimmte Bedarfsfälle kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Innen- und Außenteile der Sektorstreifen bei der Bildung der inneren und äußeren Rohrabschnitte mit unterschiedlichen Schraubenwinkeln gewickelt sind.

Neben dem kontinuierlichen Übergang von einem inneren Rohrabschnitt zu einem äußeren Rohrabschnitt in dem erwähnten Umlenkbereich ist es auch vorteilhaft, wenn die vom Umlenkbereich entfernten Enden der Tor¬ sionsfeder in einem nur geringe Axialerstreckung aufweisenden Bereich mit Mitteln zum drehfesten An¬ schluß der Torsionsfeder an gegeneinander verdreh¬ bare Bauteile verbunden sind.

Insoweit sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die vom jeweiligen Umlenkbereich abgewandten Enden der aus faserverstärktem Kunststoff bestehen¬ den Rohrabschnitte mit metallischen Flanschen als Mittel zum Anschließen an gegeneinander verdrehbare Bauteile durch Klebung verbunden sind und daß die Flanschen und die Rohrabschnitte einander axial über¬ lappende und sich zumindest über Teilbereiche des jeweiligen Umfangs erstreckende Kontaktflächen haben.

Bei einer derartigen Ausbildung der Verbindungsbereiche lassen sich die Axialerstreckungen der Kontaktflächen kleinhalten, gleichwohl aber hinreichend große Klebe-

flächen verwirklichen, die eine den bestimmungsgemäßen Anforderungen genügende Torsionsfestigkeit vermitteln.

Eine Weiterbildung der zuletztgenannten Ausgestaltung sieht vor, daß die Kontaktflächen der Flanschen aus in diesen umlaufenden Nuten bestehen und daß die Enden der Rohrabschnitte der Form der Nuten angepaßt sind sowie in letztere eingreifen. Wenn die inneren und äußeren Rohrabschnitte jeweils aus mehreren einander konzentrisch umschließenden Faserschichten bestehen, können entsprechend der Anzahl der Faserschichten einander konzentrisch umschließende Nuten vorgesehen und jede der Faserschichten mit einer der Form der Nuten entsprechenden Anschärfung ausgerüstet sein, die dann in die jeweiligen Nuten eingreifen und mit diesen fest verklebt sind.

Eine nochmalige Vergrößerung der Klebeflächen kann auch in der Weise verwirklicht werden, daß die Kontakt¬ flächen der Flanschen und der damit mittels Klebung verbundenen Enden der Rohrabschnitte in axialer Rich¬ tung über den jeweiligen Umfang profiliert sind. Neben der Vergrößerung der Klebeflächen gewährleisten derartige Profilierungen der Kontaktflächen der Flan¬ schen einerseits und der Rohrabschnitte andererseits eine zumindest teilweise formschlüssig wirkende Ver¬ bindung.

Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen nachstehend einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 eine aus einem Innenrohr und einem dieses mit Spiel konzentrisch umschließenden Außenrohr bestehende Torsionsfeder für sich allein in einer Längsschnitt¬ ansicht,

Fig. 2 den bestimmungsgemäßen Einsatz der Torsionsfeder nach Fig. 1 als Drehstabfeder für eine Gleisketten- Laufrolle, die am freien Ende eines mittels eines Lagerzapfens in einem fahrzeugfesten Lager drehbar angelenkten Schwingarms geführt ist,

Fig. 3 in einer gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerten ' Halbschnittansicht eine Torsionsfeder, deren innere und äußere Rohrabschnitte aus mehreren einander kon zentrisch umschließen und jeweils über einen Umlenk¬ abschnitt miteinander verbundenen Faserschichten bestehen,

Fig. 4 in einer Ansicht wie in Fig. 3 den Aufbau einer der artigen Faserschicht aus schraubengangartigen Sekto streifen, die einander zu Zylinderformen ergänzen und ^" den inneren und.äußeren Rohrabschnitt bilden,

Fig. 5 einen Sektorstreifen mit je einem über einen Umlenk abschnitt miteinander verbundenen Innen- und Außen¬ teil,

Fig. 6 die Verbindung eines Rohrabschnittes der Torsionsfe der mit einem metallischen Flansch in einer Halb¬ schnittansicht in der oberen Hälfte und einer nicht geschnittenen Ansicht in der unteren Hälfte und

Fig. 7 in einem - vergrößerten - Ausschnitt gemäß VII aus

Fig. 6 die Kontaktflächen des Flanschs und des Rohr abschnittes vor dem Zusammenfügen.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform handelt

es sich um eine Torsionsfeder 10 aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit einem Innen- und einem Außenrohr 11, 12 di koaxial zueinander angeordnet einander unter Ausbildung e Ringspaltes 13 umschließen. Die Torsionsfeder ist einstüc ausgebildet, indem das .Innen- und Außenrohr über einen diese drehfest miteinander verbindenden Umlenkbereich 14 direkt ineinander übergehen. Es handelt sich mithin um ei Reihenschaltung der die beiden Drehfedern bildenden Rohra schnitte, deren Gesamtfederkonstante kleiner ist als die beiden Einzelfederkonstanten. Die von dem Umlenkbereich 1 entfernten freien Enden der Rohrabschnitte sind mit sich dial erstreckenden und mit axialem Spiel direkt benachbar angeordneten Anschlußflanschen 15, 16 ausgerüstet. Der An schlußflansch 16 des Außenrohrs 12 befindet sich auf der zum Umlenkbereich hinweisenden Seite des Innenrohrflansch 15 und ragt radial über diesen hinaus.

Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 2 ist mittels eines in einem fahrzeugfesten Lager 18 drehbar aufgenommenen Lagerzapfens 19 ein Schwingarm 20 gelagert, der an seinem vom Lagerzapfen entfernten Ende in hier nicht weiter inte¬ ressierender• Weise eine auf einem Lagerzapfen 21 drehbar aufgenommene Gleisketten-Laufrolle 22 führt. Das Lager 18 ist in der in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Weise fest in beispielsweise der Bodenwanπe 23 eines an¬ sonsten nicht dargestellten Gleisketten-Fahrzeugs angeordn Auf der von dem Schwingarm 20 entfernten Seite ist mit dem Lager 18 drehfest ein Lagering 24 verbunden, der sich axial über das eigentliche Lager hinauserstreckt und an den der Anschlußflansch 16 des Außenrohrs 12 der Torsionsfeder 10 drehfest angeschlossen ist. Auf der vom Schwingarm 20 abgewandten Seite des sich durch das Lager 18 hindurch erstreckenden Lagerzapfens 19

ist ein innerhalb des axial über das Lager 18 vorstehen¬ den Abschnittes des Lagerringes 24 aufgenommener Stütz¬ ring 25 drehfest angeordnet und mit diesem Stützring ist der Anschlußflansch 15 des Innenrohrs 11 der Tor¬ sionsfeder 10 drehfest verbunden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bestehen die inneren und äußeren Rohrabschnitte 11', 12" der Torsionsfeder 10 ^r aus je vier einander konzentrisch umschließenden und fest miteinander verklebten Faserschichten. Die dem jeweils in¬ neren und äußeren Rohrabschnitt zugeordneten Teile einer jeden Faserschicht gehen in Umlenkabschnitten kontinuier¬ lich ineinander über und die Umlenkabschnitte der vier Faserschichten bilden einen Umlenkbereich 14' , der einen kontinuierlichen Übergang vom inneren Rohrabschnitt zum äußeren Rohrabschnitt vermittelt.

Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Faserschicht 30 aus mehreren einander spiralförmig zugeordneten Sektorstreifen 31 , die einander zu zwei über einen Umlenkabschnitt miteinander ve bindenden koaxialen Zylindern 32, 33 ergänzen. Ein derarti Sektorstreifen ist in Fig. 5 veranschaulicht. Es handelt s dabei um vorfabrizierte .Teile mit einem über einen Umlenka schnitt 35 miteinander verbundenen Innen- und Außenteil 36 37 jeweils gleichbleibender, untereinander aber unterschie licher Breitenerstreckung. In dem Innen- und Außenteil des Sektorstreifens 31 verlaufen parallel zueinander und paral zu den jeweiligen Außenkanten Fasereinlagen, die über den Umlenkabschnitt 35 hinaus durchlaufend ausgebildet sind.

Kennzeichnend für diese Sektorstreifen ist, daß sowohl das Innenteil 36 wie auch das Außenteil 37 schrauben-

gangförmig verlaufen, wobei jedoch die Schraubenrich¬ tung sich im Umlenkabschnitt 35 umkehrt, so daß die Schraubenrichtung des Außenteils 37 gegenläufig zur Schraubenrichtuπg des Innenteils 36 verläuft.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 haben die Innen- und Außenteile der Sektorstreifen 31 gleiche Dicke. Wenn aus mehreren derartigen Faserschichten in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise eine Torsionsfeder aufgebaut wird, führt dies zu gleichen Wandstärken des inneren und äußeren Rohrabschnittes sowie dazu, daß die Steigungswinkel der einander schraubengang- artig zugeordneten Innen- und Außenteile 36, 37 der Sektorstreifen 31 entsprechend unterschiedlich sein müssen. Dies ergibt sich aus den unterschiedlichen Durchmessern.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsform haben hingegen die Außenteile 37 der die einzelnen Faserschich¬ ten bildenden Sektorstreifen 31 eine geringere Dicke als die den inneren Rohrabschnitt 11' bildenden Innenteile 36. Die Anordnung kann zweckmäßigerweise so getroffen sein, daß die Außenteile 37 der die einzelnen Faserschich¬ ten bildenden Sektorstreifen 31 derart größere Breite als deren Innenteile 36 haben, daß die Innen- und Außenzylin¬ der unter jeweils gleichen Steigungswinkeln gewickelt sind Bei einer derartigen Ausgestaltung gelingt es auch in ein¬ facher Weise, die Dicke der Innen- und Außenteile 36, 37 der Sektorstreifen 31 so zu bemessen, daß die Rohrabschnit 11', 12' einer aus mehreren Faserschichten bestehenden Torsionsfeder 10' gleiche Torsionswiderstandsmomente haben

Zweckmäßigerweise sind die jeweils benachbarten Faser¬ schichten de's inneren und äußeren Rohrabschnittes 11', 12' gegenläufig spiralförmig gewickelt.

Aus Fig. 6 ist die Verbindung des vom Umlenkbereich 14' ent fernten Endes des inneren Rohrabschnittes 11' der Torsions¬ feder 10' nach Fig. 3 mit einem metallischen Flansch 15' be Weglassung des äußeren Rohrabschnittes und eines damit in entsprechender Weise verbundenen metallischen Flanschs er¬ sichtlich. Bei den Kontaktflächen des Flanschs handelt es sich um entsprechend der Anzahl der Faserschichten einander konzentrisch umschließende V-Nuten 40 und die Faserschichte greifen mit der Nutenform entsprechenden Anschärfungen 41 in die Nuten ein und sind mit diesen verklebt. Die Form de Nuten 40 des Flanschs und der Anschärfungen 41 der Faser¬ schichten des Rohrabschnitts veranschaulicht insbesondere Fig. 7.

Die vorstehend erläuterte Ausbildung der Kontaktflächen de Flanschs und der Faserschichten vermittelt eine axiale Übe lappung und damit eine Vergrößerung der Klebeflächen. Darü hinaus weisen die Nuten 40 und entsprechend die Anschär- fungen 41 an den vom Umlenkbereich entfernten Enden der Fa schichten einander angepaßte wellenförmige axiale Profilie rungen auf, die bei 42 angedeutet sind und neben einer weiteren Vergrößerung der Klebeflächεn auch eine formschlü wirkende Verbindung zwischen dem Flansch und dem Rohrab¬ schnitt herstellen.

Die in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen und insbesondere das Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 2 zei-

gen, daß angesichts der baulichen Gestaltung der Torsionsfeder aus zwei koaxial zueinander angeordneten und über einen Umleπkbereich einstückig miteinander verbundenen Rohrabschnitten eine im Vergleich zu be¬ kannten Torsionsfeder beträchtliche Reduzierung der Baulänge verwirklicht ist. Die inneren und äußeren Rohrabschnitte und der einen kontinuierlichen Über¬ gang zwischen diesen vermittelnde Umlenkbereich sind als wirksame Drehfedern genutzt. Die Torsionsmomente werden in unmittelbarer Nähe der Federeinspannung in die Torsionsfeder eingeleitet. Dadurch ist eine kurze und leicht bauende Torsionsfeder geschaffen worden, die einfach einbaubar ist und im Verhältnis zu ihrer Längenerstreckung große Federwege ermöglicht.