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Abfederungsvorrichtung mit veränderbarer Federcharakteristik, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abfederungsvorrichtung mit veränderbarer Federcharakteristik, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der zwischen dem abgefederten und dem unabgefederten Vorrichtungsteil Zwischenglieder eingeschaltet sind, durch deren spontane oder kontrollierte Verschwenkung das
Moment der Tragfeder bezüglich des Anlenkpunktes des unabgefederten am abgefederten Vorrichtungsteil veränderbar ist, der erste Federteller mit dem abgefederten oder unabgefederten Vorrichtungsteil schwenkbar verbunden ist und der zweite Federteller längs einer bogenförmigen, zum Schwenkpunkt des ersten Federtellers konkaven Führungsbahn des andern, abgefederten oder unabgefederten Vorrichtungsteiles verschwenkbar angeordnet ist,
wobei beide Federteller in Richtung des Federweges gegenseitig teleskopartig ineinandergreifen.
Es sind bereits Abfederungsvorrichtungen mit kontr'*iliert veränderbarer Federcharakteristik bekannt (s. franz. Patentschrift Nr. 783.035), bei denen die Federkraft auf die Radlenker des Fahrzeuges entweder direkt durch verschwenkbare oder verschiebbare Blattfedern oder indirekt vermittels starrer, verschwenkbarer oder verschiebbarer Zwischenglieder übertragen wird. Der Nachteil dieser Abfederungsvorrichtungen beruht darin, dass die Blattfedern oder die Zwischenglieder auf den Radlenkern nicht rollen, sondern gleiten, so dass hier in Anbetracht des vielen Staubes, Kotes und Wassers zum Umstellen eine grosse Kraft des Fahrers erforderlich wäre und deshalb auch eine automatische Einstellung hier praktisch wohl nicht möglich wäre.
Aus demselben Grunde könnte diese Abfederungsvorrichtung auch nicht als Verweichungs-Federsatz mit spontaner Verschwenkung oder Verschiebung bei jeder Durchfederung angewendet werden, ungeachtet das ständige Knirschen und die rasche Abnützung der Reibungsflächen.
Bei weiters bekannten Abfederungsvorrichtungen mit spontan veränderbarer Federcharakteristik (s. deutsche Patentschriften Nr. 655400 und Nr. 708560) wird zwar die ungünstige Gleitreibung teilweise durch eine günstigere Wälzreibung ersetzt, beide Konstruktionen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie lediglich dazu geeignet sind, die geradlinige Federcharakteristik in eine durchwegs progressiv ansteigende (s. deutsche Patentschrift Nr. 655400) oder in eine wellenförmige (s. deutsche Patentschrift Nr. 708560) Federcharakteristik umzuformen, nicht aber zur Schaffung einer Reihe verschieden steiler Federcharakteristiken zwecks Regelung der Federungshärte je nach Belastung des Fahrzeuges.
Bei einer weiters bekannten Abfederungsvorrichtung ist die Tragfeder vermittels eines einfachen Federtellers an den abgefederten Vorrichtungsteil angelenkt und mittels des ändern, mit einer Rolle versehenen Federtellers an einer bogenförmigen Führungsbahn des unabgefederten Radlenkers verstellbar abgestützt. Diese Konstruktion eignet sich sowohl für die Verweichung als auch für die Regelung der Federungshärte, sie weist jedoch noch den Nachteil auf, dass derDurchmesser der Rolle wegen Platzmangel klein gehalten werden muss, woraus sich ein zu hoher spezifischer Druck zwischen Rolle und Führungsbahn und Störanfälligkeit infolge Eindringens von Staub und Kot ergibt.
Die letztgenannten Nachteile beseitigt die Abfederungsvorrichtung gemäss der Erfindung, deren Wesen darin besteht, dass der zweite, längs der bogenförmigen Führungsbahn schwenkbare Federteller bAgelförmig ausgebildet ist und mittels seiner beiden, beiderseits der Tragfeder nach dem ersten Federteller hin ragenden Schenkel mit einem wiegenförmigen Zwischenglied gelenkig verbunden ist, das an seiner Stirnseite mit einer zum Schwenkpunkt des ersten Federtellers konkav gekrümmten Abwälzfläche ausge-
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stattet ist und mit dieser an einer gleichfalls konkaven, jedoch einen grösseren Krümmungsradius aufwei- senden bogenförmigen Führungsbahn ausfliegt. Diese Anordnung hat den Vorteil,
dass sie bei gleichem
Einbau- und Funktionsraum einen niedrigeren spezifischen Druck an der Berührungsfläche mit der bogen- förmigen Führungsbahn aufweist oder aber bei gleichem spezifischem Druck einen kleineren Raum in radialer Richtung, d. h. in derjenigen Richtung beansprucht, in welcher im allgemeinen Mangel an Raum herrscht. Ein weiterer Vorteil ist einegeringerewälz-und Zapfenreibung und somit auch grössere Empfind- lichkeit in der Funktion der Federeinrichtung sowie auch geringere Empfindlichkeit gegen Staub und
Kot.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung sind das wiegenförmige Zwischenglied und die bogenförmige
Führungsbahn gegenseitig durch einen oder mehrere FUhrungsbolzen mit axialem, das Abwälzen des wie- genförmigen Zwischengliedes ermöglichenden Spiel verbunden. Zwischen dem FUhrungsbolzen und der bogenförmigen Führungsbahn oder dem wiegenförmigen Zwischenglied kann eine Feder angeordnet sein.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können in die bogenförmige Führungsbahn ein oder mehre- re Führungsstifte fest eingesetzt sein, die dauernd in die Öffnungen der anliegenden Abwälzfläche des wiegenförmigen Zwischengliedes eingreifen oder umgekehrt, die Führungsstifte in die Abwälzfläche des wiegenförmigen Zwischengliedes fest eingesetzt sind und dauernd in die Öffnungen der anliegenden bo- genförmigen Führungsbahn eingreifen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Abfederungsvorrichtung mit einem Verweichungssatz an der Hinterachse, im vollständig entlasteten Zustande, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-B in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 im vollständig zusammengedrückten Zustande, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus- führungsform mit kombiniertem Verweichungs-und Einstellungssatz an der Hinterachse, bei eingestellter mittlerer Stufe der Federungshärte sowie ruhender Belastung und Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
Die Fig. 1 - 3 veranschaulichen eine Abfederungsvorrichtung mit einem wiegenförmigen Zwischenglied für eine Automobil-Hinterachse, die starr sein oder Schwinghalbachsen aufweisen kann. Die Hinterachse 7"ist mittels eines, Zapfens 62 eines schwenkbaren Lenkers 7 sowie eines Bolzens 9 und Lagers 57 am Rahmenlängsträger 46 des Fahrzeuges angelenkt. Das gekröpfte Ende des Trägers 46 bildet mit seiner inneren Fläche gleichzeitig eine spiralbogenförmigb Puhrungsbahn 8. Am Lenker 7 ist mittels eines Bolzens 4 ein federnder Abstützkörper angelenkt, der aus einem ersten Federteller 3, einer schraubenförmigen Tragfeder 1 und einem zweiten Federteller 3" mit eingenietetem Führungsdorn 61 besteht, der sich teleskopartig in der axial angeordneten Öffnung des ersten Federtellers 3 bewegt.
Der zweite Federteller 3" hat die Form eines Bügels, der am Ende seiner beiden, beiderseits der Tragfeder 1 nach dem ersten Federteller 3 hin ragenden Schenkel mit zwei Zapfen 60 versehen ist, mit deren Hilfe dieser Federteller an ein wiegenförmiges Zwischenglied 6 verschwenkbar angelenkt ist. Das Zwischenglied 6 hat die Form einesHohlzylinder-Sektors undwälzt sich beim Federn mitseinerstirnseitigen Abwälzfläche an der Innenfläche der bogenförmigen Führungsbahn 8 ab. Der Krümmungsradius des wiegenförmigen Zwischengliedes 6 ist etwas kleiner als die Entfernung der Mitte des Zapfens 4 von der Innenfläche der bogenförmigen, zum Zapfen 4 konkaven Führungsbahn 8 bei grösster Kompression der Tragfeder 1 und als der kleinste Krümmungsradius der Innenfläche der bogenförmigen FUhrungsbahn 8.
Auf diese Weise wird erzielt, dass sich bei verhältnismässig kurzem, verschwenkbarem federndem Abstützkörper zwei konkav gekrümmte AbstUtzflächen mit grossen, wenig unterschiedlichen Krümmungsradien aneinander abwälzen, was niedrige spezifische Drücke, geringere Wälzreibung und Zapfenreibung (infolge kleinerer Winkel Verschwenkungen des wiegenförmigen Zwischengliedes 6 um die Zapfen 60), geringere Abnutzung und grösseres Ansprechvermögen der Abfederungsvorrichtung nach sich zieht. Der Abstützkörper 1, 3, 3"schwingt bei jedem Federungshub des Fahrzeuges spontan im Innenraum des wiegenförmigen Zwischengliedes 6, das sich gleichzeitig an der bogenförmigen Führungsbahn 8 abwälzt.
Dadurch ändert sich das Drehmoment der Spannung der Tragfeder 1 auf den Lenker 7 in bezug auf den Bolzen 9 und somit auch die Federungshärte in dem oder jenem Augenblick des Federungshubes. Je mehr die Tragfeder 1 zusammengedrückt wird, desto mehr neigt sich der ganze Abstützkörper 1, 3, 3" zum Bolzen 9, wodurch die überflüssige Federhärte herabgesetzt wird und umgekehrt. Die Form der Spirale der bogenförmigen Führungsbahn 8 wird in geeigneter Weise so gewählt, dass die vorteilhafteste, abgeflachte Federungscharakteristik erzielt wird, die unter gegebenen Umständen eine möglichst weiche und am langsamsten schwingende Federung ermöglicht. Die Schwenkbewegung des Abstützkörpers 1, 3, 3" ist in beiden Richtungen durch Anschläge 53 am wiegenförmigen Zwischenglied 6 begrenzt.
Die Grundstellung des wiegenförmigen Zwischen-
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gliedes 6 in bezug auf die bogenförmige Führungsbahn 8 und die Verhütung des Abspringen des Zwischengliedes wird dauernd durch einen Führungsbolzen 63, vorzugsweise mit einer Feder 64 sichergestellt. Es wäre möglich, zwei solche Bolzen 63 anzuordnen, wodurch auch die Führung der Wiege 6 bei ihrer Abwälzung sichergestellt wird. Die Feder 64 kann auch als Schraubenfeder, Gummifeder od. dgl. ausgebildet sein.
In den Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Abfederungsvorrichtung mit wiegenförmigen Zwischengliedern für einen kombinierten Verweichungs- und Einstellungssatz der Abfederungsvorrichtung für eine Automobil-Hinterachse gezeigt, die starr sein oder Schwinghalbachsen aufweisen kann.
Die Hinterachse 7" ist einerseits vermittels einer Nabe 66 und eines Bolzens 4" am ersten Federteller 3 . der kombinierten, am Längsträger 46 des Fahrzeugrahmens abgestützten Abfederungsvorrichtung und anderseits mittels einer Nabe 66 und eines Bolzens 69 am Lenker 7 angelenkt, der seinerseits mit Hilfe einer Kreuzhülse 68, eines Bolzens 9 und Lagers 57 mit dem Längsträger 46 des Fahrzeugrahmens gelenkig verbunden ist. Der zweite Federteller 3" in Form eines Bügels ist mit Hilfe eines Führungsdomes 61 teleskopartig in einer axial angeordneten Bohrung des ersten Federtellers 3 geführt. Zwischen den beiden Federtellern 3, 3" sind zwei schraubenförmige Tragfedern 1" (ihre Anzahl kann beliebig sein) eingeschlossen.
Der zweite Federteller 3" ist am Ende seiner zwei Schenkel mit zwei Zapfen 60 versehen, mittels deren er mitdemwiegenförmigenVerweichungs-Zwischenglied 6 gelenkig verbunden ist, das sich bei jeder Durchfederung an der Innenfläche der spiralbogenförmigen Führungsbahn 8 des Einstellgliedes 30 abwälzt.
Dieses Einstellglied 30 ist wieder bügel-und wiegenförmig gestaltet und am Ende seiner Schenkel mit zwei Zapfen 60'versehen, mittels deren es mit dem wiegenförmigen Einstellungs-Zwischenglied 6'gelenkartig verbunden ist, das sich bei Umstellen an der gekrümmten Innenfläche des Längsträgers 46 abwälzt, die auf diese Weise gleichzeitig die kreisbogenförmige FUhrungsbahn 8'bildet. Die Einstellung erfolgt wieder entweder manuell, automatisch oder auf beide Arten durch bekannte Einstellvorrichtungen, die mittels einer Verbindungsstange 10 und eines Bolzens 65 an das Einstellglied 30 angeschlossen sind.
Zwecks dauernder Sicherung einer richtigen Grundstellung und Führung der Abstützungwiegen 6, 6'bei deren Abwälzen, sind in die bogenförmigen Führungsbahnen 8, 8'Führungsstifte 67, 67' fest eingesetzt, die dauernd in zugehörige Öffnungen in den anliegenden Segmenten der Abstützwiegen 6, 6'eingreifen. Die Radien der zylindrischen Aussenflächen beider Abstützwiegen 6, 6'sind wieder nicht viel kleiner als der kleinste Krümmungsradius der zugehörigen bogenförmigen Führungsbahnen 8, 8', sonst aber im Rahmen bestehender Möglichkeiten möglichst gross. Die Schwenkungen des zweiten Federtellers 3" und des Einstellgliedes 30 sind in beiden Richtungen durch Anschläge 53, 53'an den beiden Zwischengliedern 6, 6'begrenzt.
Zwecks Verhütung eines eventuellen Abspringens der Fahrzeugachse bei grosser Entlastung der Federn 1" ist die Abfederungsvorrichtung mit einem Sicherungsbolzen 74 versehen, der im Längsträger 46 des Fahrzeugrahmens aufgehängt ist, durch den Lenker 7 hindurchragt und mit einem Gummipuffer 75, einer Stahlfeder od. dgl. versehen ist.
Die beschriebenen Abfederungsvorrichtungen stellen lediglich Ausführungsbeispiele dar, die den Zweck haben, das Prinzip der Erfindung zu erläutern. Die praktischen Ausführungen können sowohl in Einzelheiten als auch im Ganzen unterschiedlich und aus den angeführten Beispielen verschiedentlich kombiniert sein. So können z. B. die zylindrischen (gegebenenfalls konischen) Aussenflächen der wiegenförmigen Zwischenglieder 6, 6'oder die zylindrischen (gegebenenfalls konischen) Innenflächen der Führungsbahnen 8, 8'oder auch beide Flächen mit Führungsrändern, Führungsnuten, einer Bombierung, mit einem Belag aus Gummi oder einem andern geräuschdämpfenden Material usw. versehen sein.
Bei den Verweichungssätzen könnte der Bogen der Führungsbahn kreisförmig anstatt spiralförmig und umgekehrt der Bogen der stirnseitigen Abwälzfläche des wiegenförmigen Zwischengliedes 6 spiralförmig anstatt kreisförmig ausgeführt werden. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die wiegenförmigen Zwischenglieder 6, 6'aufrechtstehend oder schiefstehend angeordnet, um ein selbsttätiges Ausfallen von zwischen die sich abwälzenden Abstützflächen eingedrungenen Verunreinigungen zu erleichtern. Es wäre auch möglich, die Anordnung mit vertikal oder schief hängenden wiegenförmigen Zwischengliedern anzuwenden und das Ausfallen der Verunreinigungen durch die Anordnung von Öffnungen in den bogenförmigen Führungsbahnen 8, 8'und gegebenenfalls auch in den stirnseitigen Abwälzflächen der wiegenförmigen Zwischenglieder 6, 6'zu erleichtern.
Die Lager für die Zapfen und Bolzen können mit selbstschmierenden Futtern oder mit elastischen Gummifuttern versehen oder als Wälzlager, vorzugsweise Nadellager od, dgl. ausgebildet sein. Die Abstützkörper 1, 3, 3'und die Zwischenglieder 6 können zwecks Kompen- derung eventueller ungünstiger Einflüsse ihres Gewichtes auf die Funktion auf bekannte Weise ausbalan- : iert oder abgefedert werden. Die teleskopartige Führung der Federteller 3, 3", 61 kann als teleskopartiger hydraulischer Schwingungsdämpfer ausgebildet werden.
Die in der Zeichnung dargestellten Schrau-
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benfedern 1, 1" können durch die verschiedensten bekannten Formen und Arten von Stahl-, Gummi-, Luft-, Gas- und hydropneumatischen Federelementen. ersetzt werden. Gegen Eindringen von Staub, Kot und Wasser können diese Abfederungsvorrichtungen mit geeigneten Schutzverdecken, Manschetten u. ähnl. versehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abfederungsvorrichtung mit veränderbarer Federcharakteristik, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der zwischen dem abgefederten und dem unabgefederten Vorrichtungsteil Zwischenglieder eingeschaltet sind, durch deren spontane oder kontrollierte Verschwenkung das Moment der Tragfeder bezüglich des Anlenkpunktes des unabgefederten am abgefederten Vorrichtungsteil veränderbar ist, der erste Federteller mit dem abgefederten oder unabgefederten Vorrichtungsteil schwenkbar verbunden ist und der zweite Federteller längs einer bogenförmigen, zum Schwenkpunkt des ersten Federtellers konkaven Führungsbahn des andern, abgefederten oder unabgefederten Vorrichtungsteiles verschwenkbar angeordnet ist, wobei beide Federteller in Richtung des Federweges gegenseitig teleskopartig ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Federteller (3") bügelförmig ausgebildet ist und mittels seiner beiden, beiderseits der Tragfeder (1) nach dem ersten Federteller (3) hin ragenden Schenkel mit einem wiegenförmigen Zwischenglied (6,6') gelenkig verbunden ist, das an seiner Stirnseite mit einer zum Schwenkpunkt des ersten Federtellers (3) konkavgekrümmtenAbwälzfläche ausgestattet ist und mit dieser an einer gleichfalls konkaven, jedoch einen grösseren Krümmungsradius aufweisenden bogenförmigen Führungbahn (8, 8.) aufliegt.