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Fahrgestell für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrgestell für Kraftfahrzeuge mit unabhängig durch Lenker aufgehängten Rädern.
Zweck der Erfindung ist ein Fahrgestell zu schaffen, welches eine freie Gestaltungsmöglichkeit des Rahmens zulässt, der gedrungen und fest ist und trotzdem sowohl was den Baustoff, als auch die Herstellung betrifft, von leichter Bauweise sein kann.
Rahmen von Kraftfahrzeugen werden während der Fahrt durch Stösse, verursacht durch Unebenheiten der Fahrbahn, durch auf den Aufbau wirkende Fliehkräfte in Kurven, durch Trägheitskräfte bei Geschwindigkeitsänderungen u. dgl. stark beansprucht. Es ergeben sich Unterschiede in den Radlasten, welche Drehmomente erzeugen, die den Rahmen zu verwinden suchen. Je länger dabei der Rahmen ist, desto mehr wird er deformiert. Bei gegebenem Radstand ist aber bei den bisher bekannten Ausführungen auch die Rahmenlänge bestimmt. Um zu starke Verwindungen zu verhüten, müsste der Rahmen besonders schwer ausgeführt werden. Auch die Breite bekannter Rahmenausführungen ist begrenzt, u. zw. muss sie immer kleiner sein als die Spurweite, wobei noch der Einschlag der Lenkräder zu berücksichtigen ist.
Nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, dass sowohl die Vorderräder wie die Hinterräder mittels am Fahrzeugrahmen durch sich von diesen nach vorn und hinten weg erstreckende Lenker aufgehängt sind. Bei gegebenem Radstand wird der Rahmen kurz und deshalb durch ungleiche Radlasten weniger verwunden.
Die Lenker sind dabei von solcher Länge, dass bei Geschwindigkeitsänderungen des Fahr- zeuges die in den Aufhängungen am Rahmen entsprechenden dynamischen Momente im wesentlichen gleich den statischen Momenten sind, wodurch die Nickbewegungen des Fahr- zeuges bei Geschwindigkeitsänderungen, ver- ursacht durch Bremsen oder Beschleunigen, die ausserordentlich unangenehm auf die Insassen des Fahrzeuges wirken, nahezu vollständig be- seitigt werden, ohne dass zusätzliche Teile oder
Einrichtungen notwendig sind. Mindestens die
Lenker für die gesteuerten Räder verlaufen im wesentlichen von der Mittellängsachse des Rahmens schräg nach aussen. Die Wagenbreite wird unabhängig von der Spurveite und kann den Erfordernissen entsprechend beliebig breit gehalten werden.
Aber auch im Bereich der Vorderräder kann der Wagenkasten breit werden, ohne dass beim Lenken des Fahrzeuges die gesteuerten Räder am Einschlagen behindert werden. Die Lenker mit den Rädern sind durch im Bereich der Rahmenlängsträger eingespannte Drehstabfeder abgefedert und bilden ein an sich vollständiges, gegebenenfalls am Rahmen auswechselbar befestigtes Fahrwerk. Der Angriffspunkt für die Radkräfte wird unmittelbar in die Längsträger verlegt, wodurch die Beanspruchungen des Rahmens weitaus günstiger werden. Durch das eine Einheit für sich bildende Fahrwerk ist es leicht Auswechslungen vorzunehmen bzw. Fahrzeuge aus getrennten Rahmen-, Fahrwerk-und Wagenkasteneinheiten zusammenzusetzen.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges nach der Erfindung, Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine graphische Darstellung der beim Bremsen auf den Rahmen wirkenden Kräfte, Fig. 4 die beim Bremsen auftretenden dynamischen Momente im Vergleich zu den statischen Momenten, Fig. 5 eine graphische Darstellung der beim Beschleunigen auf den Rahmen wirkenden Kräfte und Fig. 6 die beim Beschleunigen auftretenden dynamischen Momente im Vergleich zu den statischen Momenten.
In dem Ausführungsbeispiel der Zeichnungen ist ein Rohrrahmen 1 gezeigt, der aus zwei seitlichen Längsträgern 2 und 3 und aus zwei Querträgern 4 und 5 besteht. An den Enden der Längsträger sind Konsolen 6 und in der
Mitte der beiden Querträger Konsolen 7 befestigt. In den Konsolen 6 sind Drehstabfeder 8 eingespannt, deren andere Enden mit Lenkern 9 auf Drehung gekuppelt sind. Die einzelnen
Lenker erstrecken sich vom Rahmen 1 nach aussen, sind in den Konsolen 7 und auf den
Drehstabfeder 8 gelagert und tragen an ihren
Enden die Räder 10. Die Radkräfte werden dadurch unmittelbar in die Längsträger uber-
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tragen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich sämtliche Lenker im wesentlichen von der Mittellängsachse des Rahmens im Bogen nach aussen.
Diese Form ist besonders wichtig für die gesteuerten Räder, da sie beim Lenken des Fahrzeuges ungehindert eingeschlagen werden können. Die Lenker für die Vorderräder enden in eine Faust 11, von welcher die Achsschenkel 12 mit Hilfe von Achsschenkelbolzen 13 getragen werden. Die äusseren Enden der Lenker für die Hinterräder bilden Lager 14 zur Aufnahme der Gelenkwelle 15 und der Führung der Hinterräder.
Die Länge der Lenker 9 wird vorteilhafterweise nicht beliebig angenommen, sondern sie
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hängungen am Rahmen auftretenden dynamischen Momente im wesentlichen gleich den statischen Momenten sind, d. h. die Aufhängungen müssen
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linien schneiden.
Bewegt sich ein Kraftfahrzeug mit gleichförmiger Geschwindigkeit auf ebener, glatter Fahrbahn, dann wirken nur statische Kräfte. Das Gewicht des Fahrzeuges im Schwerpunkt S konzentriert gedacht, verteilt sich auf die Vorderund Hinterräder umgekehrt proportional dem Schwerpunktsabstand.
Ist der Radabstand 1 (Fig. 3), der Schwerpunktsabstand von den Vorderrädern k. 1, wobei k kleiner als Eins ist, dann ergibt sich der Schwerpunktsabstand von der Hinterachse mit (-)./. Die vorn angreifende statische Kraft ist dann :
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Es ergibt sich eine statische Momentenlinie.
Die Momente erreichen ihren Höchstwert unter dem Schwerpunkt und sind im Berührungspunkt 16 bzw. 17 der Räder 10 mit der Fahrbahn Null.
Wenn eine Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges durch Bremsen oder Beschleunigen auftritt, so entsteht eine im Schwerpunkt angreifende waagrechte Massenkraft B = m. b, die der Grösse der beschleunigenden oder verzögernden Kraft entspricht und ein Moment hervorruft, welches gewöhnlich Nickbewegungen infolge Nachgebens der Federn im Fahrzeug hervorruft.
So tritt beispielsweise im Augenblick des Bremsens eine nach vorn mit Bezug auf das Fahrzeug und die Fahrtrichtung gerichtetes dynamisches Moment auf. Die Hinterachse des Fahrzeuges wird entlastet, u. zw. um den Betrag A P und die Vorderachse wird um den gleichen Betrag belastet. Sind nun die Räder mittels am Fahrzeugrahmen durch sich von diesen nach vorn und hinten weg erstreckende Lenker aufgehängt, dann ist es möglich, die Nickbewegungen des Fahrzeuges bedeutend zu reduzieren bzw. ganz auszuschalten, wenn die Radaufhängungen im Schnitt-
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Die Lage der Radaufhängungen kann graphisch oder rechnerisch bestimmt werden. Vierradbremsen vorausgesetzt, bedeuten P (Fig. 3 und 4) bzw. Plut die statische Vorderachs-bzw. die statische Hinterachsbelastung und Pvd bzw. Phd die dynamischen auf die Vorderbzw.
Hinterachse wirkenden Kräfte. Das Gewicht, da keine weiteren Kräfte hinzukommen, ist :
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Da die Vorderachse um die Kraft P belas. und die Hinterachse um A P entlastet wird, ergibt sich
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Durch Annahme eines Momentenpunktes wird
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Pud und Phd werden im Berührungspunkt der Räder mit der Fahrbahn als Reaktionskräfte aufgetragen.
Aus der im Schwerpunkt S angreifenden Resultierenden R aus Gewicht und Massenkraft, deren Richtung auf die Rad-Fahrbahn-Berührungs- punkte 16, 17 entsprechend dem Reibungskoeffizienten aufgetragen werden kann, ergeben sich die Kräfte Bu+Bh. Das sind die am Radumfang angreifenden vorderen bzw. hinteren Bremskräfte. In den Punkten 18 und 19, wo die Richtlinien von Ru und Rh den Rahmen schneiden, sind die dynamischen Momente aller Kräfte Null. Die dynamischen Momente vom und hinten ergeben sich aus der vorderen bzw. hinteren Bremskraft mal dem Radius r des Fahrzeugrades, da ja das Bremsmoment den Kraftarm r hat bzw. auf diesem Kraftarm vom Bremstrommeldurchmesser reduziert werden kann.
Da das vordere dynamische Bremsmoment eine Belastung für die vorderen Räder bedeutet, wird es nach oben aufgetragen (Momentenpunkt 20) und da das dynamische hintere Moment eine Entlastung bedeutet, wird es nach unten aufgetragen (Momentenpunkt 21). Dort wo die dynamischen Momente gleich den statischen sind, schneiden sich die beiden Momentenlinien. Die Schnittpunkte 22 und 23 der beiden Momentenlinien ergeben also auf den Rahmen übertragen die Punkte 24 und 25 und damit die Länge der Lenker/1 und 12, Wenn die Aufhängungen, d. h. die Befestigungen am Rahmen nicht genau im Schnittpunkt der Momentenlinien liegen, so wird aber die Differenz der Momente AM klein und dadurch auch die Wirkung auf das Fahrzeug und deren Insassen unbedeutend.
Auch bei Annahme verschiedener Reibungskoeffizienten jj. verlagern sich die Schnittpunkte der statischen und dynamischen Momentenlinien nur wenig, so dass AM immer klein bleibt.
Durch die Anordnung ergibt sich weiter, dass der Fahrzeugrahmen, ohne besondere Nick-
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bewegungen auszuführen, parallel gehoben wird.
Umgekehrt tritt beim Anfahren (Fig. 5 und 6) infolge Massenträgheit eine Beschleunigungskraft : -mb = G. blg (Beschleunigungswiderstand) auf, welche im Schwerpunkt angreift. Es tritt wieder eine scheinbare Gewichtsverschiebung im Fahrzeug ein. Nur wird jetzt die Vorderachse um : 1P' entlastet und die Hinterachse mit AP'belastet. Es ergibt sich
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als dynamische Vorderachsentlastung. Da bei Antrieb der Hinterräder die dynamische Kraft auf die Vorderachse senkrecht wirkt, so kann sie im Schnittpunkt Z ihrer Richtung mit der Richtung der aus Gewicht und der Massenkraft zusammengesetzten Resultierenden R'an- greifend gedacht werden. Daraus ergibt sich
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Berührungspunkt der Hinterräder mit der Fahrbahn angreift und die von der Fahrbahn auf das Fahrzeug ausgeübte Kraft darstellt.
Zeichnet man wieder das statische Moment, dann ergibt sich aus dem Schnittpunkt 24 der Richtung der Resultierenden Rh'mit dem Rahmen die Stelle, an der das dynamische Moment Null ist. Aus der Beschleunigungs-
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lastend auf die Hinterräder wirkt, nach oben aufgetragen wird und den Momentenpunkt 25 ergibt.
Da die vordere dynamische Kraft den Kraftarm Null hat, so muss an der Stelle 26 das dynamische Moment Null sein. Ferner muss das dynamische Moment im Schnittpunkt der im Schwerpunkt angreifenden Resultierenden mit dem Rahmen am grössten sein.
Daraus ergibt sich die dynamische Momentenlinie. Wird die Länge der Lenker an der Hinterachse gleich lang gemacht wie an der Vorderachse, so zeigt sich, dass AM'an den Vorderradaufhängungen klein wird. Der Rahmen wird wieder mehr oder weniger parallel gehoben.
Wie besonders aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird bei gegebenem Radstand der Rahmen sehr kurz und kann beliebig breit ausgeführt werden. Der Rahmen wird verwindungssteif und kann trotzdem von leichter Bauweise sein.
Die Radaufhängungen können am Rahmen auch lösbar angebracht werden, so dass das Fahrwerk als vollständige Einheit hergestellt, austauschbar mit dem Rahmen durch die Federn als elastische Glieder, verbunden ist.
An Stelle des Rohrrahmens'können alle anderen Arten von Rahmen, wie beispielsweise Kastenrahmen, verwendet werden. Auch für Mittelrohrrahmen ist die Erfindung geeignet, nur werden dann die Drehstabfedern im Rahmenkopf eingespannt. An Stelle von einzelnen
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können sich auch über die ganze Rahmenbreite erstrecken. Für manche Fälle kann es auch zweckmässig sein, zur Aufhängung der Hinterräder oder der Hinter-und Vorderräder statt der gebogenen Lenker gerade Lenker zu verwenden, die beispielsweise sich in Fortsetzung der seitlichen Längsträger erstrecken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fahrgestell für Kraftfahrzeuge mit unabhängig durch Lenker aufgehängten Rädern, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Vorderwie die Hinterräder (10) mittels am Fahrzeug-
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solcher Länge aufgehängt sind, dass bei Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges die in den Aufhängungen am Rahmen entstehenden dynamischen Momente im wesentlichen gleich den statischen Momenten sind.