Federndes Rad. Es ist bekannt, dass bei federnden Rädern biegsame Speichen verwendet werden, die entweder allein die federnden Organe sind, welche die Stösse auf das Rad ausgleichen sollen, oder neben denen noch besondere Zug- oder Druckfedern angeordnet sind, wobei die Speichen in erster Linie dazu bestimmt sind, die Nabe in der Ebene des Felgenkranzes festzuhalten und, bei Triebrädern, das Dreh moment von der Nabe auf die Felge zu über tragen.
Bei allen derartigen federnden Rädern, die als Tragräder bei Fahrzeugen dienen, wird ,jede Speiche bei jeder Umdrehung eines Rades infolge des auf der Nabe lastenden Gewichtes des Fahrzeuges einmal in der einen Richtung und einmal in der dazu entgegen gesetzten Richtung gebogen. Dazu kommen noch die zufälligen Biegungen infolge der senkrechten Stösse in der Radebene, der Stösse quer zur Radebene und des Axialdruckes beim Fahren in einer Kurve. Bei Triebrädern kommt noch die Biegung infolge der Über tragung des Drehmomentes hinzu. Von allen diesen Beanspruchungen der Speichen ist die- jenige durch das Gewicht des Fahrzeuges weitaus die gefährlichste für ihre Haltbarkeit wegen ihrer Häufigkeit und weil die Spei eben hin- und hergebogen werden.
Es findet dabei eine Ermüdung des Speichenmaterials statt, die sehr bald zum Bruch führt, selbst wenn die Speichen nur einen recht mässigen statischen Biegedreck auszuhalten haben. Wird eine Speiche nur nach einer Seite aus der Ruhelage herausgebogen, so verträgt sie eine unverhältnismässig viel grössere Anzahl von Biegungen, als wenn sie hin- und her gebogen wird, selbst wenn die statische Be anspruchung im eisten Fall viel grösser ist als im zweiten. Die oben genannten zufälligen Beanspruchungen haben wegen ihrer gerin gen Häufigkeit keinen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der Speichen, voraus gesetzt, dass die zulässige statische Beanspru chung nicht überschritten wird.
Die vorliegende Erfindung stützt sich auf diese Erkenntnis und soll die Lebensdauer der auf Biegung beanspruchten Speichen federnder Räder erliiilien dadurch, dass die Speichen finit Nabe und Felge so verbunden sind, dass sich die Speichen bei der Drehung des Rades nur nach einer Seite hin ausbiegen können, wodurch eine Wechselbeanspruchung der Speichen vermieden wird.
Zu diesem Zweck sind zwei Gruppen biegsamer Spei chen zwischen Nabe und Felge derart ange ordnet, dass die Speichen der einen Gruppe bei den Formänderungen des Rades stets nur nach einer Richtung aus dem unbelasteten Zutande herausgebogen werden, während die Speichen der andern Gruppe stets nur nach der entgegengesetzten Richtung aus dem un belasteten Zustande herausgebogen werden.
Streng genommen sollte man zwei Grup pen Speichen zur Aufnahme der Beanspru- chunten in der Radebene und zwei weitere Speichengruppen für die Beanspruchungen quer zur Radebene vorsehen. Da nun aber, wie schon hervorgehoben, die Beanspruchun- ten quer zur Radebene wenig zur Ermüdung der Speichen beitragen, so kann man sich mit zwei Gruppen begnügen. Man sorgt dann da für, dass die Speichen der einen Gruppe sich in der Radebene nur nach einer Richtung, quer zur Radebene ebenfalls nur nach einer Richtung biegen können, während die Spei chen der andern Gruppe sich bloss nach den entsprechenden entgegengesetzten Seiten bie gen können dürfen.
Bei dieser Anordnung kann die Resultante aus den beiden Biegungen in einem Bereich von 90 liegen, die weitaus grösste Zahl der Biegungen erfolgt aber ein seitig in der Radebene.
In der Zeichnung ist in den Fig. 1, 2 und 3 das Prinzip der Erfindung veranschau licht; die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im achsialen Schnitt, und zwar die Fig. 5 und 6 Schnitte nach den Schnittlinien D-E und F-G der Fig. 4; Fig. 7 zeigt im Schnitt durch die Rad ebene eine abgeänderte Ausführungsform der Befestigung der Speichen in der Nabe, wie sie für Speichen von rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist Fig. 8 ist ein radialer Schnitt durch die Nabe; Fig. 9 zeigt einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 7, und Fig. 10 ist ein Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 8.
Fig. 1 stellt in der Ansicht das federnde Rad im unbelasteten Zustande dar, bei dem die Mittelpunkte von Nabe a und Felge b zusammenfallen. Fig. 2 stellt die Abwicklung eines Stückes der Felge, von der Nabe aus gesehen, dar. Fig. 3 stellt in der Ansicht das federnde Rad bei belasteter Nabe dar. Ihr Mittelpunkt c liegt nun tiefer als der Mittelpunkt d der Felge. In den Fig. 1, 2, 3 sind 1, 2, 3 und 4 die Speichen der einen Gruppe und 1', 2', 3', 4' die Speichen der zweiten Gruppe. Alle Speichen sitzen in der Nabe a fest (vergleiche Fig. 1 bis 3). An der Innenseite der Felge b ragen die winkelförmi gen Anschläge 5 und 5' heraus.
Im unbe lasteten Zustande des Rades, wie in Fig. 1 dargestellt, findet gerade eine Berührung zwischen den äussern Enden der Speichen und den beiden Schenkeln der Anschläge 5 und 5' statt, und zwar die Speichen 1, 2, 3, 4 von der einen Seite her und die Speichen 1', 2', 3', 4' von der andern Seite her. Wird nun die Nabe belastet, so drücken eine Anzahl der Speichen der beiden Gruppen auf die An schläge 5 und 5' und tragen so die Nabe, wobei sie sich biegen, während die andern Speichen sich von den Anschlägen entfernen oder den Anschlägen entlanggleiten. Diese Speichen helfen nicht mit, den Druck der Nabe zu tragen und werden auch nicht ge bogen. Dreht sich das Rad, so werden nach einander alle Speichen gebogen, aber immer nur in der Richtung wie der Anschlag 5 bezw. 5' gegen das Speichenende drücken kann, also einseitig.
Ganz ähnlich verhalten sich die Speichen bei einem axialen Druck der Nabe gegenüber der Felge. Es würde beispiels weise in Fit. \? die Nabe in der Richtung des Pfeils _z1 einen Druck auf die Felge über tragen, indem sie sich gegen die Anschläge a stellen. Dabei biegen sich diese Speichen quer zur Radebene aus. Die Speichen 1', 2', 3', 4' der andern Gruppe entfernen sich dabei von den Anschlägen und bleiben vom Druck der Nabe unbeeinflusst.
In Fig. 4 bis 6 der Zeichnung sind die Speichen mit rundem Querschnitt angenom men; sie könnten aber auch einen andern Querschnitt haben, zum Beispiel einen recht eckigen, wie in Fig. 7 bis 10 gezeigt. Wie gross der Winkel a sei, den die beiden Spei chengruppen miteinander bilden, ist für die Wirkungsweise des Rades gleichgültig. Die Speichen könnten auch mit ihrem äussern Ende in der Felge unbeweglich befestigt sein und sich mit ihrem innern Ende einseitig ge gen Anschläge an der Nabe stützen.
Statt die Speichen am einen Ende in der Nabe oder der Felge fest zu fassen und das andere Ende durch Anschläge zu stützen, von denen sie sich beliebig weit entfernen können, während sie keinen Widerstand lei sten sollen, kann man auch die Speichen am einen Ende um ein Gelenk schwingbar ma chen und die Schwingbarken durch An schläge, gegen welche sich die Speiche legt, wenn sie Widerstand leisten soll, begrenzen, während das andere Ende der Speiche mit so viel Spiel gefasst ist, dass sieh die Speichen neigen können, ohne gebogen zu werden, zur Zeit, wo sie keinen Widerstand leisten sollen, wie das nachstehende Ausführungsbeispiel zeigt, welches in den Fig. 4, 5 und 6 dar gestellt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist a die Nabe, b die Felge, e die Achse des Rades, 1 eine Speiche der einen Speichengruppe und 1' eine Speiche der zweiten Speichengruppe. Die beiden Speichengruppen liegen hier neben einander in zwei parallelen Ebenen. Jede Speiche ist bei 6 bezw. 6' als Kugel ausge bildet, die in einer entsprechenden Kugel pfanne der an der Nabe a festen Hülse 7 bezw. 7' sitzt und damit ein Gelenk bildet. Jede Speiche endet nabenwärts mit einem Vierkant 8 bezw. 8', der in einer rechteckigen Öffnung 9 bezw. 9' eines Ringes 10 bezw. 10' liegt und sich gegen zwei der Kanten der Offnung lehnt. Die Öffnung 9 bezw. 9' ist so weit, dass, während sich die eine der Spei chen 1 oder 1' biegt, sich die andere Speiche frei neigen kann.
Das äussere Ende jeder Speiche kann sich mit Spiel im Hohlraum 11 bezw. 11' bewegen und ist darin durch die Kugel 12 bezw. 12' geführt, die einerseits in der radialen Rinne 13 bezw. 13' am Spei chenende, anderseits in der radialen Rinne 14 bezw. 14', die im Hohlraum 11 bezw. 11' befestigt ist, liegt, wobei die Kugel bei einer Längsverschiebung der Speiche in den bei den Rinnen rollt und der Speiche gleichzeitig als Stützpunkt dient, um den sie sich bei einer Neigung gegenüber der Felge dreht.
Die Rinnenpaare 13, 14 und 13', 14' der beiden Speichengruppen sind gegeneinander um 180 verdreht an geordnet; ausserdem bil den sie mit der Radebene einen Winkel von 45 .
Bei unbelasteter Nabe liegen die Vier kante 8 und 8' der beiden Speichengruppen in den Ringen 10 und 10' einander diametral gegenüber. Schutzkappen 15, 15', 16 und 16' verhindern den Zutritt von Unreinigkeiten zu den Speichenenden. Die Gelenke 6 und 6' könnten am Endteil der Speichen angeordnet sein, dort wo sieh in der Zeichnung der Vier kant befindet: die Abstützung der Speichen bei Übertragung von Drehmomenten würde dann am Umfang der Nabe, beziehungsweise an den äussern Enden der Büchsen 7 und 7' stattfinden.
Besitzen die Speichen rechteckigen Quer schnitt, so kann das oben erwähnte Kugel gelenk zur Verbindung der Speiche mit der Nabe durch die in den Fig. 7 bis 10 dar gestellte Verbindungsart ersetzt werden. Die Speiche 21 wird in einem radialen Schlitz 22 der Nabe eingesetzt, an deren innerem Ende (bei 23) sie leicht gefasst ist, während an deren äusserem Ende (bei 24) sie sich mit Spiel bewegen kann. Die Stelle 23 bildet mit der Speiche zusammen das Gelenk, in dem sieh die Speiche an dieser Stelle auf der Wan dung des Schlitzes wälzt, wenn sie sich im schlitz neige:.
Die 'irl@nu!gsweise des Rades i.st fol ge nde Dreht sieh die Nabe in der Radebene in der PZielitunl-- de.c Pfeils B (Fi!o-. 5), so neli- men die Hülsen 7 und 7' die Speichen 1 und 1' an den Gelenken 6 und 6' mit. Das äussere Ende der Speiche 1' legt sich gegen die Ku gel 12' und drückt sie gegen die Rinne 14'. Dabei findet das innere Ende der Speiche 1' an der Fläche 17' Widerstand und die Spei che biegt sieh, bis sie dem Druck der Nabe das Gleichgewicht hält.
Das äussere Ende der Speiche 1 dagegen legt sich gegen die Hülse 18, das innere Ende verlässt die Fläche 17 und gleitet, ohne Widerstand zu finden, der Fläche 19 entlang. Dabei biegt sich die Speiche 1 nicht, sondern neigt sich in der Radebene. Wäre die Biegung der Speiche 1' nicht begrenzt, so würde das innere Ende der Speiche 1 an der Fläche 20 schliesslich an stossen und sich auch die Speiche 1 biegen. Nun wird aber die Biegung der Speichen 1 und 1' durch diejenigen Speichen des Rades begrenzt, die zu den Speichen 1 und 1' in rechtem Winkel stehen. Diese Speichen sto ssen schliesslich im Grund der Felgenhohl räume, in denen ihre Enden spielen, an. Be wegt sich die Nabe entgegengesetzt der Rich tung des Pfeils B, so spielt die Speiche 1 die Rolle der Speiche 1', und umgekehrt.
Bewegt sich die Nabe in der Richtung des Pfeils C (Fig. 5) senkrecht zur Radebene, so zeigt eine ganz ähnliche Überlegung, dass die Speiche 1' nach auswärts drückt, wobei ihr äusseres Ende die Kugel 12' in der Rich tung des Pfeils C gegen die Rinne 14' drückt und das innere Ende sich gegen die Fläche 19' stemmt, während die Speiche 1 nicht gebogen wird, sondern sich nur gegen die Radebene neigt, wobei ihr inneres Ende der Fläche 17 entlang gleitet.
Treten radiale und axiale Drücke der Nabe zugleich auf, so findet eine Kombination der vorher beschriebenen Bewegungen der Spei chen statt: stets aber findet bloss eine Bie gung jeder Speiche statt, die aus den be schriebenen einseitigen Biegungen in der Radebene und senkrecht dazu resultiert.
Damit durch die Anordnung der Speichen selbst im Rad keine Stösse verursacht werden, ist es aus theoretischen Gründen nötig, dass jede Speichengruppe aus vier oder einem Viel- fachen von vier Speichen bestehe, die gleich mässig auf den Umfang des Rades verteilt Wie die beiden Speichengruppen zu sind. Wie die beiden Speichengruppen zu einander liegen, ist dabei gleichgültig, statt, wie gezeigt, in einer Ebene oder in zwei Ebe nen könnten sie auch in mehr als zwei paral lelen Ebenen liegen.
Resilient wheel. It is known that flexible spokes are used in resilient wheels, which are either the only resilient organs which are intended to compensate for the impacts on the wheel, or to which special tension or compression springs are arranged, the spokes being the first Line are intended to hold the hub in the plane of the rim and, in the case of drive wheels, to carry the torque from the hub to the rim.
In all such resilient wheels that are used as support wheels in vehicles, each spoke is bent once in one direction and once in the opposite direction with each revolution of a wheel due to the weight of the vehicle on the hub. In addition, there are the random bends as a result of the vertical bumps in the wheel plane, the bumps across the wheel plane and the axial pressure when driving in a curve. In the case of drive wheels, there is also the bending due to the transmission of the torque. Of all these stresses on the spokes, the one caused by the weight of the vehicle is by far the most dangerous for their durability because of their frequency and because the spokes are bent back and forth.
The spoke material becomes fatigued, which very quickly leads to breakage, even if the spokes only have to withstand a fairly moderate static bending load. If a spoke is bent out of its rest position to one side only, it can withstand a disproportionately greater number of bends than if it is bent back and forth, even if the static stress is much greater in one case than in the second. Due to their low frequency, the above-mentioned random loads have no significant influence on the service life of the spokes, provided that the permissible static load is not exceeded.
The present invention is based on this knowledge and is intended to extend the service life of the spokes of resilient wheels subject to bending stress by connecting the spokes to the hub and the rim in such a way that the spokes can only bend to one side when the wheel is rotated, whereby alternating stress on the spokes is avoided.
For this purpose, two groups of flexible spokes are arranged between the hub and the rim in such a way that the spokes of one group are only bent out of the unloaded state in one direction when the wheel changes shape, while the spokes of the other group are only bent in the other direction opposite direction are bent out of the un loaded state.
Strictly speaking, two groups of spokes should be provided to absorb the loads in the wheel plane and two further spoke groups for the loads across the wheel plane. Since, however, as already emphasized, the stresses across the wheel plane contribute little to the fatigue of the spokes, one can be satisfied with two groups. It is then ensured that the spokes of one group can only bend in one direction in the wheel plane and also only in one direction across the wheel plane, while the spokes of the other group can only bend towards the corresponding opposite sides .
With this arrangement, the resultant of the two bends can be in a range of 90, but by far the largest number of bends occurs on one side in the wheel plane.
In the drawing, the principle of the invention is illustrated in Figures 1, 2 and 3; FIGS. 4, 5 and 6 show an exemplary embodiment of the subject matter of the invention in axial section, namely FIGS. 5 and 6, sections along the lines D-E and F-G of FIG. 4; Fig. 7 shows in section through the wheel plane a modified embodiment of the attachment of the spokes in the hub, as provided for spokes of rectangular cross-section; Fig. 8 is a radial section through the hub; FIG. 9 shows a section along the line IX-IX in FIG. 7, and FIG. 10 is a section along the line X-X in FIG. 8.
Fig. 1 shows a view of the resilient wheel in the unloaded state, in which the center points of hub a and rim b coincide. Fig. 2 shows the development of a piece of the rim, seen from the hub. Fig. 3 shows the view of the resilient wheel with a loaded hub. Its center point c is now lower than the center point d of the rim. In Figures 1, 2, 3, 1, 2, 3 and 4 are the spokes of one group and 1 ', 2', 3 ', 4' are the spokes of the second group. All the spokes are firmly seated in the hub a (compare FIGS. 1 to 3). On the inside of the rim b the angular shaped stops 5 and 5 'protrude.
In the unloaded state of the wheel, as shown in Fig. 1, there is just contact between the outer ends of the spokes and the two legs of the stops 5 and 5 ', namely the spokes 1, 2, 3, 4 of the one Side and the spokes 1 ', 2', 3 ', 4' from the other side. If the hub is now loaded, a number of the spokes of the two groups press on the stops 5 and 5 'and thus carry the hub, where they bend while the other spokes move away from the stops or slide along the stops. These spokes do not help to bear the pressure of the hub and are not bent either. If the wheel rotates, all the spokes are bent one after the other, but always only in the direction as the stop 5 respectively. 5 'can press against the end of the spoke, so on one side.
The spokes behave in a very similar way when there is axial pressure on the hub against the rim. For example, it would be in Fit. \? the hub in the direction of the arrow _z1 wear a pressure on the rim by standing against the stops a. In doing so, these spokes bend across the plane of the wheel. The spokes 1 ', 2', 3 ', 4' of the other group move away from the stops and remain unaffected by the pressure of the hub.
In Fig. 4 to 6 of the drawing, the spokes with a round cross-section are assumed men; but they could also have a different cross-section, for example a rectangular one, as shown in FIGS. 7 to 10. How large the angle a is that the two Spei chengruppen form with each other is irrelevant for the operation of the wheel. The spokes could also be fixed immovably with their outer end in the rim and their inner end could be supported on one side against attacks on the hub.
Instead of gripping the spokes firmly at one end in the hub or the rim and supporting the other end with stops from which they can move as far as desired while they should not offer any resistance, the spokes can also be moved at one end Make a joint swingable and limit the swinging barges by means of stops against which the spoke rests when it is supposed to resist, while the other end of the spoke is gripped with enough play that you can tilt the spokes without bending are, at the time when they should not offer any resistance, as the following embodiment shows, which is shown in Figs. 4, 5 and 6 represents.
In this embodiment, a is the hub, b is the rim, e is the axle of the wheel, 1 is a spoke of one spoke group and 1 'is a spoke of the second spoke group. The two groups of spokes are here next to each other in two parallel planes. Each spoke is at 6 respectively. 6 'forms out as a ball, the socket in a corresponding ball socket on the hub a fixed sleeve 7 respectively. 7 'sits and thus forms a joint. Each spoke ends at the hub with a square 8 respectively. 8 ', respectively in a rectangular opening 9. 9 'of a ring 10 respectively. 10 'and leaning against two of the edges of the opening. The opening 9 respectively. 9 'is so wide that while one of the spokes 1 or 1' bends, the other spoke can tilt freely.
The outer end of each spoke can bezw with play in the cavity 11. 11 'move and is therein respectively by the ball 12. 12 'out, the one hand in the radial groove 13 BEZW. 13 'at the Spei chenende, on the other hand in the radial channel 14 respectively. 14 ', respectively in the cavity 11. 11 'is attached, the ball rolling in the grooves when the spoke is longitudinally displaced and the spoke simultaneously serves as a support point around which it rotates when inclined relative to the rim.
The pairs of channels 13, 14 and 13 ', 14' of the two spoke groups are rotated by 180 against each other and arranged; They also form an angle of 45 with the plane of the wheel.
When the hub is unloaded, the four edge 8 and 8 'of the two spoke groups in the rings 10 and 10' are diametrically opposite each other. Protective caps 15, 15 ', 16 and 16' prevent impurities from entering the spoke ends. The joints 6 and 6 'could be arranged at the end part of the spokes where the square is located in the drawing: the support of the spokes when torque is transmitted would then be on the circumference of the hub or on the outer ends of the bushings 7 and 7 ' occur.
If the spokes have a rectangular cross-section, the above-mentioned ball joint for connecting the spoke to the hub can be replaced by the type of connection provided in FIGS. 7 to 10. The spoke 21 is inserted into a radial slot 22 of the hub, at the inner end of which (at 23) it is easily gripped, while at its outer end (at 24) it can move with play. The point 23 together with the spoke forms the joint in which the spoke rolls at this point on the wall of the slot when it leans in the slot :.
The rotation of the wheel is as follows. If you see the hub in the wheel plane in the target line - the arrow B (Fig. 5), the sleeves 7 and 7 are lined up 'the spokes 1 and 1' at the joints 6 and 6 'with. The outer end of the spoke 1 'lies against the ball 12' and presses it against the groove 14 '. The inner end of the spoke 1 'finds resistance on the surface 17' and the spoke bends until it keeps the pressure of the hub in balance.
The outer end of the spoke 1, on the other hand, lies against the sleeve 18, the inner end leaves the surface 17 and slides along the surface 19 without encountering any resistance. The spoke 1 does not bend, but rather inclines in the wheel plane. If the bending of the spoke 1 'were not limited, the inner end of the spoke 1 would finally abut the surface 20 and the spoke 1 would also bend. But now the bend of the spokes 1 and 1 'is limited by those spokes of the wheel which are at right angles to the spokes 1 and 1'. These spokes finally abut in the bottom of the rim cavities in which their ends play. If the hub moves in the opposite direction to the direction of arrow B, spoke 1 plays the role of spoke 1 ', and vice versa.
If the hub moves in the direction of the arrow C (Fig. 5) perpendicular to the wheel plane, a very similar consideration shows that the spoke 1 'pushes outwards, with its outer end pushing the ball 12' in the direction of the arrow C. presses against the groove 14 'and the inner end presses against the surface 19', while the spoke 1 is not bent, but only inclines against the plane of the wheel, its inner end sliding along the surface 17.
If radial and axial pressures of the hub occur at the same time, a combination of the previously described movements of the spokes takes place: however, there is always only one bending of each spoke, which results from the described one-sided bends in the wheel plane and perpendicular to it.
So that the arrangement of the spokes themselves in the wheel does not cause any bumps, it is necessary for theoretical reasons that each spoke group consists of four or a multiple of four spokes, which are evenly distributed around the circumference of the wheel are. How the two groups of spokes lie to each other is immaterial; instead of, as shown, in one plane or in two planes, they could also be in more than two parallel planes.