DE2204021A1

DE2204021A1 - Federungssystem für Landfahrzeuge

Info

Publication number: DE2204021A1
Application number: DE19722204021
Authority: DE
Inventors: Gerrit Johan van der Prof. Pijnacker; Ryba Dusan Delft; Bürgt (Niederlande)
Original assignee: Van Doornes Automobielfabrieken N. V., Eindhoven (Niederlande)
Priority date: 1971-01-28
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-24
Also published as: CH538945A; AT333133B; BE778144A; FR2123316A1; ATA57672A; GB1343742A; CS181706B2; FR2123316B1; NL7101116A; US3784219A; ES399241A1; IT952845B

Description

' '■ ■■■ - - t ζ e I

r-,. DoMk₉ 2*. Jan. WZ

[ . :■:. : ..ipnert Da.-L/K

-'.■..·■ <:> .· vv ö i t e

:-.·!■. =. ... ;c=ai3e 137

VAN DOORNE»S AUTOMOBIELFABRIEKEN N.V. Eindhoven/Holland

¹¹ Federungssystem für Landfahrzeuge "

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für Landfahrzeuge mit mehreren Masseneinheiten, insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge mit Fahrerkabine, wobei die Masseneinheiten über Federn auf den Fahrzeugachsen abgestützt und gegebenenfalls mit Dämpungseinrichtungen versehen sind.

Durch die Erfindung sollen bestimmte Teile von Landfahrzeugen mit einer besseren" Federung ausgestattet werden. Das gilt ins-

_ ρ —

209838/0738

besondere für die Fahrerkabine z.B. bei Lastkraftwagen oder Zugkraftwagen einer Sattelanhänger- oder sonstiger Anhängerkombination, kann aber auch bei Bau- und Industrieschleppern, Bulldozern usw. angewendet werden. Bei der üblichen Ausführung von Lastkraftwagen und Zugwagen ist die Fahrerkabine mittels stark oder wenig biegsamer Gummiteile auf dem Wagenrahmen befestigt, während dieser Rahmen im allgemeinen mittels Blattfedern auf den Achsen ruht. Die Räder an diesen Achsen sind normalerweise mit Luftreifen mit mindestens 5 atü Druck versehen. Diese Blattfedern können im allgemeinen nicht weich sein, weil sonst der sehr große Belastungsunterschied bei leerem oder voll belastendem Fahrzeug große Höhenunterschiede zwischen voll und leer zeigen würde. Dazu kommt noch, daß bei Lastkraftwagen ein relativ großer Unterschied der Lage des Schwerpunkts im Bezug auf die Federn in Abhängigkeit von der Form der Ladung auftreten kann, so daß bei weicher Federung die schiefe Lage oder die Seitenneigung des Fahrzeuges in einer Kurve die mögliche Geschwindigkeit herabsetzen würde. Der Laderaum und die Kabine sind dadurch im Vergleich zu Personenkraftwagen schlecht gegen die Folgen der Straßenungleichmäßjgkeiten isoliert, wie auch aus einem Vergleich der Eigenfrequenzen hervorgeht, welche für Personenkraftwagen 1 bis 1,5 Hz betragen, während bei voll belastetem Lastwagen Werte von 2 Hz und bei leeren Fahrzeugen bis über 3Hz üblich sind. Die Stoß- und Schwingungsbelastungen wirken sich insbesondere bei der oben erwähnten Kombination von Zugkraftwagen und

- 3 209835/0738

— ^s »

Sattelanhänger für den Fahrer sich störend aus. Bei dieser Bauart entsteht für den Zugkraftwagen eine Rotationsschwingung um eine Querachse, d.h. die Vorder- und Hinterseite federn mit einer Frequenz von j> bis 4 Hz einander entgegen (auch Pitch genannt). Der Grund dieser hohen Eigenfrequenz liegt in dem kurzen Radstand und dein kleinen.Hassenträgheitsmoment in Beziehung zu den harten Hinderfedein, auf welchen über die Gelenkverbindung mit dem Sattelanhänger ein wesentlicher Teil des Gewichtes des Schleppers ruht, ohne daß dies zum Massenträgheitsmoment einen Beitrag liefert. Die Verwendung von Federn mit geringer Steifheit ist aus den oben genannten Gründen beschränkt und ist außerdem mit einer Verringerung der Ladefähigkeit durch das Sondergewicht größerer weicherer Federn und etwaigen Drehstabstabilisatoren zwecks Entgegenwirkung einer übermäßigen Seitenneigung verbunden.

Zur Beseitigung dieser Nachteile werden ferner Luftfedern angewendet, bei denen der Luftdruck in den Luftpuffern zur Erzielung einer genügend freien Bewegung der Achsen und eines Höhenausgieichs bei unterschiedlichen Belastungen entsprechend angepaßt wird. Derartige Systeme verlangen aber einen Verdichter, Regulierungsgeräte, Leitungen und Vorratsbehälter, während außerdem die Stangen für die Halterung der Achsen und der Drehstabstabilisatoren verhältnismäßig viele Drehpunkte erfordern. Dadurch erfordert das System mehr Wartung als übliche Blattfedern.

/t „

209835/0738

Nach einem anderen Vorschlag wird davon ausgegangen, den Rahmen in der üblichen "/eise mit verhältnismäßig weichen Blattfedern abzufedern, während die Kabine gegen den Rahmen durch verhältnismäßig weiche Guinmiblöcke oder Stahlfedern abgefedert wird, mitunter noch unter Hinzufügung eines Dämpfers. Auch diese Lösung kann nur wenig zur Fahrbequemlichkeit bei Schwingungen von etwa 3 Hz beitragen, isoliert aber gegen Schwingungen mit höheren Frequenzen,'z.B. über 7 Hz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.

Die Erfindung geht davon aus, daß die zu befördernden Lasten nur selten eine sehr gute Federung erfordern, daß aber für das Bedienungspersonal sowie die Lenkungseinrichtung eine gute Stoßisolierung erforderlich ist, und löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, da^ der Achsdruck an mindestens einer Achse bei in einer Querebene liegender unabhängiger Radaufhängung durch mindestens zwei auf diese Achse wirkende unabhängige Masseneinheiten gebildet ist, daß jede Masseneinheit einen gesonderten, wesentlichen Fahrzeugbestandteil umfaßt, dessen Masse mindestens ein Viertel der Achsenmasse beträgt und über eine gesonderte Federung auf der Achse abgestützt ist, und daß die einzelnen Masseneinheiten relativ zueinander und zu der Achse beweglich gelagert sind.

- 5 . 209835/0738

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3 eine Federung mit einem dynamischen Dämpfer für die Vorder-" oder Hinterseite eines Motorfahrzeuges,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform

Fig. 4a eine Draufsicht auf eine Ausführungsform,

welche eine Alternative zur Ausführung gemäß Fig. 4 darstellt und

Fig. 5 in prospektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform.

In Fig. 1 ist schematisch angedeutet, wie bei einem Zugkraftwagen die Fahrerkabine auf einem Rahmen 2 angeordnet ist, in

- 6 209835/0738

welchem auch der Motor und das Getriebe 3 sowie die Lenkvorrichtung 4 vorgesehen sind. Der Rahmen 2 ist dabei über eine Feder 5 auf der Hinterachse 6 and über eine Feder 7 auf der Vorderachse 8 abgestützt. Der Lastrahmen 11, der als gesonderter Rahmen ausgebildet ist, ruht auf den Achsen 8 und 6 über Federn 9 und 1o und trägt eine Scheibe 12 für einen Sattelanhänger 13.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Bauweise für einen Lastwagen mit Lademulde dargestellt, wobei die Fahrerkabine 1 mit dem Kabinenrahmen 2 mittels Federn 7 auf der Vorderachse β abgestützt ist, während an der hinteren Seite des Rahmens 2 Federn b zwischen dem Kabinen- und dem Lademulderahmen 11 angeordnet sind. Dieser Lademulderahmen ruht über Federn 9 und 1o auf der Vorderachse 8 und auf der Hinterachse 6.

Durch diese Konstruktion wird erreicht, daß die Federn des Lastrahmens, dessen Gewicht zwischen Leer- und Vollbelastung erheblich schwanken kann, entsprechend den an die Stoßisolierung der Last gestellten Anforderungen dimensioniert werdan können, d.h. daß sie steifer als bisher üblich und folglich mit einem geringerem Gewicht ausgelegt sind, ohne daß die Federung der Kabine hierdurch nennenswert beeinflußt wird. Der Kabinenrahmen, dessen veränderliche Last nur durch die Insassen und gegebenenfalls durch den Brennstoff beeinflußt wird, erfährt nur eine geringe Gewichtsänderung, so daß

— 7 —

209835/0738

dessen Federung ohne groi3e Schwierigkeiten dfeselben oder sogar niedrigere Eigenfrequenzen haben kann, als sie bei Personenkraftwagen üblich sind, so dais der Fahre^komfort für die Kabineninsassen erheblich verbessert werden kann.

Eine besonders günstige schv/ingungstechnische Eigenschaft des Systems ist darin zu sehen, daö die Amplitude der Schwingungen und das Aufschnellen der verhältnismäßig schweren, mit den Rädern versehenen Achsen, wenn die Erregung durch die Straßendecke Teilkräfte mit Frequenzen von 7 - 12 Hz ausübt, d.h. in der Nähe der Eigenxrequenz der auf den Reifen federnden Achsen, leicht in einer Weise unterdrückt werden kann, die für die Schweingungsisolierung der Kabine günstig ist. Aufgrund der Tatsache, dab zwei mit ihrer eigenen Federung versehene Hassen auf den Achsen gelagert sind, wird eine Federung mit einem dynamischen Dämpfer erzielt, wie in Fig. 3 anhand der Vorder- und Hinterseite des Fahrzeuges schematisch veranschaulicht. Auf die Achsenmasse in ., , die auf den Reifen mit der Federsteifheit c ruht, wirkt der Lastrahmen M über die Federung mit der Federsteifheit c und den Dämper mit der Dämpfungskonstanten k . Auf derselben Achse ruht die Kabine mit der Masse H und der Federung mit der Federsteifheit c _Λ und der Dämpfungskonstanten k - hintereinandergeschaltet mit der

fakultativen Relaxationsfeder c, „..

Dieses Schema entspricht einer Konstruktion, bei der auf der

209835/0738

Achse ein dynamischer Dämpfer angeordnet ist. Die Anwendung einer solchen Konstruktion ist bei Kraftwagen trotz der sowohl theoretisch als praktisch bewiesenen Vorteile nie bedeutend gewesen, weil der Effektivwert des Dämpfers von dem Massenverhältnis Dämpfermasse/Achsenmasse abhängt, wodurch man gezwungen ist, mindestens 5o% Zuschlag auf das Achsgewicht zuzulassen,, um einen deutlich merkbaren Effekt zu erhalten. Bei der Konstruktion gemäß der Erfindung ist ein Gewichts zu schlag nicht erforderlich, da sogar bei leerem Fahrzeug die Masse des Lastrahmens usw. eine genügend große Dämpfermasse darstellt. Die Feder und der Dämpfer des Lastrahmens können so dimensioniert werden, daß die Achsbewegung klein wird. Bei der Federung der Kabine kann mannun optimale Bedingungen nachstreben, wofür der Dämpfer mit der Relaxationsfeder hintereinander geschaltet werden, so daß Schwingungen mit bedeutend höheren Frequenzen als die Eigenfrequenzen der Kabinenfederung, nämlich die Achsschwingungen, viel besser als bei üblichen Konstruktionen isoliert werden können.

Das Verhältnis, in welchem die entsprechende Ilasse über den Last- oder Kabinenrahmen verteilt wird, hängt davon ab, wie die Einheiten zweckmäi3ig zusammengefaßt werden sollen. Beispielsweise können der Motor und das Getriebe in dem Lastrahmen oder in dem Kabinenrahmen untergebracht werden. Dasselbe gilt für die Lenkung und den Bremsenbetätigungsmechanismut In allen Fällen wird man aber die Betätigungsglieder, nämlich Lenkrad,

-Q-

209836/0738

Bremspedal und die übrigen Betätigungshebel mittels biegsamer Elemente mit den zu betätigenden Teilen verbinden müssen.

Die angedeuteten Ausführungen der Erfindung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 gehen davon aus, daß die senkrechte oder Translationsfederung die wichtigste ist. Bei Fahrzeugen mit kurzem Achsstand kann aber auch die Rotationsschwingung (Verwirlungsschwingung, Pitch) besonders störend sein. Um dieses beseitigen zu können, muf3 die Pitchfrequenz ebenfalls einen niedrigen
Wert haben. Bei einer Anzahl von Fällen wird die Lage des
Schwerpunktes des Kabinenrahmens der Vorderachse sehr nahe
sein.. Beispielsweise wird bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform die Pitchfrequenz ausschließlich durch die Wahl einer FederSteifheit bestimmt. Die selbsttragend ausgeführte

Kabine 1 ruht auf den Schraubenfedern 7, welche auf die ■Vorderdrücken. *
achse BVwirkt außerdem über ein ^uelenk 23 ein Winkelhebel 14, viel eher in seinem Knick einen Drehpunkt 16 hat, der an der
Kabine 1 befestigt ist. Die Kabine trägt an der Hinterseite einen Balken 15, welcher an seinem Ende einen Drehpunkt 17 hat, um welchen ein Winkeihebel 18 drehbar gelagert ist. Der Winkelhebel 18 ist mit der Mitte der Hinterachse 6 über ein Gelenk 'S; verbunden. Zwischen den kurzen Hebelarmen der Kniehebel und 18 ist eine Verbindung vorhanden, und zwar über eine
Zugstange Vj und eine Schraubenfeder 2o. Wie in Fig. 1 ruht auch hier der Lastrahmen 11 auf der Hinterachse 6 über Blattfedern 21 und auf die Vorderachse 8 über Blattfedern 22. Bei

•^v Auf die Vorderachse 8

- 1o -

209835/0738

- 1ο -

senkrechter, paralleler Verlagerung der Kabine 1 ändert sich infolge der Gleichförmigkeit und Gleichstellung der Winkelnebel Λ^ und 18 die Länge der Feder 2o nicht und folglich ist keine Kraft vorhanden, durch welche die Kabine gedreht bzw. gekippt wird. Bei einer Drehung der Kabine, wobei der Pol dem Drehpunkt 23 an der Vorderachse 8 entspricht, ändert sich die Länge der Feder 2o und übt deshalb Kräfte aus, welche dieser Bewegung entgegenwirken. Ein derartiger Effekt kann auch durch einen oder zwei Torsionsstäbe 24, 25 erzielt v/erden, die in Längsrichtung des Kabinenrahmens 15 bei 26, 27, 2b, 29 gelenkig gelagert und mit den Achsen verbunden sind, wie in Fig. 4a dargestellt.

Die Torsionsstäbe 2m- und 25 sind an den Rahmenträgern 15 drehbar angeordnet, während jeder Drehstab mit seinen umgelenkten Enden mit der Vorderachse bzw. Hinterachse verbunden ist. Es ist nicht notwendig, daß der Torsionsstab bzw. die Torsionsstäbe (ebensowenig wie die gekuppelten Federn) mit ihren Enden mit den Achsen verbunden sind. Im gleichen Maße, wie es möglich ist, entsprechend Fig. 2 die Federn 5 zwischen dem Kabinenrahmen 2 und dem Lastrahmen 11 anzuordnen, können, wenn es vorteilhaft ist, beide oder einer der^Befestigungspunkte) an den Enden der Drehstäbe oder der gekuppelten Hebel vorgesehenen^ > mit dem Lbb tr ahmen anstatt mit den Achsen verbunden werden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung gemäi3 der Erfindung schematisch dargestellt, bei welcher die Kabinenmasse mittels einer

-11-

209835/0731

eigenen Federung auf den Achsen ruht, obwohl die Kabinenfederung nicht ganz vom Lastrahmen unabhängig ist.

Der Kabinenrahmen 2 stützt sich über Federn 7 auf der Vorderachse 8 ab. An der hinteren Seite ruht der Kabinenrahmen 2 über Federn 3o auf Armen 31» die mit Torsionsstäben 24, 25, welche sich im Lastrahmen 11 drehen können, fest verbunden sind. Die Torsionsstäbe 24, 25 sind nahe der Hinterachse mit fest mit diesen verbundenen Armen 32 versehen, die auf die Hinterachse 6 über Gelenke 33 abgestützt sind. Der Lastrahmen 11 ruht mittels eines Querbalkens ~y~ und Federn 1o auf der Hinterachse 6 und über Federn y auf der Vorderachse 8. Gemäß Fig. 5 hat eine Translation des Lastrahmens keine Ortsveränderung der Federn 3o zur Folge. Bei der Translation des Lastrahmens tritt jedoch die Wirkung ein, als ob der Kabinenrahmen 2 sich auf die Achsen stützt, wenn der Lastrahmen eine Drehung um die Querachse ausführt, wobei sich beispielsweise das Hinterende hebt und das vornliegende Zentrum C senkt, dann werden die Federn 3o verstellt und zwar ebenfalls nach unten abgesenkt. Die Winkelamplitude, welche dem Kabinenrahmen aufgezwungen wird, ist die gleich als ob das Fahrzeug einen Achsstand hätte, der der Entfernung zwischen der Vorderachse und den auf den Drehstäben sitzenden Armen 31 entspricht. Die Federn 3o können entfallen, wenn die Drehstäbe 24, 25 genügend v/eich ausgeführt sind.

- 12 -

209835/0738

Es ist ferner möglich, bei der Vorderachse und der Hinterachse eine Stützpunktsverlegung vorzunehmen und die Stutzpunkte in der Nähe des Schwerpunktes des entsprechenden Teiles anzuordnen. Zur Verwirklichung einer geeigneten Pitchfrequenz kann dann ein gekuppeltes Federsystem oder Drehstabsystem für den Lastrahmen verwendet werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Bei den beschriebenen Systemen gemäß der Erfindung ist nicht nur an eine Trennung des Kabinenteils, in weichen ein annehmbarer Fahrerkomfort geschaffen v/erden soll, von dem Lasteteil gedacht, an welchem die Federung derart abgestimmt werden kann, dajj die Radbewegungen so weit wie nö ,lieh gedämpft werden. L-ε ist darüber hinaus auch bei Personenkraftwagen und vor allern bei Autobussen denkbar, daij z.B. der Motor, das lirsatzrad oder dergleichen als I-acscn für die Dämpfung der Radbewegungen ausgenutzt werden, wobei diese nassen entsprechend dem Schema gemäß Fig. ¹J mittels einer Feder und eines Dämpfers mit den Rädern gekuppelt werden und wie Teile eines dynamischen Dämpfers für die Radbewegungen wirken. Der Fahrgastraum, der dem obenbezeichneten Fahrzeugrahmen entspricht, kann dann in Abstimmung auf die Personenbeförderung gefedert v/erden, wobei durch die Erfindung insbesondere die Verwendung einer Relaxationsdämpfung ermöglicht wird. Die Funktionen der beiden Massenteile, welche auf eine Achse wirken, können ausgetauscht werden, Je nachdem ob der eine oder der andere sich besser als Dämpfermasse für die Achsen eignet. Praktisch sind für

209835/0738 ^W ^0RBIHM'

die Wirksamkeit des Konstruktions Schemas gemäß Fig. 5 die Biegesteifheit und der Torsionswiderstand sowie die Massenverteilung des R.ahmenteils 11 bestimmend, v/enn die Dämpfermasse in verhältnismäßig großer Entfernung vor den Achsen liegt.

- 14 209835/0738

Claims

- 14 Patentansprüche

1. Federungssystem für Landfahrzeuge mit mehreren Massenein- ^J heiten, insbesondere schwere Kraftfahrzeuge mit Fahrerkabine, wobei die Masseneinheiten über Federn auf den Fahrzeugachsen abgestützt und gegebenenfalls mit Dämpfungseinrichtungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsdruck an mindestens einer Achse (8, 6) bei in einer Querebene liegender unabhängiger Radaufhängung durch mindestens zwei auf diese Achse wirkende unabhängige Masseneinheiten (2, 11) gebildet ist, daß jede Masseneinheit (2, 11) einen gesonderten wesentlichen Fahrzeugbestandteil umfaßt, dessen Masse mindestens ein Viertel der Achsmasse beträgt und über eine gesonderte Federung (7, 9) auf der Achse (8) abgestützt ist, und daß die einzelnen Masseneinheiten (2, 11) relativ zu einander und zu der Achse (8) beweglich gelagert sind.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf alle Räder oder Achsen (6, 8) zwei Masseneinheiten (2, 11) wirken.

3. Federungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Masseneinheiten (2, 11) über gesonderte Federungen (7, 9; 5, 1o) auf den Achsen (8, 6) unmittelbar abgestützt sind.

- 15 209835/0738

4. Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (11) der Masseneinheiten über gesonderte Federungen (9» 1o) auf den Achsen (8, 6) unmittelbar abgestützt ist und daß die andere hasseneinheit (2) über Federungen (7_f 5) einerseits unmittelbar auf eine Achse (8) und andererseits auf der criacren Kasseneinheit (11) abgestützt ist.

3. Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine (2) der I-.asseneinheiten mit ihrem Schwerpunkt nahe bei einer (8) der Achsen liegt.

6. Federung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daii die Hasseneinheit (2) mit der Federung, die auf die von dem Schwerpunkt der liasseneinheit entfernt liegende Achse (6) vrirkt, über übertragungselemente verbunden ist, die gelenkig an der anderen Ilasseneinheit (11) gelagert sind.

7. Federungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungselemente Torsionsstäbe (24, 25) mit an den Enden vorgesehenen, abgewinkelten gleichen Armen (31» 32) vorgesehen sind.

- 16 -209835/0738

220Λ021

3. Federungssystem nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daij als Uh er tr agungs elemente Vinkelhebel (14, 1d) vorgesehen sind, deren Schenkel über eine Zugstange (19) miteinander verbunden sind.

9. Federungssystem nach Anspruch b, dadurch

gekennz ei chnet, daß mit der Zugstange (19) eine Feder (2o) in Reihe geschaltet ist.

1o. Federungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da^

mindestens eine I-Iasseneinheit (2) um eine tuerachse drehbar gelagert ist und daß auf zwei Achsen v/irkende Federn der Rotation entgo./engorichtet sind.

209835/0738

Leerseite