DE1036072B

DE1036072B - Pneumatische Ausgleichsfederung fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1036072B
Application number: DED21268A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Behles
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1955-09-12
Filing date: 1955-09-12
Publication date: 1958-08-07
Also published as: FR1157558A; GB807138A; US2973968A

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

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Dipl.-Ing. Franz Behles, Stuttgart-Untertürkheim,
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

Patentansprüche: 45

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