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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehstabfederung für geländegängige
Kraftfahrzeuge mit unabhängig voneinander lotrecht schwingend am Fahrzeugrahmen
oder an Fahrzeugrahmenteilen aufgehängten Rädern, wobei ein Lenker auf einem Hüllrohr
drehfest gelagert ist, das einen federnden Drehstab umgibt und auf der einen Seite
des Lenkers drehfest mit dem Drehstab verbunden ist, dessen freies Ende auf der
anderen Seite des Lenkers in einem einstellbaren Lager verdrehfest gehalten ist.
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Es ist eine Abfederung für Kraftfahrzeuge bekannt, die aus Gummidrehfedern
besteht und bei der zwischen einem Metallrohr, welches undrehbar am Fahrzeugrahmen
befestigt ist, und zwei weiteren, das Metallrohr koaxial umgebenden Metallhülsen
hülsenförmige Gummiteile in bekannter Weise einvulkanisiert sind. Hierbei tritt
eine Federwirkung dann ein, wenn die Metallhülsen gegenüber dem mittleren Metallrohr
verdreht werden. An einer der Metallhülsen ist ein Mitnehmer, an der anderen sind
deren zwei angebracht, die zwischen sich ein gewisses Bewegungsspiel aufweisen.
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Es ist auch eine Abfederung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen
bekanntgeworden, bei der jede Blattfeder mit einer Drehstabfeder kombiniert ist,
die mittels einer vom Führersitz des Fahrzeuges aus veränderlich einzustellenden,
am freien hinteren Stabende angreifenden hydraulischen Vorrichtung zum Mittragen
gebracht wird.
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Ferner ist noch eine Abfederung für starre Achsen oder schwingende
Halbachsen an Fahrzeugen mittels zweier Drehstäbe bekannt, bei der vorteilhaft Gummipolster
zwischen den Anschlägen und dem sie betätigenden Bauteil vorgesehen sind, um die
Federung nicht zu hart zu gestalten.
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Bei einer weiteren bekannten Drehstabfederung der eingangs genannten
Art ist das Hüllrohr als zweite Feder ausgebildet und mit seinem freien Ende gegenüber
dem freien Ende der ersten, inneren Feder frei verdrehbar. Das freie Ende der inneren
Drehstabfeder ist in einem zur Änderung der Federvorspannung verstellbaren Lager
am Fahrzeugrahmen gehalten.
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Die bekannte Anordnung ist für Straßenfahrzeuge bestimmt; der Federweg
entspricht dem Radweg, und der Federweg ist durch Anschläge begrenzt, die den Radweg
begrenzen und üblicherweise am Rahmen angeordnet sind, derart, daß bei der maximalen
Radbewegung der Lenker an einem von ihnen zur Anlage kommt.
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Die Erfindung will die bekannte Anordnung so weiter ausgestalten,
daß das Fahrzeug im Gelände einzusetzen ist, daß die Radbewegungen erheblich größer
als die Federbewegungen sein können, und daß die Drehstabfeder auch in extrem schlechtem
Gelände zuverlässig vor 1Tberbeanspruchungen geschützt ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß das
Hüllrohr mit seinem freien Ende über den Bereich der Lenkerlagerung hinaus verlängert
ist und eine mit Radialspiel versehene Kupplung zwischen den freien Enden des Drehstabes
und des Hüllrohres begrenzte Radialbewegungen zwischen den freien Enden des Hüllrohres
und des Drehstabes zuläßt, am Ende eines vorbestimmten Bewegungsbereiches jedoch
die freien Enden des Drehstabes und des Hüllrohres drehfest miteinander kuppelt,
und daß sich das freie Ende des Drehstabes über eine vorzugsweise hydraulische Ausgleichsvorrichtung
am entsprechenden Ende des Drehstabes des anderen Rades der gleichen Achse abstützt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile der Erfindung sind im folgenden
an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. In
der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Fahrzeug gemäß der Erfindung,
und zwar in der rechten Hälfte einen Querschnitt nach der Linie IHR-IHR, in der
linken Hälfte nach der Linie IIIL-"IL der F i g. 2, F i g. 2 eine Radfederung gemäß
der Erfindung im Schnitt und F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g.
2 in größerer Darstellung.
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Der Fahrzeughauptrahmen besteht im wesentlichen aus vier parallelen
Längsträgern 1 bis 4 die durch Querträger und Wände 6 zu einem weitgehend biegungs-
und verwindungssteifen Gebilde vereinigt sind. Die unteren Längsträger 3, 4 haben
einen geringeren Abstand voneinander als die oberen Längsträger 1, 2. Der gesamte
Rahmen hat auf diese Weise einen etwa trapezförmigen Querschnitt und läuft mit unverändertem
Querschnitt völlig eben vom Fahrzeugheck bis zum Fahrzeugbug durch. Lediglich am
Bug und am Heck selbst ist der Rahmen durch Verkürzen der unteren Längsträger 3,
4 abgeschrägt, um einen großen Böschungswinkel zu erhalten.
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Die Vorderräder und die Hinterräder 8 sind jeweils Teile eines Fahrschemels,
der als Baugruppe vorzufertigen und am Fahrzeughauptrahmen zu befestigen ist. Der
Rahmen des Fahrschemels für die Vorderräder ist gleich dem Rahmen des Fahrschemels
für die Hinterräder. Jeder Rahmen ist in der Ansicht von oben ein gabelförmiges
Gebilde, in Fahrzeuglängsrichtung gesehen (F i g. 1) im wesentlichen eine sich dem
Rahmen anpassende Form. In Fahrzeugquerrichtung laufende Rahmenteile sind mit 60
und 61, in Fahrzeuglängsrichtung weisende und die Rahmenteile 60, 61 miteinander
verbindende Rahmenteile sind mit 62 und 62 a bezeichnet. Die in Fahrzeugquerrichtung
laufenden Rahmenteile sind Träger, deren Querschnitt ein geschlossenes Hutprofil
ist, die Seitenbleche der Hutprofile sind mit 9,10 und das Deckblech mit 11 bezeichnet.
Sattelteile 12 dienen der zentrierenden Auflage und der kraftschlüssigen Befestigung
der Längsträger 1 bis 4. Der zusätzlichen Versteifung und dem Schutz der Antriebs-,
Lenkungs- und der unteren Führungsorgane sowie des Stoßdämpfers 59 und der hydraulischen
Ausgleichsvorrichtung 41 dient ein Bodenblech 13, das mit den Rahmenteilen 60, 61,
62 fest verbunden ist und einen geschlossenen Kasten bildet. Nahe dem Bodenblech
13 und nahe der Längsachse des Fahrzeugrahmens sind zwischen je zwei Seitenblechen
9, 10 zwei untere Dreieckslenker 14,15 mit ihren Augen 16, 17 auf Bolzen
18,19 des Fahrschemelrahmens lotrecht schwingbar gelagert. Zwei obere Dreieckslenker
20, 21 sind auf dem Drehstabfedersystem gelagert, und zwar in einer größeren Entfernung
von der Längsachse des Fahrzeugrahmens als die unteren Dreieckslenker 14,15. Sie
sind zwischen Anschlägen 69, 69 a des Fahrschemelrahmens schwingbar, womit die lotrechten
Radbewegungen begrenzt sind.
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Die beiden Lageraugen 20 a jedes oberen Dreieckslenkers 20 bzw. 21
sind drehfest mit der Verzahnung 29 auf einem Hüllrohr 22 befestigt. Die Anordnung
ist so getroffen, daß die Lageraugen jedes
Dreieckslenkers und das
Hüllrohr 22 der dazugehörigen Drehstabfeder 23 gleichzeitig in den Seitenblechen
9,10 des Fahrschemelrahmens gelagert sind. Das Rohr 22 ragt in Fahrzeuglängsrichtung
durch den Fahrschemelrahmen hindurch. Zwischen je zwei Seitenblechen des Fahrschemelrahmens
sitzt auf dem Rohr 22 drehfest eines der Lageraugen 20 a. Zu beiden Seiten jedes
Lagerauges 20 a und zwischen den Seitenblechen 9 und 10 sind wartungsfreie Flanschlager
24, 25 mit einer elastischen und dämpfenden Füllung 26 angeordnet. Die Verbindungsschrauben
27 halten die beiden Flanschlager und versteifen die in diesem Bereich offenen Hutprofile.
Das elastische Lager ist so ausgebildet, daß es in axialer Richtung wenig Spiel
zuläßt, jedoch große Verdrehbewegungen gestattet. In der gleichen Weise sind die
unteren Lenker 14, 15, jedoch nicht auf einer Drehstabfeder, sondern auf
den Bolzen 18, 19 gelagert.
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Die einen Enden jeder Drehstabfeder 23 und des dazugehörigen Hüllrohres
22 sind durch eine Verzahnung 28 drehfest miteinander gekuppelt. Die anderen, freien
Enden jedes Hüllrohres 22 und der Drehstabfeder 23 sind gemäß der Erfindung miteinander
gekuppelt. In der Verzahnung 29 des Hüllrohres 22 sitzt drehfest der Kupplungskörper
30. Mit seinen Klauen 31 greift der Kupplungskörper in die Lücken 32 des Kupplungskörpers
33, der in der Verzahnung 34 drehfest auf dem Ende der Stabfeder 23 sitzt. An den
Flanken der Lücken 32 sind Federpuffer 35 befestigt. Nach Maßgabe des Spieles der
Klauen 31 in den Lücken 32 sind die in F i g. 2 rechten Enden der Drehstabfeder
23 und des Hüllrohres 22 gegeneinander verdrehbar, nach Erschöpfen des Spieles sind
Feder und Hülse unter Ausschluß einer Federwirkung miteinander verbunden, wobei
die Federpuffer 35 eine progressive Anschlagwirkung ergeben. Der Kupplungskörper
33 und das Hüllrohr 22 führen sich in den Flächen 36 radial gegeneinander, ohne
die Bewegungsmöglichkeit zwischen dem Kupplungskörper 33 und dem Hüllrohr 22 in
Umfangsrichtung zu behindern. Um das Eindringen von Wasser in den Innenraum des
Hüllrohres 22 zu verhindern, ist das fest mit der Drehstabfeder verbundene Ende
des Hüllrohres mit einem Deckel 66 und einem Dichtring 67 versehen. Am freien Ende
des Müllrohres 22 wird dessen Innenraum mit zwei Dichtringen 68, die in die Zentrierung
36 eingesetzt sind, vor eindringendem Wasser geschützt.
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Auf einem Zapfen 37 mit Anschlußflansch 37 a, der mit dem Kupplungskörper
33 verbunden ist, ist drehfest ein Hebel 38 befestigt, der zwischen einstellbaren
und gegebenenfalls in Grenzen elastischen Anselilägen 39, 40 des Lagerbockes 43
und entgegen dem Widerstand der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung 41 schwingbar
ist. Die Anschläge 39, 40 begrenzen die Schwingbewegungen des Hebels 38 und begrenzen
die Wirksamkeit der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung. Beim Anliegen des Hebels
38 am Anschlag 39 und nicht wirksamer Hydraulik wirkt der Anschlag 39 als fester
Anschlag für die Drehstabfeder. Die Zylinder der hydraulischen Vorrichtung 41 sind
mit dem Lagerbock 43 am Fahrzeughauptrahmen gelagert, um die Lager 24 bis 26 zu
entlasten und dienen mit dem Zapfen 37 der Lagerung der verstellbaren Federabstützung,
womit die besonders einfache und platzsparende Art der Lagerung gegeben ist. Der
Aufbau der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung ist aus der Zeichnung zu ersehen
und muß nicht näher beschrieben werden. Abwandlungen der dargestellten Anordnung
sind möglich. Zur Feineinstellung der Drehstabfedern 23 und der hydraulischen Ausgleichsvorrichtung
41 ist zwischen den Hebeln 38 und den Kolbenstangen der Zylinder der hydraulischen
Vorrichtung eine Vorrichtung 63, 64 vorgesehen. Die hydraulischen Vorrichtungen
beider Fahrschemel, die mit den Leitungen 42 untereinander verbunden sind, gleichen
die Raddrücke der einzelnen Räder untereinander aus.
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Die äußeren Enden der Dreieckslenker erfassen das jeweilige Fahrzeugrad
in üblicher Weise mit Kugelgelenken. Alle vier Räder haben Lenkschenkel.
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Die eingebauten Fahrschemel sind mit ihren Rahmen durch Schrauben
52 am Fahrzeughauptrahmen angesehraubt. Die Schrauben sind an den Sattelstücken
12 und außerdem an den Enden der Bodenbleche 13 angeordnet.
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Die Anordnung der Federung ergibt bei kurzer Einbaulänge eine gute
Federweichheit, ohne daß die Federung und ihre hydraulische Abstützung wesentlich
über den Radumfang herausragt. Letzteres hat den weiteren Vorteil, daß der etwaige
Anbau eines weiteren Radpaares dicht an einem der gezeichneten Radpaare möglich
ist.
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Die hydraulische Vorrichtung am einen Ende der Drehstabfederung ist
eine Unterbaugruppe, die unabhängig vom Fahrschemel montiert werden kann.
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Die lotrechten Schwingbewegungen der Räder werden durch die Stoßdämpfer
59 gedämpft, wobei wegen des einfacheren Aufbaues für die Räder eines Fahrschemels
ein gemeinsamer Stoßdämpfer 59 in ein Gestänge 58 zwischen den Hüllrohren 22 eingeschaltet
ist.
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Beim Betrieb eines Fahrzeuges mit einer Federung gemäß der Erfindung
sind im wesentlichen drei verschiedene Betriebszustände zu unterscheiden: In einem
ersten Betriebszustand wirken auf ein Rad der Achse senkrechte Stöße erheblicher
Intensität so kurzzeitig, daß das Ausgleichssystem auf Grund seiner Trägheit nicht
ansprechen kann. In diesem Fall spricht die Torsionsfeder 23 an und nimmt die Radbewegung
federnd auf, bis die Nocken 31 an den einen Seitenflächen der Aussparungen 32 anschlagen.
Dieser Zustand beendet die zulässige Federbewegung, und die Kupplung verhindert
eine unzulässige Beanspruchung der Torsionsfeder 23. Der durch die Anschläge 69,
69 a bestimmte maximale Radweg wird nicht ausgeschöpft, nur der maximal zulässige
Federweg.
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Ein zweiter Betriebsbereich ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Rad
der Achse einfedert, und zwar zeitlich über einen so langen Bereich, daß der Ausgleich
zum Ansprechen kommt. Beim Einfedern des Rades wird über den Lenker das Hüllrohr
22 verschwenkt, im gleichen Maß wird zunächst die Torsionsfeder 23 verschwenkt,
und die Teile 31, 33 drehen synchron, bis der Hebel 38 an einem der Anschläge 39,
40 zur Anlage kommt. Bis zu diesem Punkt wird über die hydraulische Ausgleichsvorrichtung
mit dem Zylinder 41 und der Ausgleichsleitung die Radbewegung als Gegenbewegung
auf das andere Rad der Achse übertragen. Ist der Hebel 38 an einem der Anschläge
39, 40 zur Anlage gekommen, dann wird die Torsionsfeder gespannt, bis die Nocken
31 an den einen Flanken der Lücken 32 zur Anlage gekommen sind und der Lenker 20
an einem der Anschläge 69, 69 a zur Anlage gekommen ist. Die
Nocken
31 und Flanken der Lücken 32 begrenzen den Federweg und den Radweg, die Anschläge
69, 69 a begrenzen zusätzlich den Radweg.
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Ein dritter Betriebszustand ist durch gleichzeitiges Ein- oder Ausfedern
beider Räder der Achse gekennzeichnet. In diesem Fall ist der Ausgleich nicht wirksam,
und die Kupplungen begrenzen eine unzulässige Beanspruchung der Torsionsfeder 23.
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In allen Fällen verhindern die Gummipuffer 35 ein hartes Anschlagen
der Nocken 31 an den Flanken der Lücken 32 und geben der Federung eine zusätzliche
Progressivität.
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Die oben geschilderten Betriebszustände werden sich im allgemeinen
in Grenzen überlagern, so daß die geschilderten Wirkungen im allgemeinen mehr oder
weniger ausgeprägt auftreten.