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Radabstützung für vierrädrige Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radabstützung für vierrädrige Kraftfahrzeuge, mit unter Diffe- renzwirkung hydraulisch gekuppelten Ausschlägen der Räder einer Fahrzeugseite, wobei mit jedem Rad ein Schwingarm und mit diesem ein Verdränger verbunden ist, der eine flüssigkeitsgefüllte Kammer auf- weist, die am abgefederten Teil des Fahrzeuges befestigt ist und aus einem starren, mit einem Anschluss i versehenen Gehäuse besteht, wobei die Verdränger durch Einrichtungen, welche eine flüssigkeitsgefüllte
Leitung aufweisen, verbunden und je mit einem Dämpfungsventil zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes zur Verdrängereinhei. t hin und von dieser weg versehen sind.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, die eine Dämpfung der Schwingung zufolge gleichzeitig und gleichsinnig erfolgender Vorder- und Hinterradverstellung (Tauchschwingung) und bzw. oder derQuerschwingung (Schwingung um die Fahrzeuglängsachse) des Fahrzeuges bewirkt ; ferner wird eine
Einrichtung zur Erzeugung einer verhältnismässig kleinen Aufrichtkraft bei Nickschwingung des Fahrzeu- ges geschaffen. Der Zweck der letzterwähnten Einrichtung besteht auch darin, Änderungen in der Stellung des Fahrzeuges in Abhängigkeit von einer Belastung (Vor- oder Hinterlastigkeit) auf ein Mindestmass her- abzusetzen.
Unter"Nickschwingung"wird eine relative Vertikalbewegung eines Fahrzeugendes gegenüber dem andern und unter Querschwingung eine relative Vertikalbewegung einer Fahrzeugseite gegenttber der andern verstanden.
Bei einer Tauchschwingung istwesentlich, dass dabei eine Vertikalbewegung des gesamten Fahrzeuges entsteht, ohne dass sich dabei ein Fahrzeugende gegenüber dem andern oder eine Fahrzeugseite gegenüber der andern verstellt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Radabstützung der eingangs geschilderten Art jede Verdrängereinheit von einer biegsamen Membrane begrenzt ist, gegen die sich ein mit der Radabstützung verbundener Kolben zwecks Bewegung mit dem der Einheit zugeordneten
Rad abstützt, ferner dass die flüssigkeitsgefüllte Kammer mittels einer starren Scheidewand in wenigstens zwei Teilkammern unterteilt ist, welche Scheidewand Durchlässe für die Flüssigkeitsbewegung zwischen den Teilkammern aufweist, dass weiters eine der Teilkammern über den Anschluss des Gehäuses mit der
Leitung in Verbindung steht und dass die Dämpfungsventile wenigstens eine Gummiklappe zur Abdeckung von wenigstens einem der Durchlässe aufweisen, so dass der Durchtritt von Flüssigkeit durch einen der ab- gedeckten Durchlässe in einer Richtung verhindert,
in der Gegenrichtung gegen die elastische Wirkung der
Klappe ermöglicht wird.
Die erfindungsgemässe Radabstützung beseitigt den Stoss, der bei den bekannten Anordnungen zwi- schen der Vorder- und Hinterradabstützung auftritt und ergibt ein ruhiges, harmonisches Fahren bei Nick- bewegungen. Diese Verbesserung ist insbesondere für Fahrzeuggäste im Fond des Wagens fühlbar. Ein wei- terer Vorteil ist, dass beim Fahren in Kurven, wobei die äusseren Räder erheblich stärker belastet sind, der hydraulische Ausgleich der vorübergehenden Belastungszunahme dieser Räder eine merklich grössere
Adhäsion, insbesondere auf rauhen Oberflächen liefert.
Bei üblichen Kraftfahrzeugen, gleichgültig ob mit Vorder- oder Hinterradantrieb, welche den Motor vorne haben, ist das Vorderende fallweise erheblich mehr belastet als das Hinterende des Fahrzeuges. Da- her wurde es üblich, die vordere Aufhängung mit einer Einrichtung zur Verhinderung einer Querschwin-
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gung (Stabilisator) zu versehen, um die Strassenlage des Fahrzeuges zu verbessern, und die Vorderrad- abstützung weicher als die Hinterradabsttitzung auszubilden. Im Gegensatz hiezu braucht die erfindungs- gemässe Radabstützung wegen ihrer Zusammenarbeit zwischen Vorder- und Hinterradabstützung auf der nämlichen Fahrzeugseite, beim Vorderrad keine weichere Abstützung als hinten.
Vielmehr kann die Ab- ; Stützung vorne dadurch härter als jene am Hinterrad ausgebildet werden, dass man dem vorderen Lenker- systemeine kleinere mechanische Übersetzung als dem hinteren System gibt, was das vorteilhafte Ergeb- nis zeitigt, dass die Quersteifigkeit vorne grösser als hinten wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Membrane in unbelasteter Stel- lung die Form eines Kegelstumpfes und in belasteter Stellung M-Querschnitt, ihr Rand weist einen am Ge- häuse festgehaltenen Wulst auf und ihr Scheitel liegt an der Oberfläche des Kopfes eines Kolbens an und ist an diesem festgehalten, wobei die Oberfläche des Kolbens im Querschnitt ebenfalls M-Form besitzt.
Vorzugsweise ist hiebei das starre Gehäuse ein konkaves, schalenförmiges Pressstück, dessen Aussenumfang zwecks Fassens des Membranrandes umgebördelt ist.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Erläuterung des Prinzipes und der allgemeinen Anordnung der erfindungsgemässen Radabstützung im Ruhezustand ; die Fig. 2 und 3 sind wei- tere schematische Seitenansichten, welche das Verhalten der Radabstützung bei einer Nickschwingung und bei einer Tauchbewegung veranschaulichen ; die Fig. 4 und 5 stellen eine praktische Ausführung der Rad- abstützung in Draufsicht bzw. in Seitenansicht dar ; Fig. 6 ist eine Draufsicht und ein teilweiser Längs- schnitt durch einen von einer starren Hülse umschlossenen Gummischlauch, welche Einheit die Dämpfung der Tauchschwingung an jeder Fahrzeugseite bewirkt ; die Fig. 7-9 sind Querschnitte durch den Schlauch nach Fig. 6, u. zw. in unbelastetem, statisch belastetem und voll belastetem Zustand ;
Fig. 10 ist ein Schnitt in vergrössertem Massstabe durch einen hydraulischen Verdränger ; je einer ist jedem Fahrzeugrad zuge- ordnet. Fig. 11 ist ein Schnitt durch ein Dämpferventil, welches in jedem Verdränger nach Fig. 10 einge- baut ist ; Fig. 12 ist eine Draufsicht auf dieses Ventil.
Zuerst soll die Wirkungsweise der Radabstützung an Hand der Fig. 1 - 3 erläutert werden. Die gesamte abgefederte Last eines Kraftwagens, dessen Rahmen mit 1 bezeichnet ist, wird von einer Flüssigkeit (zweckmässig Wasser, versetzt mit einem Antifrost- und einem Antikorrosionsmittel) getragen, die unter statischem Druck von ungefähr 10 kg/em in zwei im wesentlichen identischen, hermetisch geschlossenen, hydraulischen Systemen enthalten ist, die voneinander vollständig unabhängig sind.
Diese hydraulischen
Systeme bestehen je aus einem vorderen Verdränger 2, der über einen Lenker 3 mit einem der Vorder- räder 4 in Verbindung steht, aus einem hinteren Verdränger 2A, der über einen Lenker 5 mit dem an der gleichen Fahrzeugseite befindlichen Hinterrad 6 gekuppelt ist, aus einem den vorderen und den hinteren
Verdränger 2,2A verbindenden elastischen Schlauch 7 und Zweiwegdämpferventilen 8, die den Durchgang der Flüssigkeit zu dem einen Verdränger und von diesem weg zum andern steuern. Diese Verdränger sind in den Fig. 1 - 3 in Kreisen vergrössert dargestellt.
Jeder der hydraulischen Verdränger 2 und 2A besitzt ein starres Gehäuse 9, das gegen ein Widerlager amFahrzeugrahmen 1 abgestützt ist und eine nachgiebige Membrane 10 besitzt, die durch einen mit Ku- gelgelenk versehenen Schaft 11 mit dem zugehörigen Radlenker verbunden ist.
Da beide hermetisch geschlossenen, hydraulischen Systeme mit Flüssigkeit unter dem vorerwähnten statischen Druck vollständig gefüllt sind, ergibt sich, dass eine lotrechte Bewegung eines der Fahrzeug- rädergegenüberdemRahmenl eine durch die Ventile 8 gesteuerte Verdrängung der Flüssigkeit von einem
Ende des betreffenden Systems zum andern Ende hervorbringt.
Im Ruhezustand gemäss Fig. 1 enthalten der vordere und der hintere Verdränger 2,2A im wesentlichen je die gleiche Flüssigkeitsmenge. Bei einer Nickbewegung (Fig. 2) wird die Flüssigkeit bei nahezu kon- stantem Druck von einem Verdränger (in diesemfalle vom vorderen Verdränger 2) durch den Verbindungs- schlauch 7 hindurch zum Verdränger am andern Ende, stets jedoch auf derselben Seite des Fahrzeuges, bewegt. Die Verdränger 2 und 2A sind so gebaut (Fig. 10), dass die wirksame Fläche der Membrane 10 während ihrer Bewegung veränderlich ist. Wenn die wirksame Fläche dieser Membrane in einem Verdrän- ger grösser wird, wird sie im zugeordneten Verdränger am entgegengesetzten Fahrzeugende kleiner.
Dem- zufolge bringt die Verdrängung derFlüssigkeit aus einem System in das andere eine. geringe Druckerhö- hung im System hervor. Diese Druckzunahme bringt eine zeitweise Vergrösserung der Lichtweite des elastischen Schlauches hervor, der als hydraulischer Speicher dient. Das Ausmass bei radialer Dehnung der
Schlauchlichtweite ist begrenzt.
Die Aufrichtkraft wird bei Nickschwingung (Fig. 2) durch die geometrische Anordnung der hinteren Radabstützung im Zusammenhang mit der vorerwähnten Änderung der wirksamen Fläche der Membrane des zugehörigen Verdrängers hervorgerufen. Diese Aufrichtkraft ist verhältnismässig klein und ergibt eine
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erwünscht niedrige Nickfrequenz, etwa in der Grössenordnung von 50-60 Zyklen/min.
Bei Tauchschwingungen (Fig. 3) wird die Flüssigkeit aus den miteinander verbundenen Vorder- und Hinterradverdrängern 2,2A gleichzeitig verdrängt und durch eine entsprechende Ausweitung des Hohlraumes des Schlauches 7 aufgenommen, der wie bereits erwähnt, einen hydraulischen Speicher bildet,
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Aufrichtkraft beistützung und durch die Änderung der wirksamen Flächen der Membrane über den Radweg erzeugt. Dem- zufolge ist die Frequenz bei Tauchschwingungen höher als bei Nickschwingungen und kann etwa
100 Zyklen/min erreichen. Dies ist wertvoll, weil, da Tauch- und Querschwingungen direkt verwandt und zusammengehörig sind, die Abstützung sowohl vorne als auch hinten ohne besondere Einrichtung eine entsprechende Steifigkeit gegen Querbewegung zur Verhinderung einer solchen besitzt.
Bei Nickbewegungen (Fig. 2) wird die Dämpfung der Aufhängung ausser durch die Dämpferventile 8 durch die Wirkung der Flüssigkeit des Schlauchinhaltes ergänzt. Die Dämpfung ist resonanzfrei, u. zw. wegen der verhältnismässig grossen Menge an Flüssigkeit im System und des Umstandes, dass die Viskosität von Wasser, welches die bevorzugte Flüssigkeit ist, mit der Temperatur nicht so sehr schwankt wie jene von Öl, das bei den gebräuchlichen hydraulischen Stossdämpfern benützt wird.
Wie aus der Draufsicht (Fig. 4) einer praktischen Ausführung der Erfindung ersichtlich, sind die beiden hydraulischen Systeme in gleicher Weise an den zugehörigen Fahrzeugseiten angeordnet und die vier Ver- dränger 2,2A gehören je einem der Räder an. Es ist nur Sache der vereinfachten Installierung, die vor- deren Verdränger 2 lotrecht, die hinteren Verdränger 2A waagrecht anzuordnen. Die vordere Abstützung weist einen oberen und einen unterenQuerarm 3 und 12 auf ; der jedem vorderen Verdränger 2 zugeordnete
Schaft 11 ist mit dem oberen Querarm 3 mittels eines Kugelgelenkes verbunden und das Gehäuse 9 jedes
Verdrängers 2 stützt sich gegen ein Lager 13 des Rahmens 1 ab.
Die Abstützung jedes Hinterrades 6 das von einer Antriebswelle 14 mit Universalgelenk angetrieben ist, besteht aus dem Arm 5. Letzterer ist bei 15 schwenkbar am Rahmen 1 gelagert und mittels eines Kugelgelenkes 16 mit dem Schaft 11 des zugehörigen Verdrängers 2A verbunden. Die Gehäuse 9 beider Verdränger sind an einem Querträger 17 des Rahmens 1 festgelegt.
Die beiden Schläuche 7 sind lagemässig fest verankert. Dies ist bei der in denFig. 4 und 5 dargestellten Anordnung zweckmässig dadurch erzielt, dass der Hauptteil der Länge jedes Schlauches von einem mit dem Rahmen 1 verbundenen Stahlrohr 18 umschlossen ist, welches auch dazu dient, die radiale Ausdehnung des nachgiebigen Schlauches zu begrenzen.
In seiner bevorzugten Ausführung besteht der Schlauch 7, der die Dämpfung der Tauchbewegungerr bewirkt, aus einem dickwandigen, rohrförmigen Gummistück 19 (Fig. 6-9), das an seinem Aussenumfang mit elastisch deformierbaren, in gleichmässigen Abständen angeordneten Rippen 20 ausgestattet ist. Diese Rippen reichen über die ganze Länge des Schlauches mit Ausnahme der Endzonen, wo ein Verbindungsstück 21 bzw. 22 die Verbindung mit dem zugehörigen vorderen bzw. hinteren Verdränger herstellt. Der gerippte Gummischlauch ist in einer knapp anliegenden und verhältnismässig starren Hülle 23 eingeschlossen, die zur Begrenzung von radialen und auch von Längsdehnungen der Schlauchlichtweite durch den Innendruck dient.
Im dargestellten Beispiel besteht diese Hülle 23 aus geklöppeltem Stahldraht (Panzerschlauch), doch kann sie auch aus einem Stahlrohr 18 (Fig. 4 und 5), einer Umklöppelung aus textilem Material, einer schraubenförmig gewundenen Verstärkung aus Stoff oder Papier oder einer Schraubenfeder, wie solche für Gasschläuche in Verwendung stehen, bestehen.
Die Verbindungsstücke 21,22 (Fig. 6) sind von üblicher Bauart. Ein kurzer Metallstutzen 24 ist innen gerippt, um die geklöppelte Hülle 23 festzuhalten und die Endzonen des Schlauches 19 rund um einen mit Ringrippen versehenen Stutzen 25 zu klemmen. Obgleich in der Zeichnung nicht veranschaulicht, ist es zweckmässig, den Schlauch mit einer Schutzhülle, etwa aus Polyäthylen, zu versehen, wenn die Hülle 23 aus einer Stahlumklöppelung besteht. Die Schutzhülle, welche sich ebenfalls über die metallenen Stutzen erstrecken soll, macht den Schlauch nicht nur leichter montierbar, sondern verringert die Gefahr von Durchscheuerungen beim Betrieb des Kraftfahrzeuges.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, sind im unbeanspruchten Zustand die Rippen 20 des Schlauches MtmQuer- schnitt annähernd quadratisch und voneinander so weit abstehend, dass unter radialem Druck ihre nahezu vollständige Deformierung möglich wird.
Bei statischer Beanspruchung (Fig. 8) ist die Lichtweite des Gummischlauches 19 infolge Dehnung unter dem statischen Druck des Systemes vergrössert. Es ist ersichtlich, dass dabei die Rippen 20 deformiert
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wurden, dass jedoch die zwischen ihnen verbliebenen Zwischenräume immer noch eine weitergehende De- formierung ermöglichen. Eine solche Deformation ist in Fig. 9 dargestellt, welche den Zustand bei weiterem Hochgehen des Rades, also bei weiterer Lastzunahme, darstellt. Die Lichtweite des Schlauches ist weiter vergrössert, weil der hydraulische Druck nun sein Maximum erreicht hat, und die Rippen 20. welche als Druckfedern aus Gummi wirken, sind dabei so deformiert worden, dass sie die Zwischenräume zwischen ihnen nahezu vollständig ausfüllen.
Fig. 10 zeigt die Ausführung der hydraulischen Verdränger 2,2A. Die biegsame Membrane 10 besteht aus verstärktem Gummi und ist durch eine dünne, in dieselbe Gestalt wie die Membrane gebrachte Butylkautschukauskleidung 26 im wesentlichen flüssigkeitsdicht, Im unbelasteten Zustand nimmt die Mem- brane die strichpunktiert dargestellte Form 10A eines 600gen, verkehrt gestellten Kegelstumpfes an. Das mit einem Rohranschluss 44 für das zugehörige Ende des Schlauches ausgestattete Gehäuse 9 des Verdrängers besteht aus einer gepressten Metallplatte in Gestalt einer gewölbten, runden Kappe, deren Randzone 27 den Einlagering 28 der Membrane und die Auskleidung 26 luftdicht einschliesst und auch den kegelförmigen Blechmantel 29 umfasst.
Die Membrane 10 ist mit einem zentralen Ansatz 30 ausgestattet, der in eine Ausnehmung 31 von entsprechender Gestalt eines Kolbens 32 passt. Der Rand 33 des Kolbens 32 ist nach aussen abwärts gebogen und an die Mündung des trompetenartigen Schaftes 11 angeschlossen. Infolge der entgegengesetzten Neigung der Kegelflächen des Mantels 29 und des Kolbens 32 ändert sich die wirksame Fläche der Membrane 10 mit der Kolbenbewegung. Die wirksame Fläche wird grösser, wenn sich der Kolben 32 einwärts, d. h. gegen das Gehäuse 9 des Verdrängers zu bewegt. Der Schaft 11 ist über einen Kugelkopf mit dem zugehörigen Radlenker verbunden, im dargestellten Beispiel dem oberen Arm 3 der Vorderradabstützung.
Die Kugelgelenkverbindung besteht aus einem am Schaft 11 sitzenden Kugelknopf 34, der in eine Pfanne 35 aus Nylon od. dgl. in einer Stahlschale 36 eingepasst ist, welche auf dem Arm 3 sitzt. Das Kugelgelenk wird beim Montieren mit Fett gepackt und mit einer Schutzhülle 37 aus Gummi ausgestattet, um Schmutz usw. abzuhalten.
Das Gehäuse 9 des Verdrängers ermöglicht im Verein mit der Schalenform des Kolbens 32, die Zwei- wegdämpferveniile'8 im. Verdränger, wie dargestellt, unterzubringen und noch ausreichend freien Raum bei maximalem Hub des Kolbens zu belassen. Die Ventile liegen an einer schalenförmigen, eine Scheide- wand'bildenden Zwischenplatte 38, die an der Gehäuseunterseite befestigt ist an. Zwei entgegengesetzt wirkende Dämpferventile 8A und 8B mit Doppellappen (s. auch Fig. 11 und 12) sind im wesentlichen senkrecht zueinander an gegenüberliegenden Seiten der Zwischenplatte 38 und zwischen den Deckplatten 39 und 40 auf einem mit Schultern versehenen Mittelzapfen 41 montiert.
Die Platte 38 hat zwei Bohrungen 42 (Fig. 12), die dem Ventil 8A zugeordnet sind, welches das Aufwärtsströmen der Flüssigkeit durch diese Öffnungen während des Hochhubes des Kolbens 32 drosselt. Die Platte 38 weist ferner ein zweites Paar von Bohrungen 43 auf, die dem Ventil 8B zugeordnet sind, welches das Abwärtsströmen der Flüssigkeit durch diese Bohrungen während des Rückhubes des Kolbens 32 drosselt.
Die Ventile 8A, 8B sind so ausgebildet, dass sie beim Zusammenbau gegen die Zwischenplatte 38 anfänglich mit Vorspannung anliegen ; diese Vorspannung bestimmt den Zeitpunkt des anfänglichen Öffnens ; die Steifheit des Gummilappens regelt die Grösse des Durchflussquerschnittes.
Die Form des Rücklaufventiles 8B, das in Ruhestellung die Bohrungen 43 vollständig abschliesst, ist in Fig. 11 strichliert angedeutet. Das andere Ventil 8A erhält eine solche Einstellung, dass es die Bohrungen 42 vollständig schliesst. Das anfängliche Öffnen jedes Ventiles wird durch die Steifheit des Gummilappen gegen Biegung geregelt. Die Dämpfkraft wird bei hohen Geschwindigkeiten der strömenden Flüssigkeit durch die Grösse der Öffnung und durch das Anlegen der Ventillappen gegen ihre zugehörigen Begrenzungsplatten geregelt. Es können verschiedene Dämpfungscharakteristiken bei den Anheb- und Rückholphasen des Kolbens leicht z. B. dadurch erhalten werden, dass man eines der Ventile aus härterem Gummi als das andere herstellt.
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