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Radlastausgleichsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere geländegängige Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radlastausgleichsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere geländegängige Kraftfahrzeuge, mit vier oder mehr Rädern, bei der die aufbauseitigen Widerlager der Radfedern mittels einer hydraulischen Ausgleichsvorrichtung relativ zum Fahrzeugrahmen beweglich sind.
Kraftfahrzeuge mit einem um seine Längsachse verwindbaren Rahmen und breiter Federspur haben insofern ein gutes Fahrverhalten, als eine gute Kurvenstabilität in Verbindung mit einer auch in unebenem Gelände gesicherten Bodenberührung der Räder gegeben ist. Die Bodenberührung der Räder ist gesichert, weil der Rahmen ein zusätzlich zu den Radfedern wirkendes, um seine Längsachse elastisch nachgiebiges Federelement ist und demnach grosse Federwege der Räder im Gelände zur Verfügung stehen. Die gute Kurvenstabilität ist gegeben, weil der Rahmen infolge der breiten Federspur eine breite Abstützbasis hat und in der Kurve auf Biegung mit in Fahrzeugquerrichtung weisenden Hebelarmen beansprucht wird und gegenüber solchen Beanspruchungen praktisch starr ist.
Der Vorteil, den Rahmen als zusätzliches Federelement heranzuziehen, kann nicht immer nutzbar gemacht werden. Der Vorteil kann z. B. nicht ohne weiteres nutzbar gemacht werden, wenn starre Aufbauten auf dem Rahmen zu befestigen sind, weil sonst die Verbindungselemente zwischen Rahmen und Aufbauten bei nur geringer Eigenelastizität reissen würden. Ein um seine Längsachse sich verwindender Rahmen ist auch dann nicht vertretbar, wenn für aufgebaute Geräte, unabhängig von der Geländebeschaffenheit, der Rahmen eine ebene Grundfläche sein soll.
Wird aber der Rahmen so steif gemacht, dass er den Fahrbahnunebenheiten nach ausgeschöpftem Federspiel nicht durch elastische Verformung folgen kann, dann werden nach Beendigung des Federspiels die vier tatsächlichen oder, bei Fahrzeugen mit mehr als vier Rädern, fiktiven Radaufstandspunkte ungleich belastet, und unter Umständen kommt sogar ein Rad vom Boden frei. Hiedurch wird der Antrieb oder die Lenkung des Fahrzeuges oder beides bei unebener Fahrbahn beeinträchtigt.
Es ist eine Ausgleichsvorrichtung bekannt, bei der in vier den Rädern zugeordneten hydraulischen Zylindern vier Kolben längsverschieblich angeordnet sind. In Anwendung einer entsprechenden Fahrzeugfederung werden bei einer Vergrösserung des abzustützenden Gewichtes die Kolben in die Zylinder hinein- und umgekehrt bei einer Verringerung des Fahrzeuggewichtes aus den Zylindern herausbewegt.
Dieser an sich unerwünschte Zustand ist durch eine konstante Stellung der Kolben in den Zylindern auch bei einer Änderung der Zuladung zu beheben. Um dieses zu erreichen, muss bei einer Zunahme der Zuladung die ursprüngliche Stellung der Kolben in den Zylindern durch zusätzliches Einbringen von Druckmittel in den entsprechenden Zylinderraum und bei einer Verringerung der Zuladung durch entsprechendes Verringern der Füllung gewährleistet sein. Zu diesem Zwecke ist bei der bekannten Vorrichtung nur eine Pumpe vorgesehen, die gleichzeitig in alle Zylinder zusätzliches Druckmittel einbringen oder Druckmittel aus den Zylindern absaugen kann. Hiezu ist es erforderlich, dass die Zylinder über gemeinsame Verbindungsleitungen an der Pumpe angeschlossen sind.
Wird jedoch die Druckmittelfüllung
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in den Zylindern nicht verändert, so stellen die Verbindungsleitungen keine Verbindung zwischen den einzelnen Zylindern her. Eine solche Verbindung ist in den Betriebszuständen nicht erforderlich, in de- nen die Druckmittelfüllung nicht verändert werden soll. Um das Fahrzeug während des Normalbetrie- bes fahrstabil zu erhalten, muss die Verbindung zwischen den einzelnen Zylindern durch entsprechende
Sperrventile geschlossen sein. Um während des Auffüllens oder Entleerens der Zylinder das Fahrzeug nicht kippen zu lassen, müssen entsprechende mechanische Verbindungen zwischen Aufbau und Achsen vorgesehen sein. Mithin dienen die Verbindungsleitungen dieser bekannten Vorrichtung in keinem Falle dazu, einen Raddruckausgleich während des Betriebes des Fahrzeuges zu ermöglichen.
Ferner ist eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der eine zwangsweise Verlagerung der Federabstützpunkte am Aufbau, d. h. eine Veränderung der Bodenfreiheit unabhängig von der jeweiligen Beladung des Fahrzeuges, beabsichtigt ist. Das geschieht hiebei in der Weise, dass dem hydraulischen Zylinder jedes Federabstützpunktes eine Vorrichtung zugeordnet ist, mit der zusätzlich Druckmittel in den
Zylinder gebracht oder aus dem Zylinder entnommen werden kann. Es ist auch bei dieser Anordnung keine Ausgleichsvorrichtung zwischen den Zylindern mehrerer Federabstützpunkte vorgesehen.
Es ist auch eine Anordnung mit vier separaten hydraulischen Gestängen bekannt, deren Länge zwischen den Kolben der Radzylinder und den Kolben des zentralen Druckumsetzers der Ausgleichsvorrichtung konstant ist. Die in der Länge konstanten hydraulischen Gestänge werden lediglich verschoben. An keiner Stelle kann den hydraulischen Gestängen bzw. der gesamten hydraulischen Ausgleichsvorrichtung zusätzliches Druckmittel zugeführt werden. Es ist hiebei keine zwangsweise Verbindung der Druckmittelfüllung und demzufolge auch keine zwangsweise Verbindung der Federabstützpunkte unabhängig von der Fahrzeugbelastung gegeben, in der Weise, dass bei gleichbleibender Belastung die Lage des Federabstützpunktes verändert werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch entsprechende Ausgestaltung der Radfederung für Fahrzeuge mit vier realen oder fiktiven Radaufstandspunkten und einzeln aufgehängten Rädern eine Möglichkeit zu schaffen, dass der Fahrzeugrahmen von Verwindungen freigehalten ist, trotzdem aber auch die Räder extrem grossen Fahrbahnunebenheiten folgen können.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass zur Begrenzung der Bewegung der Federwiderlager je zwei Anschläge vorgesehen sind'und dass zur Einstellung der Bodenfreiheit des Fahrzeuges, wie an sich bekannt, die Füllung der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung mit Druckmittel innerhalb der durch die Anschläge für die Federwiderlager gegebenen Grenzen veränderlich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, dass das eine Widerlager jeder Feder am einen Fahrzeugteil (Schwingarm, Rahmen) in an sich bekannter Weise Teil eines Zylinders ist, dessen Kolben am andern Fahrzeugteil (Rahmen oder Schwingarm) befestigt ist. Zweckmässig ist es, dass zwischen einem Fahrzeugteil und dem Zylinder ein vorzugsweise elastischer Endanschlag vorgesehen ist, der die Federbewegung begrenzt. Vorteilhaft ist es, dass das hydraulische Gestänge (Leitungen) der Ausgleichsvorrichtung in an sich bekannter Weise an einem Druckteiler des für alle Räder gemeinsamen Teiles der Ausgleichsvorrichtung angeschlossen ist. Die Erfindung schlägt weiter vor, dass im Druckteiler Federn angeordnet sind, die die auf gemeinsamer Kolbenstange befestigten, je in einem Zylinder beidseitig beaufschlagten Ausgleichskolben in eine Mittelstellung drängen.
Schliesslich ist noch vorgesehen, dass in jede Leitung zwischen Ausgleichskolben und gemeinsamen Druckverteiler ein Druckmittelspeicher zugeordnet ist.
Bei einem Fahrzeug nach der Erfindung ist gewährleistet, dass ohne Rahmenverformungen stets alle Räder gleichmässig belastet sind, u. zw. ohne Rücksicht auf die Weichheit der im allgemeinen verwendeten Federn. Fällt ein Rad bei einer Geländefahrt in ein Loch, dann bedeutet das zwar zunächst eine zusätzliche Belastung der andern Räder bzw. der Federn der andern Räder, aber bereits im Entstehen der zusätzlichen Belastung wird diese wieder abgebaut und das tiefer stehende Rat wieder zum Tragen herangezogen.
Das gleiche Problem hat man bereits durch hochelastische Elemente zwischen dem verwindungsweichen Fahrzeugrahmen und dem Fahrzeugaufbau zu lösen versucht. Hiebei bedarf es dann aber wieder besonderer Mittel, die gewährleisten, dass trotz der lotrecht erheblich nachgiebigen Elemente eine horizontal sichere Verbindung zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrzeugrahmen vorliegt. Auch sind bereits mechanische und hydraulische Ausgleichsvorrichtungen bekannt, die jedoch einen Raddruckausgleich nur zum Teil bewirken, z. B. zwischen den Rädern eines Doppelachsaggregates, zwischen zwei diagonal einander gegenüberliegenden Rädern oder zwischen den beiden Rädern einer Achse.
Im praktischen Betrieb wird es nun so sein, dass die Ausgleichsvorrichtung nur in bestimmten Betriebsbereichen, die sich durch eine wünschenswerte Bodenfreiheit des Fahrzeuges gegenüber andern Be-
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triebsbereichen auszeichnen, wirksam sein muss. So sind auf normaler Strasse die Unebenheiten so ge- ring, dass im allgemeinen auch ohne Ausgleichsvorrichtung alle Radaufstandspunkte gleich belastet sind.
Anderseits ist eine tiefe Schwerpunktslage erwünscht, um Kurven mit hoher Geschwindigkeit durchfah- ren zu können. Dagegen ist im Gelände eine niedrige Schwerpunktslage der geringen Geschwindigkeit wegen nicht erforderlich, dagegen eine grosse Bodenfreiheit in Verbindung mit einem zuverlässig wir- kenden Ausgleich der Raddrücke bzw. Federbelastungen. Handelt es sich, was hier einbezogen sein soll, um ein amphibisches Spezialfahrzeug, so kann darüber hinaus noch für die Sumpffahrt eine extrem hohe
Bodenfreiheit ohne Ausgleich erwünscht sein.
In Anbetracht dieser Verhältnisse schlägt die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass die Aus- gleichsvorrichtung Teil einer Vorrichtung zur Regelung der Bodenfreiheit und nur in einem bestimmten, ausgezeichneten Bereich der Bodenfreiheit wirksam ist. Dieser Bereich soll insbesondere zwischen zwei Bereichen liegen, in denen die Ausgleichsvorrichtung nicht wirksam ist.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten derselben sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen in beispielsweiser und schematischer Darstellung : Fig. l eine Radlagerung, wie sie bei der Erfindung beispielsweise vorausgesetzt ist, Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss der Erfindung für Fahrzeuge mit einer Radlagerung gemäss Fig. 1 und Fig. 3 und 4 weiter ausgestaltete Vorrichtungen gemäss der Erfindung bei Fahrzeugen mit mehr als vier Rädern.
Für das Ausführungsbeispiel ist nach Fig. l angenommen, dass die vier Räder 1 eines Fahrzeuges einzeln mit Schraubenfedern 2 gegenüber dem Fahrzeugrahmen 3 abgefedert sind. Jedes Rad ist von zwei in Fahrzeugquerrichtung weisenden Schwingarmen 4,5 gegenüber dem Fahrzeugrahmen geführt und zwischen dem oberen Schwingarm 4 und dem Rahmen 3 befindet sich eine Schraubenfeder 2. Finden statt der Schraubenfedern Gasfedern oder Gummifedern Anwendung, dann muss sich an dieser Anordnung nichts ändern, obwohl die Federn ebenso wie Schraubenfedern auch horizontal angeordnet sein können und die lotrechten Federbewegungen der Räder mit Hilfe von Zusatzhebeln und - gestängen auf die horizontal angeordneten Federn übertragen werden können. Finden andere Federarten, z. B.
Drehstabfedern Anwendung, so sind statt der dem Rahmen 3 und den Schwingarmen 4 zugeordneten Federteller 7,8 andere geeignete Federlager vorzusehen.
Im Ausführungsbeispiel ist der dem Fahrzeugrahmen 3 zugehörige Federteller 7 der Schraubenfeder 2 Teil eines Zylinders 9. Am oberen Ende des Zylinders befindet sich ein mit dem Rahmen zusammenarbeitender Anschlag 10, am unteren Zylinderende ein mit dem Schwingarm 4 zusammenarbeitender Anschlag 11. Der im Zylinder 9 geführte Kolben 6 ist mit seiner Kolbenstange 6a starr am Fahrzeugrahmen befestigt. Der von dem Kolben 6 nachgiebig verschlossene Zylinderraum 12 jedes Zylinders der vier Fahrzeugräder ist über dem Druckteiler 13 mit den jeweils andern Zylindern verbunden. Der Druckteiler weist einen beispielsweise im Bereich des einen Radpaares angeordneten Zylinder 14 auf, der durch eine starre Trennwand 15 in zwei Kammern mit unveränderlichen Volumen getrennt ist, deren Einzelvolumen in jedem Fall wesentlich grö- sser ist als das Volumen jedes Zylinderraumes 12.
Jede Kammer des Zylinders 14 ist durch je einen Kolben 16,17 wieder in zwei Teilkammern 18,19 und 20,21 unterteilt. Die Kolben 16,17 sind mit axialer Versetzung auf einer gemeinsamen Kolbenstange 22 befestigt, die axial verschieblieh in der Trennwand 15 und den Deckeln 23,24 des Zylinders geführt ist. Rückstellfedern 25 bestimmen die Mittellage der Kolben 16,17 und stützen sich hiezu einerseits an der Trennwand 15, anderseits an den einander zugekehrten Flächen der Kolben 16, 17 ab. Die äusseren Teilkammern 18, 21 sind mit den Zylindern 9 der beiden achsgleich angeordneten Fahrzeugräder verbunden, wozu die beiden Leitungen 26,27 vorgesehen sind. Entsprechend führen Leitungen 28,29 zu den Radzylindern der beiden andern Fahrzeugräder.
Das ganze System ist mit hydraulischem Druckmittel gefüllt, wobei die Menge des im jeweiligen Gestängeteil eingeführten Druckmittels mit je einem Druckmittelspeicher 30 zu ändern ist. Jeder Druckmittelspeicher ist ein Zylinder 31, in dem ein Kolben 32 den mit einem elastischen Druckmittel gefüllten Zylinderraum 33 von dem mit hydraulischem Druckmittel gefüllten Zylinderraum 34 trennt. Ein von einer zentralen Stelle aus zu bedienendes Ventil 35 sperrt die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 34 und dem jeweiligen hydraulischen Gestängeteil oder gibt diese Verbindung frei.
Für die normale Strassenfahrt mit geringer Bodenfreiheitund nicht gewünschtem Ausgleich ist das hydraulische Gestänge drucklos. Die Kolben 6 befinden sich in ihrer unteren Endstellung und nach Massgabe des Abstandes zwischen den Anschlägen 11 und den Schwingarmen 4 können Fahrzeugrahmen und Fahrzeugräder gegeneinander einfedern. Das Ausfedern ist durch gesonderte Anschläge begrenzt.
Für die Fahrt im Gelände mit grösserer Bodenfreiheit und gewünschtem Ausgleich der Raddrücke ist
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so viel Druckmittel in das hydraulische Gestänge eingefüllt, dass sich die Kolben 6 in der gezeich- neten Mittelstellung befinden. Kurzfristige Federbewegungen eines Rades sind ohne Beeinflussung der jeweils andern Räder, wie für die Strassenfahrt beschrieben, möglich. Bei längeren Abstandsänderungen zwischen einem Rad und dem Fahrzeugrahmen findet dagegen ein Raddruckausgleich statt. Fährt bei- spielsweise das in Fig. 1 dargestellte Rad auf eine Rampe auf, dann wird der Zylinderraum 12 des
Zylinders 9 dieses Rades verkleinert und in die Teilkammer 18 strömt über die Leitung 26
Druckmittel ab.
Hiedurch wird die Kolbenstange 22 nach rechts verstellt und die hydraulischen Teil- gestänge werden so verstellt, dass das achsgleich angeordnete Rad zusätzlich belastet wird (Einströmen von Druckmittel in den Zylinderraum 12 aus der Teilkammer 21). In entsprechender Weise wer- den mit dem Druckmittel der'Teilkammern 19,20 die Räder der andern Achse des Fahrzeuges be- lastet bzw. entlastet. Entsprechendes gilt, wenn das Rad in ein Loch fällt.
Da im besonderen ein Sonderfahrzeug vorausgesetzt ist, das z. B. beim Ein- oder Ausfahren in bzw. aus dem Wasser in sumpfigem Gelände verkehren können soll, ist für die Sumpffahrt noch die Herstel- lung maximaler Bodenfreiheit bei nicht wirksamem Raddruckausgleich vorgesehen. In das hydraulische
Gestänge ist die maximale Druckmittelmenge eingefüllt. Die Kolben 6 liegen an einen oberen ring- förmigen Anschlag 36 jedes Zylinders 9 an. Ein Raddruckausgleich findet nicht statt. Jedes Rad federt einzeln und unabhängig von den andern Rädern und die Bodenfreiheit des Fahrzeuges ist maxi- mal.
Bei einem dreiachsigen Fahrzeug mit einer Doppelachse sind auf beiden Fahrzeugseiten die Räder der Doppelachse hydraulisch miteinander verbunden und die dadurch geschaffene fiktive Mittelachse mit fiktiven Radaufstandspunkten mit der Einzelachse hydraulisch gekoppelt (Fig. 3). Der Druckteiler 13a ist ein Stufenkolben und-zylinder und in der aus Fig. 3 zu entnehmenden Weise an die Radzylinder angeschlossen. Die Radzylinder der Doppelachse auf jeder Fahrzeugseite sind durch eine Verbindungsleitung 37 miteinander gekoppelt, und an diese Verbindungsleitung wieder sind die zum Druckteiler 13a führenden Verbindungsleitungen 28,29 angeschlossen.
Bei einem Achtradfahrzeug (Fig. 4) ist eine Verdoppelung der Doppelachsanordnung bei Fig. 4 erforderlich, jedoch ist der Druckteiler nicht mehr als Stufenelement ausgeführt, sondern weist einen einstufigen Kolben und Zylinder, jedoch mit grösserer Füllung als in Fig. 2 vorgesehen, auf.
An Stelle eines gemeinsamen Druckteilers ist es auch möglich. der Vorderachse und der Hinterachse je einen Druckteiler mit je zwei Kammern zuzuordnen und die Kammern der Druckteiler kreuzweise miteinander zu verbinden. Ausserdem ist die kinemetaische Umkehrung der in den Zeichnungen dargestellten Anordnung möglich, wobei dann das in den Zeichnungen am Schwingarm 4 abgestützte Ende der Feder 2 am Rahmen abgestützt ist und der Kolben 6 mit seiner Kolbenstange 6a am Schwingarm 4 befestigt ist. Entsprechendes gilt, wenn die Feder in der vorbeschriebenen Weise statt senkrecht in horizontaler Lage angeordnet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Radlastausgleichsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere geländegängige Kraftfahrzeuge mit vier oder mehr Rädern, bei der die aufbauseitigen Widerlager der Radfedern mittels einer hydraulischen Ausgleichsvorrichtung relativ zum Fahrzeugrahmen beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Bewegung der Federwiderlager (7) je zwei Anschläge (6, 36 ; 6, 9) vorgesehen sind und dass zur Einstellung der Bodenfreiheit des Fahrzeuges, wie an sich bekannt, die Füllung der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung mit Druckmittel innerhalb der durch die Anschläge für die Federwiderlager gegebenen Grenzen veränderlich ist.