DE1036072B - Pneumatische Ausgleichsfederung fuer Fahrzeuge - Google Patents
Pneumatische Ausgleichsfederung fuer FahrzeugeInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf pneumatische Ausgleichsfederungen für Fahrzeuge. Unter pneumatischen
Ausgleichsfederungen werden hierbei Federungs- und Rad- (bzw. Achsen-) Anordnungen verstanden,
bei denen die Lufträume zweier pneumatischer, je einem Rad zugeordneter Federn durch eine
Ausgleichsleitung verbunden sind, so daß beim Durchfedern des einen Rades das andere eine entgegengesetzt
gerichtete Bewegung in bezug auf den Fahrzeugrahmen vollführt. Ausgleichsfederungen sind erst
dann praktisch brauchbar, wenn bei Änderung der Lastverteilung auf die beiden durch den Ausgleich
verbundenen Räder bzw. Achsen der Fahrzeugrahmen wenigstens annähernd parallel zur Fahrbahn bleibt
und wenn die wie alle Ausgleichsfederungen an sich in bezug auf Drehungen des Fahrzeugs um eine
waagerechte Querachse unstabile Anlage stabilisiert ist. Der übliche Weg zur Verwirklichung dieser Forderungen
ist die Anwendung von zusätzlichen Federn zwischen Rad und Rahmen.
Die Erfindung zeigt Lösungen, die in der Regel ohne die Verwendung von zusätzlichen Federn auskommen,
wodurch die Gesamtlage erheblich einfacher und leichter wird, und besteht im wesentlichen darin,
daß die pneumatische Feder mindestens des einen der einander zugeordneten Räder bzw. Achsen in an sich
bekannter Weise derart ausgebildet ist, daß sich der wirksame Querschnitt der Feder mit der Einfederung
ändert.
Insbesondere vier grundsätzliche Ausführungsarten werden im einzelnen vorgeschlagen, durch deren jeweilige
Anwendung die Härte der Federung bei Einfedern des Rahmens parallel zur Fahrbahn auf einfache
Weise variiert werden kann. In der Reihenfolge von größerer zu kleinerer Härte der Federung geordnet
handelt es sich um die folgenden Anordnungen:
a) Der wirksame Querschnitt beider einander zugeordneter pneumatischer Federn vergrößert sich
bei Einfederung.
b) Der wirksame Querschnitt der einen pneumatischen Feder vergrößert sich bei Einfederung; der Querschnitt
der anderen Feder bleibt bei Einfederung konstant.
c) Der wirksame Querschnitt der einen pneumatischen Feder vergrößert sich bei Einfederung; der
Querschnitt der anderen Feder verkleinert sich bei Einfederung; bei gleichen Einfederungshüben ist
dabei die Vergrößerung größer als die Verkleinerung.
d) Der wirksame Querschnitt der einen pneumatischen Feder bleibt bei Einfederung konstant; der wirksame
Querschnitt der anderen Feder verkleinert sich bei Einfederung.
Pneumatische Ausgleichsfederung
für Fahrzeuge
für Fahrzeuge
Anmelder:
Daimler-Benz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136
Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136
Dipl.-Ing. Franz Behles, Stuttgart-Untertürkheim,
ist als Erfinder, genannt worden
ist als Erfinder, genannt worden
Hierbei wird im einzelnen weiterhin für Fahrzeuge, bei denen sich bei Belastung der Gesamtschwerpunkt
in Fahrzeuglängsrichtung verschiebt, vorgeschlagen, daß dem Rad, nach dem hin sich der Gesamtschwerpunkt
verschiebt, diejenige pneumatische Feder zugeordnet ist, bei der sich das Verhältnis zwischen
ihrem wirksamen Querschnitt und dem wirksamen Querschnitt der anderen Feder bei gleichen Einfederungshüben
beider Federn vergrößert.
Dadurch kann erreicht werden, daß der Fahrzeugrahmen trotz der Belastung vollkommen oder wenigstens
annähernd parallel zur Fahrbahn bleibt.
An sich kommt das erfindungsgemäße System, sofern es einmal mit dem pneumatischen Druckmittel gefüllt
ist, ohne weitere Zufuhr von Druckmittel aus. Zur Kompensation von Leckverlusten und zur
Korrektur der Einfederungen bei außergewöhnlich starken bzw. einseitigen Belastungen empfiehlt es sich
jedoch, daß mindestens eines der Räder beim Erreichen bestimmter extremer Hubstellungen einen
pneumatischen Schalter für das Füllen bzw. Entleeren des pneumatischen Ausgleichsfederungssystems betätigt.
Bei Anlagen, bei denen sich der wirksame Querschnitt der pneumatischen Feder des einen Rades bei
Einfederung ändert und der wirksame Querschnitt der Feder des anderen Rades bei Einfederung konstant
bleibt, ist es vorteilhaft, wenn der Schalter für das Füllen bzw. Entleeren des pneumatischen Ausgleichsfederungssystems
in Abhängigkeit von extremen Hubstellungen desjenigen Rades betätigt wird, dem die
Feder mit konstantem wirksamem Querschnitt zugeordnet ist. Bei Leerung des pneumatischen Systems
infolge Leckverlusten senkt sich nämlich bei derartigen Anlagen der Rahmen nur im Gebiet desjenigen
Rades, bei dem sich der wirksame Querschnitt der Feder beim Durchfedern nicht ändert. " ... ;
809 580/334
Bei den üblichen Kraftfahrzeugen, bei denen sich der Schwerpunkt bei Belastung nach hinten verschiebt,
empfiehlt sich also eine Gesamtanlage, bei der sich der wirksame Querschnitt der pneumatischen Feder des
hinteren Rades bei Einfederung vergrößert, der wirksame Querschnitt der pneumatischen Feder des vorderen
Rades mindestens annähernd konstant bleibt und der Schalter für das Füllen bzw. Entleeren des
pneumatischen Ausgleichsfederungssystems in Abhängigkeit von den extremen Hubstellungen des vorderen
Rades betätigt wird.
Luftfederungseinrichtungen mit veränderlichem wirksamem Querschnitt sind in einer Reihe von Ausführungen
bekannt, z. B. sogenannte Rollbeläge mit entgegengesetzt konischen Anlageflächen. Eine sehr
einfache erfindungsgemäße Anlage ergibt sich, wenn als Luftfederungseinrichtung mit hubveränderlichem
wirksamem Querschnitt ein üblicher Balg aus biegsamem Material verwendet wird, dessen Außendurchmesser
an den Einspannstellen und gegebenenfalls an einzelnen Stellen dazwischen durch feste Ringe, vorzugsweise
Metallringe, bestimmt ist. Als Luftfedern von gleichbleibendem Querschnitt können vorteilhaft
Luftkammern mit Rollbälgen mit zylindrischen Anlageflächen Verwendung finden.
Weitere Vorzüge und Einzelheiten der Erfindung sind den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
und den Ansprüchen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch die Gesamtanlage einer erfindungsgemäßen pneumatischen Ausgleichsfederung für
einen Personenkraftwagen, bei der sich der wirksame Querschnitt der hinteren Feder bei Einfederung vergrößert
und der der vorderen konstant bleibt;
Fig. 2 prinzipiell eine Anlage, bei der sich der Querschnitt hinten mehr vergrößert, als er sich vorn verkleinert,
Fig. 3 prinzipiell eine Anlage, bei welcher der Querschnitt hinten konstant bleibt und vorn sich verkleinert,
Fig. 4 prinzipiell eine Anlage, bei der sich die Querschnitte vorn und hinten vergrößern,
Fig. 5 eine Luftfeder mit konstantem Querschnitt in Rollbalgausführung,
Fig. 6 eine Luftfeder mit hubveränderlichem Querschnitt in Rollbalgausführung und
Fig. 7 eine Luftfeder mit hubveränderlichem Querschnitt in der üblichen Balgausführung.
Dem Vorderrad 1 des Kraftfahrzeuges ist ein Federzylinder 2 und dem Hinterrad 3 ein Federzylinder 4
zugeordnet. Die Hubbewegungen der Räder werden jeweils durch Stangen 5 bzw. 6 auf Kolben 7 bzw. 8
übertragen. Die Lufträume oberhalb der Kolben sind durch eine mit einer Drosselstelle 9 versehene Ausgleichsleitung
10 miteinander verbunden. Die Bewegung des Rades 1 wird über einen bei 11 am Fahrzeug
gelagerten Winkelhebel 12 und eine Stange 13 auf einen pneumatischen Schalter 14 übertragen, welcher
die Zufuhr der in einem Druckluftbehälter 15 gespeicherten Luft zu der Ausgleichsleitung 10 regelt.
Die Luftfedern 2, 7 bzw. 4, 8 sind in den Fig. 1 bis 4 nur schematisch angegeben: So soll z. B. der gerade
Zylinder 2 in Fig. 1 andeuten, daß der wirksame Querschnitt für die auf den Kolben 7 drückende Luft vom
Kolbenhub und somit vom Radhub unabhängig ist. Durch den Zylinder 4 mit kegelförmiger Wand und
den Kolben 8, der so zu denken ist, als ob er sich dem
jeweiligen Zylinderdurchmesser anpassen könnte, soll angedeutet werden, daß sich bei einer Bewegung des
Rades 3 nach oben der wirksame Querschnitt für die auf den Kolben 8 drückende Luft vergrößert. Entsprechendes
gilt für die Fig. 2 bis 4, die nur rein prin zipiell andere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen
Anlagen zeigen. (Zusätzliche Vorrichtungen, wie z. B. diejenigen mit den Bezugszeichen 9 und 11
bis 15 in Fig. 1, sind nicht mitgezeichnet worden.) Ordnet man die Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4
bezüglich der Härte der Federung bei Durchfedern des Rahmens parallel zur Fahrbahn, so ergibt sich von
hart nach weich die Reihenfolge: Fig. 4, Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen schematisch an sich bekannte Ausführungsmöglichkeiten von Luftfedern. In Fig. 5
ist der Kolben 507 über eine Stange 505 mit der Achse z. B. des Vorderrades 1 von Fig. 1 verbunden zu
denken. Zwischen Kolben und Zylinder befindet sich ein Rollbalg 516. Der wirksame Durchmesser für das
auf den Kolben 507 drückende Luftpolster der Aus · gleichsfederung ist mit D bezeichnet. Wie aus der
Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, ändert sich dieser Durchmesser D nicht mit der Stellung des
Kolbens 507.
Die Luftfeder nach Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 5 vor allem dadurch, daß die Anlageflächen
für den Balg 616 entgegengesetzt konisch sind. Dadurch ist der wirksame Durchmesser D je
nach Hubstellung des Kolbens 607 verschieden. Eine solche Luftfeder könnte z. B. an den Vorderrädern der
Fig. 2 oder 3 Verwendung finden.
In der Fig. 7 ist die mit der Achse z. B. des Hinterrades 3 von Fig. 1 verbunden zu denkende Stange 706
über einen üblichen Luftbalg 716 mit dem fahrzeugfesten Teil 704 verbunden. In der gezeichneten Lage
sei D der wirksame Durchmesser der Luftfederung. Beim Zusammengehen des Balges 716, also beim Hochfedern
des Hinterrades 3, wird der Balg beispielsweise an den Stellen 717 schärfer um die Einspannringe 718
herumgebogen. Dies hat zur Folge, daß die bogenäußeren Fasern des Balges stark gestreckt werden und
wegen der geringen Nachgiebigkeit des in die Wan dung eingebetteten Versteifungsgewebes gewissermaßen
als starre Körper wirken, womit sich der wirksame Durchmesser D vergrößert.
Selbtsverständlich kann an Stelle der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Luftfedereinrichtungen auch eine
andere der bekannten Luftfedern mit hubveränderlichem wirksamem Querschnitt verwendet werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende: Gezeichnet ist in Fig. 1 die Gleichgewichtslage
bei unbelastetem Fahrzeug. Daß diesem System eine Stabilisierungskraft gegenüber Drehungen
des Fahrzeugs um eine waagerechte Querachse innewohnt, die es stets wieder in die gezeichnete Mittellage
zurückbringt, ergibt sich leicht aus der Überlegung, was geschehen würde, wenn man von außen
her das Fahrzeug durch Druck auf das Heck schräg gestellt hätte. In diesem Falle (nachdem die Verstellkraft
wieder in Fortfall gekommen ist) würde der in dem Ausgleichssystem herrschende Luftdruck vorn
dieselbe Kraft auf den Kolben 7 ausüben wie zuvor, hinten aber eine größere Kraft, da der Kolben 8 relativ
zum Fahrzeugrahmen nach oben gegangen ist und seine wirksame Fläche sich vergrößert hat. Da dieser
größeren Kraft aber keine größere Radbelastung und somit Gegenkraft entspricht, würde sich der Kolben 8
so lange relativ zum Fahrzeugrahmen nach unten bewegen, bis sein wirksamer Querschnitt so klein geworden
ist, daß Querschnitt mal Druck gerade der Radbelastungskraft entspricht. Somit wäre die normale,
gezeichnete Mittellage wieder erreicht.
Bei Belastung des Fahrzeugs möge sich, wie dies bei Personenkraftwagen üblich ist, der Gesamtschwerpunkt
des Fahrzeugs nach hinten hin verschieben. Das Radbelastungsverhältnis zwischen dem Hinterrad und
dem Vorderrad wird größer, d. h., es entfällt anteilig mehr Gewicht auf das Hinterrad. Damit ein Gleichgewicht
zustande kommt, muß sich die wirksame Fläche der Feder des Hinterrades vergrößern, d. h.;
der Rahmen muß sich über dem Hinterrad so weit senken, daß das Flächenverhältnis der Kolben 8 und 7
dem neuen Radbelastungsverhältnis zwischen den Rädern 3 und 1 entspricht. Durch geeignete Abstimmung
der Querschnitte usw. kann man erreichen, daß auch in diesem Belastungszustand der Fahrzeugrahmen
parallel zur Fahrbahn steht. Dies ist dann der Fall, wenn die Luft im Ausgleichssystem infolge der
Zunahme der Vorderradbelastung und damit der Zunahme des Luftdrucks weiter zusammengedrückt
wurde, als der Verdrängung in der Hinterfeder entspricht, und zwar um so viel, daß sich der Fahrzeugrahmen
über dem Vorderrad ebenso weit senkt wie über dem Hinterrad.
Sollte die Druckluft mit der Zeit aus dem Ausgleichssystem durch Leckstellen entweichen, so würde
sich der Vorderteil des Fahrzeuges entsprechend dem entwichenen Luftvolumen absenken. Beim Erreichen
einer bestimmten Grenzstellung hat sich hierbei die Stange 13, die von dem Winkelhebel 12 bewegt wird,
so weit verschoben, daß sie den pneumatischen Schalter 14 betätigt, der Druckluft aus dem Behälter
15 zum Auffüllen in die Ausgleichsleitung 10 einläßt. Der Behälter 15 kann von einem im Wagen befindlichen
Luftpresser oder von außen her gefüllt oder auch nach Erschöpfung seines Luftvorrates gegen
einen gefüllten ausgetauscht werden.
Die Ausgleichsleitung 10 besitzt eine Drosselstelle 9,
die unliebsame Schwingungen der Ausgleichsluft von vorn nach hinten und umgekehrt und somit Nickschwingungen
des Fahrzeugs dämpfen soll.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können erfindungsgemäße
Anlagen z. B. noch mit anderen Federungseinrichtungen zusammenarbeiten.
Claims (12)
1. Pneumatische Ausgleichsfederung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet,
daß die pneumatische Feder (4) mindestens des einen der einander zugeordneten Räder
(1, 3) bzw. Achsen in an sich bekannter Weise derart ausgebildet ist, daß sich der wirksame
Querschnitt (8) der Feder mit der Einfederung ändert.
2. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wirksame
Querschnitt beider einander zugeordneter pneumatischer Federn bei Einfederung vergrößert
(Fig. 4).
3. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wirksame Querschnitt
der einen pneumatischen Feder bei Einfederung vergrößert und der Querschnitt der anderen Feder
bei Einfederung konstant bleibt (Fig. 1).
4. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wirksame
Querschnitt der einen pneumatischen Feder bei Einfederung vergrößert und der Querschnitt der
anderen Feder sich bei Einfederung verkleinert, wobei bei gleichen Einfederungshüben die Vergrößerung
größer als die Verkleinerung ist (Fig. 2).
5. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der
einen pneumatischen Feder bei Einfederung konstant bleibt und der Querschnitt der anderen Feder
sich bei Einfederung verkleinert (Fig. 3).
6. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1 bis 5 für Fahrzeuge, bei denen sich bei Belastung der Gesamtschwerpunkt
in Fahrzeuglängsrichtung verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rad (3), nach dem hin sich der Gesamtschwerpunkt verschiebt,
diejenige pneumatische Feder (8) zugeordnet ist, bei der sich das Verhältnis zwischen ihrem
wirksamen Querschnitt und dem wirksamen Querschnitt der anderen Feder (7) bei gleichen Einfederungshüben
beider Federn vergrößert (Fig. 1, 2,3,4).
7. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines (1)
der Räder beim Erreichen bestimmter extremer Hubstellungen einen pneumatischen Schalter (14)
für das Füllen bzw. Entleeren des pneumatischen Ausgleichsfederungssystems (10) betätigt.
8. Ausgleichsfederung nach Anspruch 7 für Anlagen, bei denen sich der wirksame Querschnitt
der pneumatischen Feder des einen Rades bei Einfederung ändert und der wirksame Querschnitt der
Feder des anderen Rades bei Einfederung konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter
(14) für das Füllen bzw. Entleeren des pneumatischen Ausgleichsfederungssystems (10) in Abhängigkeit
von extremen Hubstellungen desjenigen Rades (1) betätigt wird, dem die Feder mit konstantem
wirksamem Querschnitt (7) zugeordnet ist.
9. Ausgleichsfederung nach Anspruch 7 und 8 für Anlagen, bei denen sich der wirksame Querschnitt
der pneumatischen Feder des hinteren Rades bei Einfederung vergrößert und der wirksame
Querschnitt der pneumatischen Feder des vorderen Rades mindestens annähernd konstant
bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (14) für das Füllen bzw. Entleeren des pneumatischen
Ausgleichsfederungssystems (10) in Abhängigkeit von extremen Hubstellungen des vorderen
Rades (1) betätigt wird.
10. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftfeder mit
hubveränderlichem wirksamem Querschnitt ein üblicher Balg (716) aus biegsamem Material verwendet
wird, dessen Außendurchmesser an den Einspannstellen (717) und gegebenenfalls an einzelnen
Stellen dazwischen durch feste Ringe (718), vorzugsweise Metallringe, bestimmt ist.
11. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß als Luftfeder mit hubveränderlichem wirksamem Querschnitt eine
Luftkammer mit Rollbalg (616) verwendet wird.
12. Ausgleichsfederung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftfeder von
gleichbleibendem wirksamem Querschnitt eine Luftkammer mit Rollbalg (516) verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 447 445, 591 669,
513.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© »09 580/334 7.
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