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Fahrzeugfederung Zum Zwecke der Abfederung von Fahrzeugen gegenüber
der Fahrbahn werden Federkonstruktionen verschiedenster Bauart verwendet. Üblich
sind Metallfedern, meist als Blatt-,Wickel- oder Torsionsfedern gestaltet, die sowohl
als einfache, in ihrer Pfeilhöhe von der jeweils abzufedernden Last bestimmte Federelemente
als auch als Federkonstruktionen in Verbindung mit Hebelübersetzungen angewendet
werden, bei denen der wirksame Lasthebelarm-sich mit ändernder Last ebenfalls verändert.
Auch sind Metall- und Gummifedersysteme bekannt, bei denen sich bei Überschreiten
einer gewissen abzufedernden Last Zusatzfedern automatisch zuschalten, um eine zu
große statische Durchfederung der Fahrzeugfeder zu verhindern. All diesen Federsystemen
ist eine bestimmte, im Federdiagramm als Einzellinie darstellbare Federcharakteristik
zu eigen, die je nach der- gewählten Konstruktion bei weichen Federn flach, bei
härteren Federn steiler, meist progressiv, bei kombinierten Hebelfedersystemen bzw.
Federsystemen, die aus mehreren Federn bestehen, stark progressiv oder durch Knickpunkte
gekennzeichnet verläuft.
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Mit der Einführung der Gasfeder entstanden erstmalig Federsysteme,
deren Charakteristik nicht durch eine einzelne Kennlinie, sondern durch ein Kennlinienfeld
gekennzeichnet ist. Dies gilt für solche Gasfedersysteme; bei denen die Anpassung
an die veränderliche abzufedernde Nutzlast durch Zupumpen bzw. Ablassen von Gas,
also durch Änderung des Gasfüllgewichtes der Feder oder durch Änderung der Arbeitstemperatur
des federnden Mediums (thermische Federn) erfolgt. Solche Federsysteme erlauben
eine sehr weiche Abfederung, ohne eine konstruktiv unzulässig große Durchfederung
unter statischer Last in Kauf nehmen zu müssen. Sie machen jedoch zusätzliche Einrichtungen,
wie Kompressoren zur Erzeugung von Druckgas, Heizvorrichtungen oder auch kraftbetriebene
mechanische, die Vorspannung der Federn verändernde Hilfsmittel, notwendig.
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Erfindungsgemäß wird ein normales, etwa als Stahl- oder Gummifeder
gestaltetes Federelement, dessen Kennlinienverlauf infolge selbsttätiger Änderung
des wirksamen Hebelverhältnisses Belastungsänderungen angepaßt werden kann, dadurch
zu einem Federsystem gemacht, welches für verschiedene Belastungszustände verschiedene
Kennlinien eines Kennlinienfeldes aufweist, daß die Einstellung des jeweils wirksamen
Hebelverhältnisses selbsttätig durch die den verschiedenen Belastungen entsprechend
verschiedene Durchfederung einer in die überträgung der senkrechten Kräfte eingeschalteten
Meßfeder oder -waage erfolgt, die zwar den stetig wirkenden statischen Kräften ihrer
Kennlinien entsprechend nachgibt, bei kurzzeitig wirkenden dynamischen Kräften,
wie sie von der Fahrbahn herkommen, jedoch nicht mitschwingt. Dabei kann das Mitschwingen
dieses als Meßfeder oder Meßwaäge die Einstellung der Hebelübersetzung steuernden
Gliedes beispielsweise durch die Verwendung normaler Schwingungsdämpfer bekannter
Bauart mit besonders starker Dämpfungskraft verhindert werden. Die Anpassung des
für die Hauptfeder jeweils einzustellenden, der abzufedernden veränderlichen Last
angepaßten Übersetzungsverhältnisses erfolgt durch ein Zwischenglied, z. B. einen
Winkelhebel mit Rollen, auf welches die als Lästmeßvorrichtung wirkende Meßfeder
bzw. -waage steuernd einwirkt.
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Der besondere Vorteil eines solchen Systems ist, daß es aus in bekannter
einfacher Weise mechanisch wirkenden Federn und Mitteln zur übersetzungsänderung
zusammengesetzt werden kann und so den lastabhängig regelbaren Gasfedern ähnliche
Federeigenschaften vermittelt, wie sie mit den bisher bekannten Metall- bzw. Gummifederkonstruktionen
nicht erreichbar waren.
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Wie ein solches System aufgebaut werden kann und wirkt; sei an Hand
eines Ausführungsbeispieles und in Verbindung mit den Abb. 1 bis 4 erläutert.
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Zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Laufwerk Z eines beliebigen Fahrzeuges
ist ein Stützbock 3 mit einer Übertragungswelle 4 unter einem oder
mehreren im Krafthaupt- oder Nebenschluß liegenden Kolben und Führungsgliedern mit
Meßfedern 8 so angeordnet, däß die Stützarme 5, die
über fest mit
der übertragungswehe 4 verbundene Stützhebel 6 gegen die eigentliche Fahrzeugfeder
7 und damit gegen den Stützbock 9 am Wagenkasten 1 abgestützt sind, den Rahmen des
Laufwerkes 2 über die Fahrzeugfeder 7 gegen den Wagenkasten 1 federnd abstützen.
Die Fahrzeugfeder 7 ist dabei über eine Rolle 10 gegen die Tragfläche des Stützhebels
6 abgestützt, und die jeweilige Lage der Rolle 10 auf dem Stützhebel 6 wird
durch eine Kniehebelkonstruktion 11 bestimmt, deren Gelenkpunkt durch die Stange
12 abhängig von der Durchfederung der Meßfeder 8 fixiert wird, so daß also bei hoher
Last und stark zusammengedrückter Meßfeder 8 der Gelenkpunkt des Kniehebels nach
oben verschoben und damit die Entfernung der Rolle 10 von der Welle 4 vergrößert,
also der Hebelarm des Stützhebels 6 gegenüber der Welle 4 vergrößert wird, wodurch
die Fahrzeugfeder 7 in die Lage versetzt wird, trotz der erhöhten Kraft der von
dem Stützarm 5 herkommenden Fahrzeuglast das Gleichgewicht zu halten (Abb. 3). Umgekehrt
wird bei geringer Last die Meßfeder 8 entspannt, die Kniehebel 11 bewegen die Rolle
10 nach unten und verkleinern damit den Abstand der Rolle 10 zur Welle 4. Dadurch
wird erreicht, daß trotz geringer Belastung die Fahrzeugfeder 7 durch das kleiner
gewordene Hebelübersetzungsverhältnis am Stützhebel 6 der Kraft, die von der Last
über den Stützarm 5 auf die Welle 4 und den Stützhebel 6 wirkt, die Waage hält.
Mit anderen Worten, die Veränderung des Lastangriffspunktes am Stützhebel 6 und
die damit verbundene Veränderung der Hebellängen wird als Regulator für die in ihrer
Kraftwirkung lastabhängig zu steuernde Fahrzeugfeder 7 verwendet. Der stets gleichbleibende
mögliche Federweg 27 (Abb. 3) der Federung wird also durch den entsprechend der
Hebelübersetzung am Stützhebel 6 lastabhängig verschiedenen Federweg 26 der sehr
weichen Fahrzeugfeder 7 mit sehr geringem c-Wert erreicht, wobei die Feder 7 am
Stützbock 9 auch noch auf einer gekrümmten Fläche abgestützt werden kann, daß der
Aufstützpunkt 21 z. B. in der oberen Lage nach 22 wandert, wodurch die Längsachse
der Feder 7 fast parallel verschoben und nicht verschwenkt wird.
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Diese Konstruktion ermöglicht es, der Feder 7 einen Weichheitsgrad
zu geben, wie er in Abb.4 schematisch dargestellt ist. Eine normale Feder, deren
Tragfähigkeit in den Grenzen von etwa 2 bis 4 Gewichtseinheiten (P) in dem angegebenen
Arbeitsbereich (s) belastbar sein soll, müßte den gestrichelten Verlauf 14 der in
dem Diagramm eingezeichneten Federkennlinie haben, also im Arbeitsbereich von Stellung
leer bis Stellung beladen stark ansteigen und möglichst noch progressiv sein. Mit
anderen Worten, der c-Wert der Feder müßte verhältnismäßig hoch sein, die Feder
wäre entsprechend dem Diagramm relativ hart. Als Folge der automatischen Reguliereinrichtung
der Federkraft der Fahrzeugfeder 7, bezogen auf die Abstützung 13, ist es jedoch
nicht notwendig, die Fahrzeugfeder 7 auf die vorkommende Nutzlastdifferenz abzustimmen.
Es genügt vielmehr, wenn ihr die Kraft gegeben wird, die notwendig ist, um je nach
der sich automatisch einstellenden, der Nutzlast angepaßten Hebelübersetzung am
Stützhebe16 den Gleichgewichtszustand herzustellen und im übrigen nur die von der
Fahrbahn kommenden Stöße federnd zu verarbeiten. Sie wird also eine der Kennlinie
15 entsprechend sehr flache Charakteristik haben, trotz großer Wege sehr geringe
Kraftänderungen erfahren und praktisch in ihrer Lage für den Zustand der maximalen
Last entsprechend Kennlinie 16 ähnlich laufen wie ohne Last entsprechend Kennlinie
15. Die Nutzlastdifferenz d P wird hier durch die Hebelübersetzung ausgeglichen,
und die Kraftänderung über den ganzen Arbeitsbereich im Leerzustand P 1' wird ähnlich
der Laständerung im beladenen Zustand P 3' sein, wobei P 3' etwas größer als
P l' ist, da bei der Stellung der Rolle 10 im Zustand größter Last der wirksame
Stützhebel 6 am längsten ist und damit der Weg der Rolle 10 bei gleichem Federweg
an der Abstützung 13 ebenfalls am größten sein wird, womit durch den etwas vergrößerten
Federweg der Fahrzeugfeder 7 eine etwas größere Kraftdifferenz entsteht. Für alle
Zwischenlastbereiche verlaufen die Kennlinien der Feder 7 entsprechend dem strichpunktiert
gezeichneten Verlauf zwischen der Kennlinie 16 für maximale und der Kennlinie 15
für minimale Belastung.
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Die Meßfeder 8 soll an der Federarbeit möglichst keinen Anteil haben.
Sofern sie durch ihre hohe Steifigkeit nicht sowieso schon jedes Mitschwingen im
Federsystem ausschließt, kann sie noch durch ein Gehäuse mit Kolben und Faltenbalg
17 umschlossen werden. Dieses Gehäuse wird mit einer Flüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt
und verhindert über die kalibrierte Bohrung 18 und das Ausdehnungsgefäß 19 durch
die hohe dämpfende Wirkung, daß die Meßfeder 8 schwingt. Sie wird sich nur noch
dem mittleren Lastwert entsprechend langsam einstellen und damit über die Stange
12 die richtige Einstellung der Kniehebel 11 bewirken.
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In den Abb. 1 und 2 ist das System einer solchen Meßfeder mit einer
Fahrzeugfeder, die auf beide Fahrzeugseiten wirkt, als Beispiel gezeigt. Es kann
aber auch an jeder Fahrzeugseite ein besonderes derartiges Federsystem angeordnet
werden. Bei der beschriebenen und dargestellten Anordnung besteht noch die Möglichkeit,
daß die Übertragungswelle 4 durch Verwendung von Torsionsstäben als zweite Feder
mitverwendet wird, wodurch ein federnder Lastausgleich etwaiger Lastunterschiede
auf der rechten und linken Seite des Fahrzeuges ermöglicht wird. Auch eine Trennung
der Welle 4 in zwei Teile, von der jede getrennt auf den Stützhebel 6 wirkt, ist
möglich.
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Die Änderung der Übersetzung der Kniehebel, die auch durch eine beliebige
andere Bauart ersetzt werden können, kann nicht nur, wie dargestellt, mechanisch
mit Hilfe der Stange 12, sondern auch in beliebiger und bekannter Weise über hydraulische,
pneumatische und elektrische Hilfsmittel, sei es direkt, sei es über Servo-Anlagen
bewährter Bauformen, gesteuert werden. Damit in den Gelenken und Rollen, z. B. der
Auflagerrolle 20, keine metallische Reibung entsteht, die bei schlechter
Schmierung einer Drehbewegung hindernd entgegenstehen würde, sind solche Gelenke
und Rollen in Anlehnung an bekannte Ausführungen mit Schwingmetallkörpern auszustatten.