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Abfederung der schwingbaren Halbachsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abfederung der schwingbaren Halbachsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung von Drehfedern.
Es ist bereits vorgeschlagen worden. die sehwingbaren Halbachsen durch in oder annähernd in der theoretischen Schwingungsachse der Räder angeordnete Drehfedern abzufedern. Diese Anordnung ist jedoch nur möglich, wenn die Drehgelenke der Halbachsen an welchen die Drehfedern angreifen, zugänglich sind und der erforderliche Platz für diese Drehfedern durch Fahrgestellteile nicht versperrt ist. Auch müssen die Drehfedern jeweils mit Rücksicht auf ihre Nachstellung und Auswechslung so zugänglich gehalten werden, dass ihr Ein-und Ausbau ohne grösseren Zeit-und Arbeitsaufwand vorgenommen werden kann. Dies macht namentlich dann Schwierigkeiten. wenn die in oder annähernd in der theoretischen Sehwingungsachse der Räder angeordneten Drehfedern weit in den Rahmen hinein verlegt sind.
Es sind ferner Abfederungen der darren Achsen bekannt, bei welchen die Drehfedern jeweils durch zwei oder drei Lenker mit der starren Achse verbunden sind. Diese Lenker bilden mit der starren Achse kein Gelenkviereck, welches eine eindeutige, d. h. unabhängige Führung der Räder gegenüber dem Rahmen ermöglichen würde. Die die starre Achse führenden Lenker sind erheblichen Seitenkräften ausgesetzt, die eine hohe zusätzliche Belastung der Lenkergelenke zur Folge haben. Da die Lenker hiebei ausserhalb der Schwingungsebene der starren Achse an dieser angreifen, gelangen überdies noch zusätzliche Biegungsmomente auf die Lenker.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin. dass die Drehfeder mit der Halbachse durch zwei mit dieser ein Gelenkviereck bildende Lenker verbunden ist. Dadurch ist bei ungleichachsiger Anordnung der Drehfeder zur theoretischen Schwingungsachse des Rades ein genügend grosser Verformungswinkel der Drehfeder erreicht. der je nach Länge und Form des Lenkervierecks über das bei gleichachsiger Anordnung der Drehfeder erreichbare Muss hinaus gesteigert werden kann. Da die Lenker nunmehr unabhängig von dem Drehgelenk der Halbachse, also sowohl oberhalb wie auch unterhalb derselben angeordnet werden können, bleibt der einfache Ein-und Ausbau sowie die leichte Zugänglichkeit der Drehfeder gewahrt. Bei dieser Anordnung wird die Führung des Rades ausschliesslich von der Halbachse bewirkt. während die Lenker lediglich zur Federung dienen.
Bei parallelachsiger Anordnung der Drehfeder zur theoretischen Schwingungsachse des Rades können die Lenker in der Schwingungsebene der Halbachse liegen. so dass kein zusätzliches Biegungsmoment mehr auf die Lenker gelangt. Die Lenker werden in genau zu ermittelnder Weise beansprucht und können daher ohne Gefahr für die Sicherheit des Fahrbetriebes sehr knapp bemessen werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist in Anwendung auf die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges in mehreren Ausführungsbeispielen auf der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine Hinteransicht
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teilweise im Schnitt, Fig. 9 eine Draufsicht hiezu, teilweise im Schnitt längs der Linie IX in Fig. 8 und Fig. 10 das Schaubild der zugehörigen Federkennlinie.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-3 sind die Räder 1, auf den Halbachsen 2, 2'gelagert. deren innere Enden 3,3'mit Lagerzapfen 4, 4'versehen sind. Die parallel nebeneinanderliegenden Lager-
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Schraubenbolzen 7, 7'verbunden sind. An der Aussenseite der schräg nach hinten zusammenlaufenden Rahmenlängsträger 6, 6'ist jeweils ein Federstab 8 bzw. 8'parallel zu diesen angeordnet, dessen Enden 9, 10 in Stützbocken 11, 12 drehbar gelagert sind. Das vordere Federende 9 ist durch ein Riffelprofil 13 mit einem nach abwärts gerichteten Hebel 14 verbunden, der durch einen mittels Mutter einstellbaren Zugbolzen 15 gegenüber dem Rahmenlängsträger abgestützt ist.
Das hintere Federende 10 ist durch ein Riffelprofil 16 mit einem zur Halbachse 2 annähernd gleichgerichteten Drehhebel 17 verbunden.
Der Drehhebel 17 ist durch einen zweiteiligen Lenker 18 mittels der Zapfen 20, 21 mit der Halbachse 2 verbunden. Der untere Gelenkzapfen 20 ist mittels einer, z. B. in Art eines Silentblocs vorgespannten Gummihülse 22 im Auge des Drehhebels 17 gelagert. Die Halbgchse 2 ist zwischen dem Lagerzapfen 4 und dem Gelenkzapfen 21 dreieckförmig versteift.
Die Halbachse 2 schwingt um die Achse A des Drehzapfens 4, z. B. in Richtung R nach oben durch. Hiebei wird der Drehhebel 17 in der Richtung H durch den Lenker 18 zwangläufig mitgenommen.
Der Drehhebel17 schwingt um die Achse B des Federstabes 8, u. zw. annähernd um denselben Winkel wie die Halbachse 2. Dadurch wird das hintere Federende 10 im StÜtzbock 12 gegenüber dem feststehenden vorderen Ende verstellt, so dass der Federstab 8 auf seiner ganzen Länge verdreht und ein Rückstellmoment auf die Halbachse 2 erzeugt wird. Da die Drehfederachse B zur theoretischen Schwingungsachse A des Rades 1 nicht genau parallel liegt, treten Abweichungen in den Drehbahnen der Zapfen-
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lagen machen auch jede besondere Wartung der Gelenke überflüssig und vermeiden ein Ausschlagen derselben infolge der nnvermeidlichen Lagerungenauigkeiten zwischen Halbachse 2 und Drehhebel 17.
Da die Führung des Rades 1 ausschliesslich durch die Halbachse 2 erfolgt, ist der Drehhebel 17 von den Führungskräften entlastet und nur den Federungskräften unterworfen. Die Hebel 14, 17 sitzen neben den Stützböcken 12, 11 unmittelbar auf dem Federstab 8, was die Lagerung derselben erleichtert. Zur Regelung der Federvorspannung wird die Länge des Zugbolzens 15 durch die Mutter eingestellt, ein Vorgang, der auch unter Last erfolgen kann. Nach Entfernung der Zapfen 21, 21'und Lösung der Schrauben 7,7'können die Halbachsen 2,2'als zusammenhängende Einheit ausgebaut werden. Der Federstab 8 kann samt dem Drehhebel17 nach Entfernung des Zapfens 20 und Zugbolzens 15 sowie Lösung eines der Lager 11, 12 ohne jedes Hindernis ausgebaut werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4-7 ist das Achsrohr 2 in seinem mittleren Teil durch eine Hülse 27 verstärkt, die durch verschweisste Bohrlöcher 27 a gegenüber dem Achsrohr 2 gesichert ist. Die Hülse 27 ist mit einem Schraubengewinde 28 versehen, auf dem eine Muffe 26 geführt ist. Zwischen zwei seitlichen Bunden 26 a der Muffe 26 ist ein Ring 25 drehbeweglich gelagert. Der Ring 25 trägt zwei seitliche Zapfen 21, in die die Lenker 18 eingehängt und durch Scheiben 21 gesichert sind. In die unteren Lenkerenden ist ein Zapfen 20 eingesetzt und durch Scheiben 20 agesichert. Das Auge 17 a des Drehhebels 17 ist unter Vermittlung des Gummiblocks 22 an dem Zapfen 20 gelagert.
Das Hebelauge 17 a ist durch die innere Büchse 22 a des Gummiblocks 22 in seiner Stellung gegenüber den Lenkern 18 gesichert. Das innere Ende der Muffe 26 ist mit einem Zahnkranz 29 versehen, in den eine Kette 30 eingreift, die zum Führerstand vorgeführt und von diesem aus mittels einer geeigneten Vorrichtung verstellbar ist.
Stehen die Lenker 18, wie dargestellt, senkrecht zum Achsrohr 2, so befolgt die auf das Rad 1 bezogene Federkennlinie im wesentlichen ein lineares Gesetz l Werden die Lenker 18 jedoch um den Winkel or. gegenüber dem Achsrohr 2 schräg gestellt, so dass diese mit dem Drehhebel 17 einen stumpfen Winkel bilden, so ändert sich zwangläufig diese Kennlinie und befolgt nunmehr ein Potenzgesetz K'. Die Grösse der Potenz ist dabei vom Verstellwinkel u. unmittelbar abhängig. Geht man von einem gegebenen Raddruck Po aus, so verringert sich während der Verstellung der zugehörige Federweg fo um den Betrag A f, d. h. bei gleichbleibender Wagenbelastung kann der Sturz der Halbachse 2 ver- grössert bzw. der Wagen gegenüber der Fahrbahn gehoben werden.
Geht man hingegen von einer gegebenen Achsstellung aus, so vergrössert sich während der Verstellung der Raddruck P, um den Betrag A P. d. h. bei zunehmender Wagenbelastung kann die Achsstellung unverändert erhalten bleiben. Durch diese Vorrichtung lässt sich somit je nach den gegebenen Umständen ein Ausgleich zwischen Wagenlast und Wagenstellung herbeiführen.
Die Verstellung der Muffe 26 geschieht in folgender Weise : Vom Führerstand aus wird die Muffe 26 mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung durch die Kette 30 gedreht. Dabei wird die Muffe 26 zwangläufig unter Mitnahme des Ringes 25 in der Richtung Q, also gegen das Rad 1 hin, am Achsrohr 2 verstellt. Der Ring 25 wird hiebei über die Lenker 18 vom Drehhebel 17 vor Mitnahme gesichert, so dass sich die Lenker 18in den Zapfen 20, 21 drehen und zum Achsrohr 2 schräg stellen können. Ist das Gewinde 28 selbstsperrend ausgebildet, so werden die durch die Schrägstellung der Lenker 18 hervorgerufenen
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Seitenkräfte unmittelbar vom Gewinde 28 über die Hülse 27 auf das Achsrohr 2 übertragen.
Die Seiten- kräfte wachsen zwar mit zunehmendem Verstellwinkel, doch sind diese im benötigten Verstellbereich so gering, dass keine nennenswerte Beeinflussung der Federung infolge Vergrösserung der Reibungskräfte eintreten kann. Das in den Zahnkranz eingreifende Kettenende 30 macht diese Verstellbewegung wie auch die Schwingbewegung der Muffe 26 mit, und es muss z. B. durch entsprechende Kettenlänge dafür gesorgt werden, dass eine Beeinflussung der Federung auch hiedurch nicht eintritt.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8-10 ist die das Rad 1 tragende Halbachse 2 um den Punkt M kugelgelenkig im Deckel 4 a des Achsgehäuses 5 a gelagert. Die Halbachse 2 ist mit einer sich nach vorn erstreckenden Schwingstrebe 30 verbunden, die mittels eines Zapfens 31 im Lagerbock 32 des Rahmenlängsträgers 6 angelenkt ist. Die Achse. Ades Zapfens 31 geht hiebei durch den Mittelpunkt M des Achsgelenks. Die Halbachse 2 ist mit einer Muffe 25 versehen, die eine nach oben offene Kugelpfanne 25 a trägt. An der Aussenseite des Rahmenlängsträgers 6 ist ein Federstab 8 parallel zu diesem angeordnet. Sein vorderes Ende greift an dem Tragzapfen 10 eines gabeligen Drehhebels 17 mittels eines Riffelprofils 16 an, während sein hinteres Ende mit dem Stütz bock 11 des Rahmenlängsträgers 6 durch ein Riffelprofil 13 verbunden ist.
Die Tragzapfen 10, 10 a des Drehhebels 17 sind in Backen- 12, 12 a gelagert, die zu beiden Seiten einer das Durchschwingen der Halbachse 2 ermöglichenden Kröpfung des Rahmenlängsträgers 6 mit diesem verbunden sind. Das äussere Ende des Drehhebels 17 trägt eine nach unten offene Kugelpfanne 17 a. In den Kugelpfannen 17 a, 25 a ist ein mit kugeligen Enden 20, 21 versehener Druekstab 18 gelagert, über den sich der Drehhebel 17 auf der Halbachse 2 abstützt.
Die mit der Halbachse 2 ein Gelenkviereck bildenden Lenker 17, 18 sind schräg nach aussen gestellt und schliessen einen spitzen Winkel ss miteinander ein. Durch die Schrägstellung beider Lenker 17, 18 lässt sich eine verhältnismässig hohe Progressivität schon bei mässigen Schrägstellungswinkeln erreichen.
Dabei hat diese Progressivität den Vorzug, eine unter allen Lasten gleich weiche Federung sicherzustellen. Beim Durchfedern des Rades 1 nimmt der Raddruck nämlich etwa nach einer e-Potenz zu.
Es ist dann die Federhärte, deren Grösse durch die Neigung der Tangenten T in Fig. 10 veranschaulicht wird, jeweils dem Raddruck P proportional. Dies ist durch die Gleichheit der Subtangenten S für die Punkte Po und PI der Federkennlinie K hervorgehoben. Die Punkte Po und PI entsprechen hiebei zweckmässig den Raddrücken bei unbesetztem und vollbesetztem Wagen. Beim Durchfedern schwingt das Rad 1 um die Achse A, der Drehhebel17 jedoch um die Achse B, so dass die Bahnen der Kugelmittelpunkte 20, 21 jeweils in voneinander abweichenden Ebenen liegen. Durch die Selbsteinstellung des Druckstabes 18 über seine kugeligen Enden 20, 21 werden diese Abweichungen zwangläufig ausgeglichen.
Auch Lagerungenauigkeiten infolge Verformung des Fahrgestelles können auf diese Weise ausgeglichen werden, so dass diese Abfederung namentlich bei schweren Lastfahrzeugen anwendbar ist.
Für das Wesen der Erfindung ist es ohne Belang, ob die auf den Halbachsen gelagerten Räder angetrieben sind oder nicht. Die Vorteile der Erfindung kommen bei allen Arten von schwingbaren Halbachsen zur Geltung, gleichgültig, ob diese in Zapfen-oder Kugelgelenken gelagert und durch Schwing- streben abgestützt sind oder nicht. Für das Wesen der Erfindung ist es ferner ohne Belang, wie die Drehfedern zu den Halbachsen angeordnet sind, weil sich deren Lagerung jeweils nach der Rahmenbauart richtet. Die Drehfedern können also sowohl oberhalb als unterhalb, sowohl an der Aussen-als auch an der Innenseite der Halbachsen angeordnet werden, so dass die mit ihnen verbundenen Lenker geschlossen oder offene, ebene oder räumliche Gelenkvierecke mit der Halbachse ergeben können.
Welche Art von Drehfedern dabei Verwendung findet. ist für das Wesen der Erfindung gleichfalls ohne Belang.
Es sind viele Abänderungen der Ausführungsbeispiele möglich. So können z. B. sämtliche Zapfengelenke der Lenker 18 mit Gummiblöcken 22 ausgerüstet sein. Die Lenker 18 können bei entsprechend langer Hülse 27 auch nach beiden Richtungen von der senkrechten Mittellage aus schräg gestellt werden. An Stelle des Kettenantriebes für die Muffe 26 kann jede andere Verstellvorrichtung, also auch eine Handverstellung treten. Statt des Druckstabes 18 kann bei unten angeordneter Drehfeder auch eine Zugstange verwendet werden, deren kugelige Enden 20, 21 dann in den Lagerpfannen 17 a, 25 a zu sperren sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Abfederung der schwingbaren Halbachsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung von Drehfedern, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (8) mit der Halbachse (2) durch zwei mit dieser ein Gelenkviereck bildende Lenker (17, 18) verbunden ist.