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Abfederung von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen.
Die Erfindung betrifft eine Abfederung von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit durch Gelenkparallelogramme, Gelenkvierecke od. dgl. voneinander unabhängig am Rahmen aufgehängten Fahrzeugrädern, bei welcher Abfederung eine oder mehrere Schraubenfedern vorwiegend zwischen Armen eingelegt sind, die mit den Radlenkern zweier gegenüberliegender Fahrzeugräder fest oder zwangläufig verbunden sind.
Es sind bereits Abfederungen dieser Art bekannt, bei welchen die die Fahrzeugräder tragenden. am Rahmen drehbar gelagerten Lenker bei normaler Belastung des Fahrzeuges horizontal oder nur wenig geneigt angeordnet sind, wobei die mit diesen Lenkern verbundenen Arme, an welchen die Federn angreifen, derart gerichtet sind, dass die Projektion der Kreisbewegungen ihrer Endpunkte auf die Achse der Feder, d. i. die Federdehnung, auf den Grad des Verdrehungswinkels um den Anlenkpunkt am Rahmen bezogen, in gleichem oder geringerem Masse wächst, als die Vertikalprojektion der Bewegung der Berührungspunkte des Rades mit der Fahrbahn, d. i. der Radhub. Die Federung zeigt in diesem Falle eine gleichbleibende oder abnehmende Härte.
Bei andern bekannten Ausführungen dieser Art zeigt die Federung nur während eines verhältnismässig kleinen Teiles des Radhubes eine Härte, deren Zunahme bis auf Null abnimmt und während des folgenden weitaus grösseren Teiles des Radhubes absolut abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass der Wendepunkt von der Zunahme auf die Abnahme der Federhärte bei der horizontalen Lage des Radlenkers ist.
Bei allen diesen Bauarten treten bei der Wirkung äusserer Kräfte, wie Strassenstösse od. dgl. grosse Senkungen und Schwingungen des Wagenaufbaues infolge der abnehmenden Federhärte auf.
Ferner liegt bei diesen bekannten Bauarten das Momentanzentrum der Radbewegung gegen die abgefederten Massen in der Fahrbahn oder in der Nähe derselben, so dass der Hebelarm der im Schwerpunkt der abgefederten Massen bei der Fahrt in einer Strassenkrümmung angreifend gedachten Fliehkraft gegen die in der Fahrzeuglängsrichtung durch das Momentanzentrum verlaufende Querschwingungsachse sehr gross ist und der Wagenaufbau sich hiebei stark nach aussen neigt. Ebenso weisen diese Konstruktionen grosse Hebelarme der bei der Durchfederung der Räder auf einer Seite des Fahrzeuges auftretenden Federrückstellkräfte gegen die Haupt-Längsträgheitsachse der abgefederten Massen auf, so dass in diesem Falle grosse Drehbeschleunigungen des Wagenaufbaues, also auch grosse Querschwingungen auftreten.
Diese Mängel werden durch die Erfindung beseitigt, deren Wesen darin besteht, dass die die Räder tragenden Lenker von ihren Anlenkpunkten am Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugkörper bei normaler statischer Belastung unter einem Winkel von ungefähr 20-40'gegen die Vertikale schräg nach unten gerichtet sind und dass die an den Fahrzeugfedern angreifenden Federarme bei Verwendung von Zugfedern derart schräg nach unten, bei Verwendung von Druckfedern schräg nach oben verlaufen, dass die Projektion der Kreisbewegungen ihrer Endpunkte auf die Achse der Feder, d. i. die Federdehnung, auf den Grad des Verdrehwinkel um den Anlenkpunkt am Rahmen bezogen, verhältnismässig rascher wächst, als die Vertikalprojektion der Bewegung des Berührungspunktes der Räder mit der Fahrbahn, d. i. der Radhub.
Bei dieser Bauart, bei welcher die Radlenker unter einem Winkel von 50-70 gegen die Horizontale geneigt sind, wird während des ganzen Durchfederungshubes des Fahrzeugrades, bei
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dem sich der Radlenker höchstens um 500 verdreht, eine zunehmende Härte der Federung erzielt Das Momentanzentrum der Radbewegung befindet sich oberhalb des Schwerpunktes der abgefederten Massen und die Federrückstellkräfte wirken annähernd horizontal unterhalb des Schwerpunktes und oberhalb der Horizontalebene durch die Radmitten, so dass die Hebelarme der Fliehkraft und der Federrüekstellkräfte klein sind.
Zwecks Korrektur der Federhärte der Hauptfeder können laut Erfindung noch mit einem ihrer Enden am Fahrzeugrahmen angelenkte Zusatzfedern vorgesehen sein, die mit ihrem andern Ende an mit den Radlenkern oder mit den an der Hauptfeder angelenkten Armen verbundenen Armen angreifen, wobei diese Arme gegen die wirksame Kraftrichtung der Zusatzfedern eine andere Neigung haben, als die für die Hauptfeder vorgesehenen Arme gegen die Achse dieser Feder aufweisen.
Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele angegeben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht in der Richtung der Fahrzeuglängsachse des Untergestells eines Fahrzeuges mit Abfederung und einen Schnitt durch
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des Fahrzeuges gezeichnet ist. Fig. 6 zeigt schematisch die Ansicht in der Fahrzeuglängsachse eines angetriebenen Rades eines Fahrzeuguntergestelles, bei welchem ausser der Abfederung nach Fig. 1 noch eine Zusatzfeder angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind die Räder 12 und 121 an den mit dem tief gelegten Rahmen 11 fest verbundenen Teilen 111 durch die Lenkerpaare 13, 16 und 131, 161 gelenkig aufgehängt, welche Lenker an den Radzapfenhaltern der Räder mit Hilfe der Bolzen 14, 17 und 141, 171 und am Rahmen an den Bolzen 15, 18 und 151, 181 drehbar gelagert sind. Die Rahmenteile 111 sind oben durch die Spannstangen 22 miteinander verbunden. Die Lenker 13, 16 bzw. 131, 16"bilden im
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Mit 0 ist der Schwerpunkt der abgefederten Massen bzw. des Wagenaufbaues (der Deutlichkeit halber nicht dargestellt) bezeichnet. Der Wagenaufbau ist so tief gelegt, dass seine Unterkante bzw. die Unterkante des den Aufbau tragenden Rahmens unterhalb der Horizontalebene durch die Radmitten liegt. 111 ist das Momentanzentrum, welches im Schnittpunkt der Linien liegt, welche von den Berührungspunkten A der Räder 12 bzw. 121 mit der Fahrbahn zu den Schnittpunkten der Verlängerungslinien der Lenker 13 und 16 bzw. 131 und 1 gezogen werden. Da die zueinander gehörigen Lenker parallel sind, liegen die letztgenannten Schnittpunkt im Unendlichen, die Linien A-111 liegen daher parallel zu den Lenkern 13 bzw. 131.
Bei der geraden Fahrt liegt das Momentanzentrum M in der vertikalen Mittelebene des Fahrzeuges und bei entsprechender Wahl des Neigungswinkels or., or der Lenker 13, 131 oberhalb des Schwerpunktes 0.
Dieser Neigungswinkel a, al wird je nach der Gesamtanordnung zirka 20-40'gewählt. Bei einer gleichgerichteten Durchfederung der Räder vergrössert sich der Winkel a, al und das Momentanzentrum nähert sich dem Schwerpunkte O.
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Nähe des Halbierungspunktes 1n der Entfernung der Anlenkpunkte 15, 18 bzw. 151, 181 beinahe horizontal verlaufend angreifend gedacht werden.
Durch die angegebene Neigung der Lenker 13, 16 bzw. 131, 161 gegen die Vertikale und die entsprechende Anordnung des Schwerpunktes 0 der abgefederten Massen wird der Hebelarm Hl der Resultierenden der Federrückstellkräfte gegen die in der Fahrzeuglängsrichtung durch den Schwerpunkt verlaufend gedachte Längsträgheitsachse der abgefederten Massen sehr klein. Das auf die abgefederten Massen im Sinne des Pfeiles 8 (Fig. 3) wirkende Drehmoment ist daher klein, so dass die Gefahr des Entstehen von Schwingungen sehr gering ist.
Bei der Fahrt des Fahrzeuges durch eine z. B. linksgehende Strassenkrümmung wirkt die im Schwerpunkt in der Richtung P angreifend gedachte Fliehkraft auf die abgefederten Massen in der Richtung nach rechts, wie dies in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist. Da das Momentanzentrum M sich bei der Ablenkung des Fahrzeuges von der geraden Strasse in die Strassenkrümmung oberhalb des Schwerpunktes 0 befindet (Fig. 1), wird das entstandene Moment der Fliehkraft PII bestrebt sein, die abgefederten Massen im Sinne des Pfeiles SI (Fig. 1) zu drehen, wobei der Aufbau sich in der Richtung gegen das Innere der Strassenkrümmung, also verkehrt wie bei den bisherigen Bauarten, zu neigen strebt.
Bei einer solchen Neigung nähert sich das Momentanzentrum M der Horizontalebene durch den Schwerpunkt und käme unter Umständen bei grossen Fahrzeuggeschwindigkeiten unter diese Ebene zu liegen, wobei es seitlich von der vertikalen Längsmittelebene des Fahrzeuges rücken würde (Fig. 4). In dieser Lage wirkt jedoch das Moment der Fliehkraft entgegengesetzt als bei Beginn der Neigung, also im Sinne des Pfeiles 82 (Fig. 4), wodurch die abgefederten Massen wieder aufgerichtet werden, u. zw. so lange, bis das Moment der Fliehkraft dem Moment der Federrückstellkräfte gleich wird. Hiebei rückt das Momentanzentrum M wieder hoher und nähert sich seiner ursprünglichen Lage, bei welcher die Fliehkraft den Aufbau nach dem Inneren der Strassenkrümmung zu neigen strebt.
Zu einer Neigung des Fahrzeugoberbaues nach aussen kann es also nie kommen.
Bei plötzlich auftretenden Kräften, wie Strassenstössen und durch plötzliche Richtungsänderungen des Fahrzeuges u. zahn1. werden infolge der stets klein bleibenden Hebelarme der Federrückstellkräfte und der Fliehkraft auch nur kleine Momente auftreten, welche nicht genügen, um ein für die Insassen des Fahrzeuges unangenehmes Schwingen der abgefederten Massen herbeizuführen, das vielfach die Ursache des so gefahrvollen Schleudern ist.
Beim Durchfedern der Räder 12 bzw. 121 wird der Lenker 13 mit dem Arm 19 bzw. 131 mit 191 um den Rahmenanlenkpunkt 15 bzw. 151 gedreht, wobei die Federdehnung, d. h. die Projektion der Kreisbewegung der Punkte 20, 201 auf die Achse der Feder 21, auf den Grad des Verdrehwinkels um den Punkt 15 bzw. 151 bezogen, verhältnismässig rascher wächst als der Radhub, d. i. die Vertikalkomponente der Kreisbewegung des Bodenberührungspunktes A des Rades 12 bzw. 121. Das bedeutet, dass sich der Aufbau bei zunehmender Belastung immer weniger zusätzlich senken wird. Daraus ergibt sich, dass das Verhältnis zwischen der Federkraft und Radbelastung immer grösser, also die Feder immer härter wird.
Durch diese härter werdende Federung wird ein zu starkes Ausschwingen der abgefederten Massen im Falle der Fig. 3 und 4 vermieden.
Bei der gleichzeitigen Wirkung der Fliehkraft und von Strassenstössen sind zwei Drehbewegungen kinematisch bedingt, u. zw. drehen sich einerseits die abgefederten Massen um die durch das Momentanzentrum M in der Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufende Querschwingungsachse und anderseits bekommen die abgefederten Massen durch die infolge der Strassenstösse auftretenden Federrückstellkräfte eine Drehbeschleunigung um die durch 0 gehende Längsträgheitsachse des Fahrzeuges. Da die Punkte M und 0 bei der Abfederung gemäss der Erfindung stets verhältnismässig nahe beieinander bleiben, wird kein sogenanntes Aufschaukeln des Fahrzeuges eintreten, welches bei den meisten Fahrzeugen bei plötzlich auftretenden kombinierten Kräften zu beobachten ist.
Statt einer Zugfeder kann auch eine Druckfeder verwendet werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt
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dieser Ausführung nach oben und von der Wagennütte weg gerichtet. Der Winkel der Radlenker gegen die Vertikale beträgt 20-40 . Auf dem Bolzen 120 am Ende der Lenker 119 ist eine Platte 23 drehbar gelagert, gegen welche sich die Druckfeder 24 abstützt. Diese ist in diesem Falle in den ineinander verschiebbaren Hülsen 24, 26 geführt. Auf der nichtgezeichneten Fahrzeugseite ist die gleiche Lenker-und Plattenkonstruktion vorgesehen. Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist die gleiche wie bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2.
Um die Ausgleichsfederung bzw. die Federungsprogressivität erforderlichenfalls zu korrigieren, können gemäss der Erfindung noch zwischen dem Rahmen und den Lenkern für jedes Rad Zusatzfedern angeordnet werden. In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Rad schematisch dargestellt. Die Zugfeder 27 ist bei 28 am Rahmen und bei 29 an dem mit dem Radlenker 16 fest verbundenen Lenkerarm 30 angelenkt. Der Lenkerarm ist im Ausführungsbeispiel schräg zur Achse der Feder 27 und so gestellt, dass die Feder 27 progressiv wirkt. Nach Bedarf kann jedoch durch eine entsprechende Schrägstellung des Lenkers. 30 z. B. gemäss der gestrichelten Lage 30'eine Verkleinerung der Zunahme der Federhärte erzielt werden.
Es kann jedoch auch eine Druckfeder oder Blattfeder verwendet werden und der Lenker 30 mit dem oberen Radlenker 3 oder dem Hauptfederlenker 19 verbunden sein. Die Zusatzfedern können bereits beim Entwurf des Fahrzeuges vorgesehen sein, um ein besonderes Gesetz
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der Durchfederung zu bekommen, oder erst am fertigen Fahrzeug angebracht werden, falls die erzeugten und eingebauten Federn nicht befriedigen und daher korrigiert werden müssen.
Bei der Ausführung nach Fig. 6 wird gezeigt, dass die erfindungsgemässe Abfederung auch bei angetriebenen Rädern verwendet werden kann. Am Rahmen 11 sitzt ein, vom Wagenantriebsmotor (nicht gezeichnet) durch die Welle 31 angetriebenes Übertragungsgetriebe 32, welches die Radantriebswellen 33 antreibt, die an das Übertragungsgetriebe und die Räder durch Gelenkkupplungen 34, 134 angelenkt sind. Hiebei sind die Radantriebswellen 33 z. B. in der beim Rad befindlichen Gelenkkupplung mit ihren Keilen in Nuten der Gelenkkupplung 33 verschiebbar, um der Änderung der Radspur Rechnung zu tragen.
Die Abfederung gemäss der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, und es können Änderungen im Rahmen des Erfindungsgedankens vorgenommen werden. Statt einer Feder können auch mehrere Federn verwendet werden. Die Federn können am oberen oder unteren Radlenker oder an beiden Lenkern angelenkt sein. Die Abfederung kann für nicht gelenkte und gelenkte Räder Verwendung finden. Ferner können die Radlenker in Ebenen schwingen, welche gegen die vertikale Längsmittelebene einen Winkel einschliessen oder zu dieser parallel sind, wobei diese Lenker mit den Federlenkem durch bekannte Gestänge zwangläufig verbunden sind.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird bei allen vorkommenden Fahrverhältnissen rasch laufender Fahrzeuge eine weich und progressiv wirkende Federung bei wesentlich erhöhter Sicherheit gegen die Wirkung von kombinierten Querschwingungen, z. B. gegen das Schleudern des Fahrzeuges und bei einem Gefühl der erhöhten Sicherheit und Fahrbequemlichkeit der Wageninsassen erzielt. wobei die Gesamtanordnung ausserordentlich einfach ist und nur eine geringe Anzahl einfacher, solid lagerbarer Teile benötigt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Abfederung von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit durch Gelenksparerllelogramme, Gelenkvierecke od. dgl. voneinander unabhängig am Rahmen aufgehängten Fahrzeugrädern, bei welcher eine oder mehrere Schraubenfedern zwischen Armen eingelegt sind, die mit den Radlenker zweier gegenüberliegender Räder fest oder zwangläufig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die Räder (12, 121) tragenden Radlenker (13, 131, 16, 161) von ihren Anlenkpunkten (15, ,. 18, 181) am Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugkörper bei normaler statischer Belastung unter einem Winkel von ungefähr 20-40'gegen die Vertikale schräg nach unten gerichtet sind und dass die an den Fahrzeugfedern (21) angreifenden Federlenker (19) bei Verwendung von Zugfedern derart schräg nach unten,
bei Verwendung von Druckfedern schräg nach oben verlaufen, dass die Projektion der Kreisbewegungen ihrer Endpunkte (, 2 auf die Achse der Feder (21), d. i. die Federdehnung, auf den Grad des Verdrehungswinkels um den Anlenkpunkt bezogen, verhältnismässig rascher wächst, als die Vertikalprojektion der Bewegung des Berührungspunktes (A) des Rades mit der Fahrbahn, d. i. der Radhub.