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Wmkelsehwinuiigsh'eier Kraftwagen otler Anhtmger.
Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Bauart mit Kreiselstabilisierungsvorrichtung versehener
Kraftwagen bzw. Kraftwagenanhänger, bei der durch die Unebenheiten der Fahrbahn hervorgerufene und sonstige beim Fahren auftretende Schwingungen des Wagenkörpers, insbesondere seine Winkel- schwingungen um die Längsachse (Kippschwingungen) und seine Winkelschwingungen um die Quer- achse (Niekschwingungen), beseitigt und sonstige Fahreigenschaften verbessert werden sollen.
Es ist bereits bekannt, durch das Rieht-oder Beharrungsvermögen einer aus einem oder mehreren
Kreiseln von zwei Freiheitsgraden bestehenden Kreiselstabilisierungsvorrichtung, die am Wagenrahmen angebracht ist, die Dreh- oder Winkelschwingungen des abgefederten "Wagenrumpfes" (d. h. des Wagen- rahmens samt allen auf ihn aufgebauten Teilen, des Wagenkastens, der Maschinenanlage usw. ) abzu- schwächen.
Den bekannten Konstruktionen von Kraftwagen, die mit einer Kreiselstabilisierungsvorriehtung versehen waren, war aber durchwegs eine Federung der bisher üblichen Arten zugrunde gelegt.
Es hat sich nun gezeigt, dass sich Wagen mit Federungen des bisherigen Prinzips nicht zur Stabili- sierung durch Kreisel eignen. Da bei diesen Federungen beim Fahren auf unebener Strasse sehr starke
Drehmomente durch die Federn in den Wagenrumpf gelangten, mussten zur Überwindung dieser Dreh- momente ziemlich grosse Kreisel angewandt werden, die nicht nur viel Raum beanspruchten und den
Wagen sehr beschwerten, sondern die auch dem Wagenmotor sehr viel Energie entzogen, so dass der
Wagen nicht nur in der Herstellung, sondern auch im Betriebe wesentlich teurer wurde.
Bei der vorliegenden Erfindung ist nun mit aller Folgerichtigkeit der Gedanke ausgebaut worden, beim Kreiselkraftwagen die Fahrgestellaufhängung und Federung der Kreiselverwendung anzupassen, damit das Gewicht und die Grösse der Kreiselvorrichtung weitestgehend verringert werden kann, und die sich durch die Kreiselverwendung sonst noch öffnenden neuen Konstruktionsmöglichkeiten zu erschöpfen.
Die Verwendbarkeit kleinerer Kreisel wird durch Abmilderung der Drehmomente, welche durch die Federung in den Wagenrumpf gelangen, erreicht.
Massgebend für die Abmilderung der Drehmomente, die von den Federn auf den Wagenrumpf übertragen werden, ist jedoch die Frage, wieweit auf die Wirkung, mit welcher die Federn den Wagen- rumpf aufrechterhalten, verzichtet werden kann.
Bei den bisherigen Wagen, die keine Kreiselstabilisierungsvorrirhtung besassen und bei welchen t sich der Schwerpunkt des Wagenrumpfes ziemlich hoch über den Aufhängepunkten desselben befand, musste die Federung ein ziemlich grosses Vermögen besitzen, den Wagenrumpf aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zwecke benutzte man die gleichen Federn, die den Wagenrumpf zu tragen und ihn im lotrechten
Sinn abzufedern hatten. Kamen Längsfedern zur Anwendung, so wurden diese möglichst weit aussen angebracht, um den Wagenrumpf so gut wie möglich zu stützen. Querfedern hingegen wurden so am i Wagenrumpf befestigt, dass sie ihn, wenn dieWagenaehsen eine Winkelschwingung ausführten, mitdrehten.
Es ist aber nicht notwendig, einem Wagen, bei dem durch Kreiselwirkung eine Abschwächung der Winkelschwingungen herbeigeführt werden soll, das gleiche Federungsprinzip zugrunde zu legen wie dem kreisellosen Wagen. Beim mit Kreiselstabilisierungsvorrichtung versehenen Wagen kann die
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vermögen der Kreiselstabilisierungsvorriehtung beruhen. Da unter dieser Voraussetzung auf die aufrichtende Wirkung der Federung teilweise oder ganz verzichtet werden kann, braucht diese mehr oder weniger nur noch zum Zwecke der rein lotrechten Abfederung und zum Tragen des Wagenrumpfes durchgebildet werden.
Durch den Fortfall der aufrichtenden Wirkung der Federung werden dann die den Wagenrumpf in Winkelschwingungen versetzenden Drehmomente sehr stark abgeschwächt, so dass eine Kreiselstabilisierungsvorrichtung, die zur Vernichtung dieser Drehmomente angeordnet wird, wesentlich kleiner sein kann.
Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, dass zwecks Abmilderung der Drehmomente, welche die Kreiselstabilisierungsvorrichtung zu überwinden hat, eine solche Aufhängung des Wagen-
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drehenden Einfluss mehr auf den Wagenrumpf ausüben können. Da dies nur durch besondere gelenkige
Verbindungen zwischen dem Wagenrumpf einerseits und den Wagenachsen oder Federn anderseits erreicht werden kann, liegt der Kernpunkt der Erfindung im Vorhandensein dieser den besagten Zweck erfüllenden Verbindungen.
Die Erfindung besteht weiter in der abändernden Durchbildung aller übrigen Einzelheiten des
Wagens, die nötig ist, um den vorstehenden Gedanken zu verwirklichen und vorteilhafte Fahreigen- schaften dieses Wagens zu gewährleisten. Diese Einzelheiten sollen später beschrieben werden, um die
Beschreibung nicht zu verwirren.
Es gibt verschiedene und verschieden weitgehende Möglichkeiten, die Erfindung anzuwenden, d. h. die Drehmomentübertragung von den Wagenachsen auf den Wagenrumpf durch Gelenkverbindungen zu vermeiden und ihn unter dieser Voraussetzung durch Kreisel zu stabilisieren. Die Befreiung des
Wagenrumpfes von Drehmomenten der Wagenachsen und seine Stabilisierung durch Kreiselwirkung kann entweder lediglich gegen die Winkelschwingungen um die Längsachse (Kippschwingungen) oder gegen die Winkelschwingungen um die Querachse (Nickschwingungen) oder gegen die Winkelschwingungen um beide genannten Raumachsen gleichzeitig durchgeführt werden,
oder es kann auch lediglich ein Teil des Wagenrumpfes zwecks Beseitigung der Kippschwingungen oder der Nickschwingungen oder beider
Schwingungsarten zugleich von den entsprechenden Drehmomenten befreit und durch entsprechende eigene Kreiselvorrichtungen stabilisiert werden.
Die verschiedenen Möglichkeiten der Aufhängung und Stabilisierung des Wagenrumpfes und von Teilen von ihm werden an Hand der Zeichnungen im folgenden erläutert :
Fig. 1 bezieht sich auf einen Wagen, bei dem die Winkelschwingungen des ganzen Wagenrumpfes um die Längsachse beseitigt werden. Die Figur zeigt die perspektivische Ansicht des Fahrgestells dieses
Wagens. Die Karosserie und die Maschinenanlage wurden der grösseren Deutlichkeit wegen in der
Zeichnung fortgelassen,'sie sind aber-u. zw. als fest am Wagenrahmen angebracht-hinzuzudenken.
Als "Wagenrahmen" wurde hier beispielsweise ein solcher der Rohrtype gewählt. Der Wagenrahmen ruht in zwei Punkten auf der Vorderachse 2 und der Hinterachse Bei mehrachsigen Kraftwagen oder Kraftwagenanhängern würde er in entsprechend mehr Punkten auf entsprechend mehr Wagen- achsen ruhen. Die Wagenachsen sind in der Figur der Deutlichkeit wegen nur schematisch, als durch- gehende starre Stücke, gezeichnet. Die Bauart und Federung dieser Achsen wird in einem weiteren
Teil der Beschreibung und an Hand der weiteren Fig. 2-4 näher erläutert werden. Es kommt aber bei der Erfindung weniger auf die Bauart der Wagenachsen an, da im Prinzip doch solche bekannter Bau- arten verwendet werden müssen, sondern auf die Art der Verbindung zwischen dem Wagenrahmen und den Wagenachsen.
Diese Verbindung erfolgt hier nicht durch die Federn wie bei den Wagen mit starren
Achsen, noch durch feste Anbringung des mittleren Teils der Wagenaehse wie bei Wagen mit Schwing- achsen und unabhängig voneinander gefederten Rädern, sondern durch Lager oder Gelenke 4 und J, die in der Mitte der Wagenachsen angreifen und die eine unbehinderte freie Winkelschwingung der Wagen- achsen um die Punkte, in denen sie am Wagenrahmen angebracht sind, zulassen, u. zw. im Sinne von
Drehungen um Raumachsen, die im folgenden näher bezeichnet werden.
Die Lager oder Gelenke 4 und 5 müssen so angeordnet sein, dass die Winkelschwingungen der
Wagenachsen 2 und 3 um eine Raumachse erfolgen, die in der Längsachse des Wagens a-b, parallel zu dieser oder annähernd parallel zu dieser liegt. Die Winkelsehwingungen der beiden Wagenachsen können auch um zwei verschiedene Raumachsen erfolgen, die den genannten Bedingungen entsprechen.
Bei Kraftwagen mit mehr als zwei Wagenachsen können die Winkelschwingungen der Wagenachsen auch noch um entsprechend sehr verschiedene solche Raumachsen erfolgen.
Als "Lager oder Gelenke"an den Stellen 4 und 5 können Gleitlager, Kugellager, Rollenlager,
Nadellager und andere Lager verwendet werden, die eine Führung der Wagenachsen ergeben. Um eine gute Führung der Wagenachsen zu erreichen, können auch zwei Lager oder Gelenke, die sich axial hintereinander befinden, benutzt werden. In diesem Falle sind auch Pendelkugellager, Kugelgelenke, Kardan- gelenke, elastische Gelenke usw. anwendbar. Ferner können die Wagenachsen auch der Quere nach in zwei Hälften geteilt werden, wobei die beiden Hälften um zwei nebeneinanderliegende, zur Längs-
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frei schwingen können.
Der Wagenrumpf kann bei dieser Anordnung so aufgehängt werden, dass sich sein Gewichtssehwerpunkt (gemeinsamer Schwerpunkt von Rahmen, Maschinenanlage, Wagenkasten, Belastung usw.) über, in oder unterhalb der durch die Aufhängepunkte laufenden ideellen Achse befindet.
Es ist, trotzdem sich der Schwerpunkt des vollständigen Wagenrumpfes bei den bisherigen Wagen fast durchwegs über den Aufhängepunkten des Wagenrumpfes befindet, durchaus möglich, Wagen so zu bauen, dass sich der Schwerpunkt des Wagenkörpers unterhalb seiner Aufhängepunkte befindet. Durch den Vorderradantrieb und den hintenliegenden Motor bei Wagen mit Hinterradantrieb fällt die unter dem Wagenkasten durchgehende und zumeist einen gewissen Platz zum Schwingen benötigende Kardanwelle fort und ermöglicht eine wesentliche Tieferlegung des Wagenkastens. Wenn gleichzeitig alle Teile des Wagenrumpfes auf möglichst tiefen Schwerpunkt durchgebildet werden und die Aufhängepunkte des Wagenrumpfes an den Wagenachsen etwas höher als bisher angeordnet werden, kann der Schwerpunkt des Wagenrumpfes sehr wohl unterhalb der Aufhängepunkte zu liegen kommen.
Gleich, ob der Wagenrumpf labil, indifferent oder pendelstabil an den Wagenaehsen bzw. Federn aufgehängt ist, wird unmittelbar oder mittelbar am Wagenrahmen eine Kreiselstabilisierungsvorriehtung 6 befestigt, die so beschaffen ist, dass sie den Wagenrahmen bzw. Wagenrumpf gegen Winkelsehwingungen um seine Längsachse festhält.
Als solche Kreiselstabilisierungsvorrichtungen können verschiedene Kreiselstabilisiertmgsvor- riehtungen bekannter und unbekannter Bauarten verwendet werden, nur muss darauf Bedacht genommen werden, dass sich die Kreiseleinrichtung bei dem Gleichgewichtszustand, der für den Wagenrumpf verwendet werden soll (pendelstabil, labil, indifferent), jeweils zur Stabilisierung eignet. Ist der Wagenrumpf z. B. labil, indifferent oder nur leicht pendelstabil an den Wagenachsen aufgehängt, so ist eine andere Kreiselstabilisierungsvorrichtung zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts nötig als bei pendelstabiler Aufhängung mit genügender wirksamer Pendellänge.
Bei pendelstabiler Aufhängung mit genügender Pendellänge genügt eine Einrichtung, die aus einem oder mehreren einfachen Stabilisierungskreiseln nach Art des Sehiffskreisels oder des Kompasskreisels besteht, d. h. aus Kreiseln "von zwei Freiheitsgraden", will sagen Schwungräder, die innerhalb von Rahmen oder Gehäusen rotieren, wobei der Rahmen bzw. das Gehäuse samt dem innen rotierenden Schwungrad um eine zweite Achse, die sogenannte Präzessionsachse (durch entsprechende Mittel begrenzte), Winkelschwingungen ausführen kann. Die Präzessionsachse muss hiebei senkrecht zur Rotationsachse stehen.
Es ist bekannt, auf welche Weise derartige Stabilisierungskreisel in technischer Beziehung weiter durchgebildet sein müssen, und es ist ferner auch bekannt, dass die Präzessionsachse und die Rotationsachse (diese nur in der Ruhestellung, d. h. im nichtpräzedierten Zustande) in der Ebene liegen müssen, die die Raumachse, um die die zu beseitigenden Winkelschwingungen stattfinden, senkrecht durchschneidet. D. h. für den vorstehenden Fall, es muss entweder die Rotationsachse (in der Ruhestellung) lotrecht und die Präzessionsachse quer zum Wagen liegend angeordnet sein oder umgekehrt die Präzessionsachse lotrecht und die Rotationsachse waagrecht und (in der Ruhestellung) quer zum Wagen liegend.
In der Fig. 1 wurde nur eine solche Stabilisierungsvorrichtung eingezeichnet, die aus einem einzigen einfachen Kreisel von zwei Freiheitsgraden besteht, u. zw. einem solchen mit waagrechter Rotationsachse und lotrechter Präzessionsachse. Es kann aber zur Stabilisierung eines pendelstabil aufgehängten Wagenrumpfes auch eine Kreiselstabilisierungsvorrichtung verwendet werden, die aus zwei einfachen Stabilisierungskreiseln von zwei Freiheitsgraden besteht. Für diese bestehen hinsichtlich der Anordnung der Rotations- und Präzessionsachsen im Wagen die gleichen Gesetze wie für die aus einem Kreisel bestehende Stabilisierungsvorrichtung.
Es ist jedoch zweckmässig, die aus zwei Kreiseln bestehende Stabilisierungseinrichtung so zu treffen, dass der eine Kreisel im entgegengesetzten Sinne wie der andere umläuft und dass gleichzeitig die jeweilige Präzessionsrichtung beider Kreisel entgegengesetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die Kreiselstabilisierungsvorrichtung beim Nehmen von Kurven und bei Nickschwingungen des Wagens keine neuen Winkelsehwingungen des Wagens entstehen. Auch die technische Durchbildung dieser Kreiselstabilisierungsvorriehtungen ist so bekannt, dass es sieh erübrigt, weiter auf sie einzugehen oder sie zeichnerisch darzustellen.
Für Wagenrümpfe, die indifferent, labil oder nur leicht pendelstabil an den Wagenachsen aufgehängt sind, ist eine besondere Art von Kreiselstabilisierungsvorriehtungen erforderlich, da die einfachen Kreiselstabilisierungsvorrichtungen, die vorstehend beschrieben sind, nur die momentane Auf- reehterhaltung des Gleichgewichts ermöglichen und nicht imstande sind, dauernd die aufrechte Lage von Körpern, die nicht, wie der pendelstabile Wagenrumpf, selbsttätig zur aufrechten Stellung zurückkehren, zu wahren.
Indifferent, labil oder nur leicht pendelstabil an den Wagenachsen aufgehängte Wagenrümpfe erfordern Kreiselstabilisierungsvorriehtungen, wie sie von labilen Fahrzeugen, der Einschienenbahn und dem Einspurkraftwagen her bekannt sind, d. h. aus einem oder mehreren Kreiseln von zwei Freiheitsgraden bestehende Einrichtungen, bei denen die Kreisel selbsttätig, durch eine neigungsempfindliche Vorrichtung gesteuert, durch Flüssigkeits-, Gas-oder mechanischen Druck eine Beschleuni-
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erzeugende Kreiselvorriehtungen ist es möglich, auch dauernd zum Umkippen neigende Körper auf- rechtzuerhalten, aufzurichten oder in Kurven der Fliehkraft entgegenzuneigen. Auch diese KreiselVorrichtungen sind so bekannt, dass sich eine weitere Beschreibung erübrigt.
Sie können selbstverständ-
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in diesem Falle gegenüber der Anwendung der einfachen Kreiselvorrichtungen kein Vorteil.
Die im vorstehenden beschriebenen Kreiselvorriehtungen mit Mitteln zur Präzessionsbesehleunigung der Kreisel haben den Nachteil, dass sie im Gegensatz zu den einfachen Kreiselstabilisierungsvorrichtungen verhältnismässig betriebsunsicher sind, und es erhellt daraus, dass für kreiselstabilisierte Wagen, bei denen der Wagenrumpf nicht durch die Wirkung der Federung mit aufrechterhalten wird, nach Möglichkeit die pendelstabile Aufhängung des Rumpfes anzustreben ist.
Die Wirkungsweise des Wagens nach Fig. 1 ist folgende :
Beim Fahren über Bodenunebenheiten werden die Räder hochgeschleudert und versetzen die Wagenachsen 2 und. j in Winkelschwingungen um die Längsachse des Wagens. Da jedoch die Wagenachsen infolge ihrer freie Drehungen zulassenden Anbringungen 4 und 5 keine drehenden Momente auf den Wagenrumpf 1 übertragen können, bleiben jene Einflüsse der Bodenunebenheiten, die den Wagenrumpf bei den bisherigen Federungen in Winkelschwingungen um die Längsachse versetzen würden, auf ihn ohne Wirkung.
Bezüglich der weiteren Wirkungen, d. h. der Wirkungen der Kreiselstabilisierungsvorrichtung, bestehen zwischen einem Wagen der stark pendelstabilen Bauart mit einer Kreiselstabilisierungsvorrichtung ohne Präzessionsbeschleunigungsmittel im beschriebenen Sinne und einem Wagen mit indifferent, labil oder leicht pendelstabil aufgehängtem Wagenrumpf mit einer Kreiselstabilisierungsvorrichtung mit Präzessionsbeschleunigungsmitteln der beschriebenen Art folgende Unterschiede :
Bei einem Wagen, bei dem sich der Schwerpunkt des Wagenrumpfes tief unter dessen Aufhängepunkten befindet und der eine Kreiselstabilisierungsvorrichtung ohne Präzessionsbeschleunigungsmittel der beschriebenen Art besitzt, sucht der Wagenrumpf 1, sofern er nicht durch besondere Kräfte darin behindert wird, von selbst seine aufrechte Stellung einzunehmen, gleich, ob der oder die Kreisel laufen oder nicht. Die Kreiselvorrichtung ist hier nur imstande, den Wagenrumpf in der Stellung, in der er sich von selbst im Gleichgewicht hält, festzuhalten. Beim Stillstand des Wagens oder bei Geradeausfahrt hält die Kreiselvorriehtung den Wagenrumpf, sofern nicht durch einseitige Belastung oder Seitenwind eine Störung stattfindet, also in der aufrechten Lage fest und beseitigt die Winkelschwingungen um die Längsachse.
Auch auf seitlich abfallender Strasse behält der Wagen seine aufrechte Lage bei. In den Kurven hingegen übt die Fliehkraft einen drehenden Einfluss auf den Wagenrumpf aus, der den Widerstand der Kreiselvorrichtung, je nach der Bauart derselben, schneller oder langsamer überwindet, so dass sich der Wagenrumpf mit seinem Oberteil nach der jeweiligen Innenseite der Kurve neigt, u. zw. so weit, bis das Gleichgewicht zwischen dem Fliehkraftdrehmoment und dem Schwerkraftdrehmoment wiederhergestellt ist. Dies bedeutet, dass sich der Wagenrumpf in der Kurve so einstellt, dass die Insassen die Fliehkraft nicht sehr bemerken. Diese Wirkung ist vorhanden, gleich, ob die Kurve eben, überhöht oder unterhöht angelegt ist. Die Kreiselvorrichtung verhindert auch während des Fahrens in der Kurve jede Winkelschwingung des Wagenrumpfes um seine Längsachse.
Nach dem Verlassen der Kurve schwenkt der Wagenrumpf wieder in seine ursprüngliche Lage zurück.
Bei Wagen mit indifferent, leicht pendelstabil oder labil aufgehängtem Wagenrumpf mit einer Kreiselvorrichtung mit Präzessionsbeschleunigungsmitteln der beschriebenen Art ist die Wirkungsweise folgende :
Beim Stillstand des Wagens und bei Geradeausfahrt neigt der Wagenrumpf schon durch die geringsten Einflüsse zu seitlicher Neigung bzw. zum Kippen. Diesen Einflüssen wirkt die Kreiselvor- richtung mit Präzessionsbeschleunigungsmitteln der beschriebenen Art in bekannter Weise entgegen, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.
In der Kurve neigt sich der Wagenrumpf gleichfalls mit seinem Oberteil nach der jeweiligen Innenseite der Kurve, doch gibt den Anstoss zu seiner Innenneigung nicht das als Pendelgewicht wirkende Gewicht des Wagenrumpfes, sondern ein der Kreiselstabilisierungs- volTichtung innewohnendes Drehmoment, das durch die Beschleunigung der Kreiselpräzession durch Flüssigkeits-, Gas-oder mechanischen Druck erzeugt wird und dessen Stärke von besonderen Vorrichtungen bestimmt wird, die auf die Kurve ansprechen. Die künstliche Neigung des Wagenrumpfes in der Kurve nimmt so lange zu, bis sieh der Wagenrumpf in der Resultante aus Schwer-und Fliehkraft eingestellt hat. Nach Beendigung der Kurve richtet die Kreiselvorrichtung den Wagenrumpf wieder auf.
In den vorausgegangenen Abschnitten wurden dem Begriff Kreiselstabilisierungsvorriehtung mit Mitteln zur Präzessionsbeschleunigung mit Absicht die Worte der beschriebenen Art hinzugefügt, um darzulegen, dass es sich dort nur um Kreiselvorrichtungen mit den beschriebenen bestimmten Mitteln zur Präzessionsbesehleunigung handelt, u. zw. solche mit Servodruekwirkung, bei denen der Druck einem besonderen Energiespeicher entnommen wird. Zur Beseitigung der Winkelschwingungen um
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mit wissenschaftlich gleichfalls als Präzessionsbeschleunigungsvorriehtungen zu bezeichnenden Vorrichtungen verwendet werden, bei denen eine Präzessionsbesehleunigung der Kreisel durch die Drehung des Wagens in der Kurve erfolgt.
Der in Fig. 1 eingezeichnete Kreisel 6 ist. obwohl er in der Beschreibung zum Unterschied von den sogenannten Kreiseln mit Präzessionsbeschleunigungsmitteln (worunter im allgemeinen nur die Kreisel nach Art der Einsehienenbahnstabilisatoren verstanden werden) als einfacher Kreisel bezeichnet wurde, ein Kreisel mit Präzessionsbesehleunigung durch die Drehung des Wagens in der Kurve, da er, um dauernd im beabsichtigten Sinn stabilisieren zu können, mit Mitteln versehen sein muss, die seine Rotationsachse nach der Präzession wieder zurückrichten. Diese Mittel, bestehend aus zwischen dem Wagen und dem Kreisel eingeschalteten Gummizüge oder Federn,
bewirken an dem mit senkrechter Präzessionsachse aufgestellten Kreisel während der Drehung des Wagens in der Kurve natürlich auch eine gewisse Präzessionsbeschleunigung.
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für die Fahreigenschaften des Wagens nicht gleichgültig.
Es wurde bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Kreiselwagens mit pendelstabil aufge- hängtem Wagenrumpf schon gesagt, dass sich der Wagenrumpf dieses Wagens beim Gehen in die Kurve mit seinem Oberteil nach der Innenseite der Kurve neigt und den Widerstand der Kreiselstabilisierungs- vorrichtung überwinden muss.
Damit kommt die Beschreibung zu einem weiteren Punkt der Erfindung, nämlich, wie die aus einem einzigen Kreisel bestehende Kreiselvorriehtung eines Wagens mit pendelstabil aufgehängtem Wagenrumpf weiterhin beschaffen sein muss, nämlich um ein verzögertes Hineinneigen des Wagenrumpfes nach der Kurveninnenseite zu vermeiden. Dies wird an Hand der Fig. 8 erklärt :
Diese Figur stellt eine Kreiselstabilisierungsvorrichtung für einen Wagen mit pendelstabil aufgehängtem Wagenrumpf dar, die aus einem einzigen Kreisel mit lotrechter Präzessionsachse j-k besteht, dessen waagrechte Rotationsachse A-t im niehtpräzedierten Zustande quer zur Wagenlängsachse a-b steht.
Der Stabilisator 30 ist mittels der Zapfen-M und 32 um die Präzessionsachse j-k drehbar gelagert und vermittels eines Rahmens 33 im oder am Wagenrahmen 1 befestigt. Die Spiralzugfedern 34 und 35 sind die elastischen Mittel, durch welche die Rotationsachse des Stabilisators immer wieder quer zur Wagenlängsachse gerichtet wird. Diese Spiralzugfedern sind mit einem Ende am Gehäuse des Stabilisators in der Nähe der Lager eingehängt. Mit dem andern Ende sind sie unmittelbar oder mittelbar durch Nasen 36 am Wagenrahmen 1 befestigt. Der Pfeil 37 zeigt die Fahrtrichtung des Wagens bei Vorwärtsfahrt. Der Pfeil 38 gibt den Drehsinn des Rotors des Stabilisators an.
Die Wirkungsweise dieses Stabilisators ist nun folgende : Fährt der Wagen in eine Linkskurve im Sinne des Zeigers 39, so übt die Zugfeder 34 zufolge der Drehung des Wagens um die Hochachse j-k einen Zug auf die linke Seite des Stabilisators aus, durch welchen dieser im gleichen Sinne wie der Wagen, also im Sinne des Zeigers 39 um die Hochachse j-k gedreht wird.
Für die zusätzliche Drehung von rotierenden Körpern gilt nun das Gesetz des homologen Parallelismus, welches folgendermassen formuliert ist : "Der Kreisel stellt sich auf dem kürzesten Wege mit seiner Rotationsachse parallel zur Drehachse des auf ihn wirkenden Drehmoments, wobei die Präzession nach derjenigen Seite (Lage) hin erfolgt. in der sich die Richtung des Kräftepaares mit der Drehrichtung des Kreisels deckt."Aus diesem Gesetz geht hervor, dass der besagte Kreisel 30 in der Linkskurve das Drehmoment, welches ihn im Sinne des Zeigers 39 um die Hoehaehse j-k dreht, in ein Drehmoment umwandelt, durch welches er sich selbst nach links im Sinne des Pfeiles 40 um die Längsachse a-b neigt.
Da der Stabilisator : 30 jedoch in bezug auf die Drehungen um die Längsachse a-b fest am Wagenrahmen angebracht ist, so nimmt er auch den ganzen Wagenrumpf im Sinne des Pfeiles 40 mit. Da diese Neigung, die der Wagenrumpf während der Linkskurve durch den Kreisel macht, jedoch die gleiche nach der Kurveninnenseite gerichtete ist wie die Neigung, die der Wagenrumpf während der Linkskurve infolge seiner Eigenschaft als Pendel ausführt, so wird durch den Kreiselstabilisator 30 die Kurveninnenneigung nicht behindert, der Kreisel kann aber während des Fahrens in der Kurve trotzdem stabilisieren. Nach Beendigung der Kurve richten sich der Kreisel und der Wagenrumpf durch die Spiralzugfeder 35 bzw. die Pendelkraft gleichzeitig auf.
In der Rechtskurve geht der beschriebene Vorgang entsprechend umgekehrt vor sieh, d. h. bei Drehung des Wagens wie des Kreisels im Sinne des Pfeiles 41 neigen sich der Wagenrumpf wie der Kreisel gleichzeitig im Sinne des Pfeiles 42 und richten sich anschliessend gleichzeitig wieder auf.
Es ist klar. dass die selbsttätige Innenneigung des Kreisels beim Fahren in der Kurve, sofern ein einziger Kreiselstabilisator verwendet werden soll, nlr bei einem solchen mit lotrechter Präzessionsachse erreicht werden kann.
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Wird zur Beseitigung der Winkelsehwingungen um die Längsachse ein aus zwei gegenläufigen
Kreiselstabilisatoren bestehendes Aggregat verwendet, so kann eine leichtere Einstellung des Wagen- rumpfes nach der Kurveninnenseite auf folgende Weise erreicht werden. Ausser der Kreiselstabilisierungs- vorrichtung werden ein oder mehrere fest eingebaute Schwungräder (als welche zweckmässig solche ver- wendet werden, die sich ohnedies im Wagen befinden, wie etwa das Schwungrad des Wagenmotors oder der Anker der Lichtdynamo) so im Wagen angeordnet, dass ihre Welle waagrecht und quer zum Wagen liegt. Der Drehsinn dieses Schwungrades oder dieser Schwungräder wird entgegengesetzt jenem der
Wagenräder bei Vorwärtsfahrt eingerichtet, also im Sinne des Pfeiles. 37 in Fig. 8.
Auf Grund des Gesetzes vom homologen Parallelismus ist es klar, dass die vorstehend beschriebene Vorrichtung eine ähnliche die Kurveninnenneigung erleichternde Wirkung haben muss wie der Kreiselstabilisator in Fig. 8.
Die Konstruktion der Wagenachsen, welche in bezug auf die Drehung um die Längsachse keine
Drehmomente auf den Wagenrumpf übertragen, ist auf folgende Arten ausführbar :
Falls nicht Wagenachsen ohne Federung verwendet werden sollen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, sind zweckmässig sogenannte Schwingachsen oder Wagenachsen mit unabhängig voneinander gefederten Rädern anzuwenden, da diese unter den gefederten und federnden Achsen wegen des Weg- falls der Längsfedern die beste Möglichkeit bieten, die ganze Wagenachse um die Längsachse des Wagens drehbar am Wagenrumpf zu befestigen.
Solche Wagenachskonstruktionen sind in vielfacher Ausführung von Wagen wie Lancia, Röhr, Steyr und Tatra her bekannt, und es braucht an ihnen nur die Abänderung im Prinzip getroffen werden, dass die kompletten Achsen ähnlich wie die Vorderachse des Dreipunkt- aufhängung besitzenden Wagens von Sensaud de lavaud oder die Vorderachse der Dreipunktaufhängung besitzenden Traktoren nach einer der weiter vorne beschriebenen Arbeiten mittels Lagern oder Gelenken, um die Längsachse des Wagens drehbar, am Wagenrahmen angebracht werden können.
In den Fig. 2-4 sind einige Beispiele dergestalt abgeänderter Wagenachsen dargestellt.
Fig. 2 zeigt auf der linken Seite die Hälfte einer derartigen vollständigen Achse, deren eigent- licher Achskörper 2 (3) durch das Lager 4 (5) gegenüber dem Wagenrumpf drehbar gemacht ist. An den Enden des Achskörpers 2 (. 3) befindet sich für die Abfederung der Räder je eine mit Spiralfedern versehene sogenannte Teleskopfederung 8 nach Art des Lanciawagens.
Auf der rechten Seite der Fig. 2 ist die Hälfte einer derartigen vollständigen Achse dargestellt, bei der die Abfederung durch zwei querliegend Blattfedern 10, 10 erfolgt, die gleichzeitig beide Räder verbinden und führen. Die eine der beiden Federn kann hiebei auch durch zwei Schwinghebel ersetzt werden, welche am Mittelstück 9 angelenkt sind. Die beiden Federn bzw. die eine Feder und die beiden Schwinghebel sind durch das Mittelstück 9 verbunden, auf dem auch das Lager 4 (5) befestigt ist.
Fig. 3 zeigt eine derartige vollständige Achse, die aus zwei Schwinghalbachsen. M und-M besteht.
Diese Halbachse schwingen wie beim Tatrawagen um ein gemeinsames, in der Längsachse des Wagens befindliches Lager 4 (5), welches in diesem Falle gleich dazu dient, die vollständige Achse frei um den
Wagenrumpf schwingen zu lassen. Innerhalb des Lagers 4 (5) kann sich gleichzeitig das Differential befinden. Die die beiden Halbachse aufrechterhaltende Querblattfeder 14 ist im Gegensatz zu den bekannten Bauarten in der Mitte nicht fest, sondern gleichfalls im Lager 4 (5) drehbar am Wagen- rumpf angebracht.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Wagenachsen können natürlieh noch auf vielfache andere Weise ausgeführt werden.
Ein weiterer Punkt der Erfindung betrifft die Beseitigung gewisser parallel zur Querachse des
Wagens stattfindender Verschiebungen des Wagenrumpfes, die dieser durch das winkelmässige Schwingen der Wagenaehsen erleidet. In Fig. 3 wurde neben der Bauart einer Achse zugleich dargestellt, auf welche
Weise die genannten Verschiebungen entstehen. Wird das eine Rad beim Fahren über Bodenuneben- heiten gehoben, während das andere seine Lage beibehält, wobei die Winkelschwingung der Achse etwa um den Angriffspunkt g des ungehobenen Rades erfolgt, so übt die Achse mit ihrem Aufhängepunkt im Sinne c-d einen Druck auf den Aufhängepunkt des Wagenrumpfes aus, durch den dieser bestimmte
Winkelschwingungen um die Längsachse ausführt.
In Fig. 4 ist ein Beispiel einer Ausführung dargestellt, durch die die genannte Schwingung ver- mieden wird.
An dem Mittelstüek 9 der Achse ist ein stehender Schwinghebel angebracht, dessen unteres Dreh-
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j gegen das Mittelstück abgestützt, so dass beim Schwingen der Achse nur ein kleiner Teil des Seiten- drucks auf den Aufhängepunkt des Wagenrumpfes übertragen wird. Selbstverständlich kann das genannte Ziel auch noch auf andere Weise erreicht werden. Da diese andern Möglichkeiten naheliegen, bedürfen sie keiner Beschreibung.
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Bedacht zu nehmen, dass die freien Winkelschwingungen der Wagenaehsen gegenüber dem Wagenrumpf bzw. die freien Winkelschwingungen des Wagenrumpfes gegenüber den Wagenachsen begrenzt sind.
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samkeit treten.
Zur Begrenzung der Beweglichkeit der Wagenaclsen werden unmittelbar oder mittelbar am Wagenrahmen angebrachte mehr oder weniger elastische Anschläge vorgesehen, etwa nach Art der Gummipuffer, welche bei den gegenwärtigen Wagen das Anschlagen der Federn abmildern. Es können aber auch mittels Federn beliebiger Art gefederte Puffer verwendet werden, damit das Anschlagen der
Wagenachsen am Wagenrumpf allmählich erfolgt.
Ferner kann bei einem Wagen der gegenständlichen Bauart auch eine Einrichtung verwendet werden, durch die bei Bedarf, beispielsweise zur Erleichterung des Einsteigens oder im Falle des Ver- sagens der Kreiselstabilisierung, die ungehinderte Beweglichkeit des Wagenrumpfes gegenüber den
Wagenachsen zeitweise aufgehoben werden kann. Dies geschieht durch eine in der Nähe der Lager 4 (5) an einer Wagenachse oder an beiden Wagenachsen anzubringenden Kupplung beliebiger Konstruktion, durch die die betreffende Wagenachse gegenüber dem Wagenrumpf blockiert werden kann.
An Stelle dieser Kupplung können auch im Bedarfsfalle einschaltbare Federn verwendet werden, durch die die sonst freien Winkelschwingungen der Wagenachsen elastisch gedämpft werden können, so dass der Sehwingungszustand jenem der mit aufrichtender Federung versehenen Wagen entspricht. Auch die
Konstruktion dieser Vorrichtung ist so naheliegend, dass sieh eine weitere Beschreibung erübrigt.
Da bei einem Wagen der gegenständlichen Bauart eine aussergewöhnlich weiche tragende Federung verwendet werden kann, empfiehlt sich zur Vermeidung des Durchsinken des Wagenrumpfes in manchen
Fällen die Anwendung einer sogenannten Zusatzfederung, d. h. einer Federung, die bei übermässiger
Belastung der ersten tragenden Federung in Wirksamkeit gesetzt werden kann. Solche Hilfsfederungen sind hinlänglich bekannt.
Da bei Wagen der gegenständlichen Bauart der Gewichtsschwerpunkt sehr tief liegen muss und deshalb nur eine geringe Bodenfreiheit angewendet werden kann, kann ferner eine Vorrichtung vor- gesehen werden, durch die im Bedarfsfalle der Wagenrumpf gehoben werden kann, so dass sich die Boden- freiheit vergrössert und Hindernisse leichter überwunden werden können. Diese Vorrichtung arbeitet in gleicher Weise wie die obengenannte"Zusatzfederung"durch willkürliche Verstärkung der tragenden
Hauptfedern und erfordert hier gleichfalls keine Beschreibung.
Die obengenannten Vorrichtungen zur Begrenzung der Winkelschwingungen der Achsen, zur
Einschaltung den Wagenrumpf aufrechterhaltender Federwirkung, zur Verstärkung der Federn bei übermässiger Belastung und zur Vergrösserung des Bodenabstandes können erfindungsgemäss beliebig auf naheliegende Weise untereinander verbunden werden.
Da sich der Wagenrumpf eines Wagens der gegenständlichen Bauart beim seitlichen Platznehmen einer Person verhältnismässig stark zur Seite neigt, kann ferner eine Vorrichtung vorgesehen werden, durch die der neigende Einfluss einseitiger Mehrbelastung ausgeglichen werden kann.
In Fig. 5 ist ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung dargestellt, u. zw. beruht hier der Ausgleich des Einflusses der einseitigen Mehrbelastung auf der Verschiebung eines Gewichts nach derjenigen jeweiligen Wagenseite, die der mehrbelasteten Seite gegenüberliegt. Das Gewicht 26, zweckmässig die
Akkumulatorenbatterie, ist quer zum Wagen verschiebbar auf Schienen 27 gelagert und wird mittels einer etwa am Instrumentenbrett angebrachten Handkurbel 28 und Seilen 29 bewegt.
An Stelle dieser Gewichtsverschiebungsvorrichtung kann natürlich auch eine andere Vorrichtung angewandt werden, durch die Gewicht von der einen Wagenseite nach der andern gebracht wird, z. B. eine Vorrichtung, durch die Flüssigkeit von der einen nach der andern Seite gepumpt wird. Der Ausgleich der einseitigen Mehrbelastung kann auch noch auf andere Weise als Gewichtsverlegung erfolgen, so z. B. durch einseitig einschaltbare Federn.
Der Gewichtsausgleich kann auch selbsttätig erfolgen. Die erstbesehriebene Gewichtsversehiebungs- vorrichtung wird in diesem Falle beispielsweise durch einen umsteuerbaren Elektromotor ergänzt, der die Bewegung des Gewichts in der jeweils gegebenen Richtung bewirkt und dessen Drehrichtung und
Eingreifen von einer neigungsempfindlichen Vorrichtung, beispielsweise einem gedämpften Pendel oder einer Libelle, abhängig ist.
Da sich der Wagenrumpf eines Wagens der gegenständlichen Bauart in der Kurve ungewöhnlich stark neigen kann, bestehen für die Bauart der Kotflügel besondere Notwendigkeiten. Die Kotflügel müssen entweder sehr hoch über den Rädern oder, wenn dies wegen der freien Sicht und dem Wind- widerstand nicht gewünscht wird, mit den Rädern bzw. den Achsen schwingbar angebracht werden.
In Fig. 2 zeigt die linke Seite einen mit dem Vorderrad drehbaren und gegen dieses senkrecht abgefederten
Kotflügel (7). Auf der rechten Seite dagegen ist ein mit der Achse sich einstellender, fest an dieser 3 angebrachter Kotflügel (11) dargestellt. In Fig. 6 ist ein vorne an der Wagenachse und hinten am
Wagenrumpf durch Gelenke befestigter Kotflügel (25) dargestellt.
Es kann auch eine teilweise Stabilisierung des Wagenrumpfes gegen Winkelschwingungen um die Längsachse durchgeführt werden, u. a. z. B. in der Form, dass nur der Wagenrumpf ohne Maschinen- anlage stabilisiert wird. In diesem Falle wird die Maschinenanlage entsprechend den bisherigen Wagen ) achsdrehmomentbeeinflusst mit der Antriebsachse verbunden und der übrige Wagenrumpf an der die Maschinenanlage tragenden Antriebsachse einerseits und der andern Wagenachse anderseits in beschriebener
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wird hiebei durch den Rahmen des Wagenrumpfes hergestellt, an der die gegen Winkelsehwingungen um die Längsachse stabilisierende KreiselvoiTichtung angebracht ist.
Bei Stabilisierung gegen Winkelschwingungen um die Querachse (Nickschwingungen) ergeben sich für die Anwendung des Erfindungsgrundsatzes Schwierigkeiten, sofern der Wagenrumpf in seiner ganzen Länge waagrecht gehalten werden soll. Wie dargelegt, ist es bei der Durchbildung von Wagen, deren Rumpf frei drehbar aufgehängt wird, wichtig, den Schwerpunkt tief zu legen, weshalb nur eine geringe Bodenfreiheit angewendet werden kann. Unter dieser Voraussetzung würden aber schon bei geringen Steigungen und Gefällen die Enden des durch Kreiselwirkung waagrecht gehaltenen Rumpfes am Boden anstossen.
Folglich ist es bei Wagen, bei denen nach dem Erfindungsgrundsatz die Nickschwingungen beseitigt werden sollen, angebracht, nur einen Teil des Wagenrumpfes, der nur einen Teil der Länge desselben ausmacht, von Nickschwingungen ergebenden Achsdrehmomenten zu befreien.
Als solcher kommt in erster Linie die Karosserie oder ein Teil derselben, bei Krankentransportwagen der Raum oder das Bett des Kranken in Betracht oder bei Lastwagen, die besonders empfindliche Güter befördern, der diese enthaltende Kasten.
Hiebei kann dem nickschwingungsfrei zu machenden Wagenrumpfteil, falls man auf die Beseitigung der Winkelsehwingungen um die Längsachse weniger Wert legt, ein Fahrgestell der bisherigen federstabilen Bauart untergebaut werden oder, wenn gleichzeitig die Winkelsehwingungen um die Längsachse beseitigt werden sollen, ein vollständiges Fahrgestell des in Fig. 1 dargestellten Wagens.
In den Fig. 6 und 7 ist das Beispiel eines Wagens dargestellt, bei dem beide schädlichen Winkelse, hwingungsformen beseitigt werden. Fig. 6 zeigt die Seitenansicht, Fig. 7 den Querschnitt dieses Wagens.
Auf dem Wagenralmlen 17, an dem die Wagenaehsen frei schwingbar in den Lagern4 und 5 angebracht sind und der durch die Kreiselvorrichtung 6 gegen Winkelschwingungen um die Längsachse festgehalten wird, ist auf Armen 17'die Karosserie 18 in Lagern oder Gelenken 19 und 20 um die Querachse e-/ drehbar aufgehängt, u. zw. entweder im pendelstabilen, indifferenten oder labilen Gleichgewichtszustand.
Die Vorderwand und die Rückwand der Karosserie stellen kreisbogenförmig gekrümmte Flächen dar, deren auf sie gefällte Senkrechten eine Schnittpunktslinie ergeben, die mit der Lagerungsachse e-f zusammenfällt. Eine für den jeweils angewandten Gleichgewichtszustand der Karosserie geeignete und zur Beseitigung der Nickschwingungen entsprechend angeordnete, aus einem oder mehreren Kreiseln bestehende Stabilisierungsvorrichtung 21 hält die Karosserie gegen Winkelschwingungsdrehmomente um die Querachse fest, und ein im Längssinne des Wagens verschiebbares Gewicht 26'gestattet den Ausgleich vorderen oder rückwärtigen Übergewichts.
Falls sich der Führersitz innerhalb der auf die vorstehende Weise aufgehängten Karosserie befinden soll, muss die Wirkung des Steuers wie der übrigen Betätigungsorgane des Wagens von der nickschwingungs- freien Karosserie auf das Nickschwingungen ausführende Fahrgestell übertragen werden. Die Lenksäule muss in diesem Fall durch zwei Kardangelenke in drei zusammenhängende gegeneinander bewegliche Teile 22, 2. 3 und 24 geteilt werden, von denen der mittlere Teil ausziehbar gestaltet ist. Die Übertragung der übrigen Betätigungen, Gasregelung, Kupplungsbedienung und Bremsbetätigung kann durch ähnliche mechanische Einrichtungen oder durch eine Art Bowdenkabel geschehen.
Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Wagens ergibt sich aus der Beschreibung.
Der vorstehend beschriebene Wagen kann jedoch noch weiter mit dem Ziele durchgebildet werden, die Karosserie bei Beschleunigung oder Verzögerung leichter in die jeweilige Resultante aus Schwerkraft und Besehleunigungsmoment bzw. aus Schwerkraft und Verzögerungsmoment schwenken zu lassen, um die unerwünschten Wirkungen des Beschleunigens und Bremsens auf die Insassen bzw. Transportgüter zu beseitigen. Falls, wie zweckmässig, der gegen Nickschwingungen stabilisierte Rumpfteil 18 pendelstabil aufgehängt ist, geschieht dies durch das Gas-bzw.
Bremspedal betätigte augenblicksweise stärkere Bremsung des Kreisels oder der Kreisel 21 in der Präzessionsachse, wodurch die Waagrechthaltung gegen die Nickschwingungen augenblicksweise abgeschwächt wird, so dass das Einschwenken in die gewünschte Lage erleichtert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftwagen oder Kraftwagenanhänger mit Kreiselstabilisierungseinrichtung zur Beseitigung von durch Unebenheiten der Fahrbahn oder auf sonstige Weise hervorgerufenen Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass der gegen Winkelschwingungen um die Längsachse bzw. die Querachse bzw. beide Raumachsen von der Kreiselstabilisierungsvorriehtung festgehaltene Wagenrumpf (1) oder Teil desselben (18 oder sonstiger Teil) an den Wagenachsen bzw. den tragenden Wagenteilen durch Drehzapfen, Lager
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bzw. den jeweiligen Vertikalebenen liegen, in der bzw. in denen der stabilisierte Teil in der jeweiligen Stabilisierungsachse ausgewogen ist.