DE3208680C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für Federaufhän­ gungssysteme für Fahrzeuge, die Bewegungen mit mehreren Frei­ heitsgraden zwischen zwei auf dem Fahrzeug angeordneten Kör­ pern in einem Frequenzbereich von 1 Hz bis zu höchst auftre­ tenden Frequenzen gestattet, wobei die Anordnung zumindest ein mit einer starren zylindrischen äußeren Fläche versehenes Fe­ derglied umfaßt, das axial wirkt und zwischen diesen zwei Kör­ pern angebracht ist und im wesentlichen auf derselben Höhe wie der Schwerpunkt des zu federnden zweiten Körpers angeordnet ist.

Ein Federaufhängungssystem nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs ist gemäß des DE-GM 79 11 488 oder der SE-B 4 07 923 bekannt. Hiebei ist das Fe­ dersystem für ein Fahrerhaus in schweren Baufahrzeugen oder ähnlichen Fahrzeugen mit ungefederten Radaufhängungen ausge­ legt. Dadurch ist das Fahrerhaus Schwingungen ausgesetzt. Die Hauptschwingungsrichtung verläuft in Richtung der Schwerkraft. In dieser Richtung treten Schwingungsfrequenzen bis herunter auf ungefähr 1 Hz auf. Bei der bekannten speziellen Anordnung von Federvorrichtungen sind die Federglieder gleichmäßig um die Peripherie des Fahrerhauses so verteilt, daß ihre Wir­ kungsachsen in spitzem Winkel zur Vertikalen stehen. In einer Ausführungsform der vorbekannten Erfindung werden als Feder­ vorrichtung hauptsächlich schraubenlinienförmig gewundene Druckfedern verwendet. Es hat sich jedoch in der Praxis her­ ausgestellt, daß selbst in Richtung der Schwerkraft nicht alle Stöße aufgefangen werden können. Die Feder ist zu lang und vor allem transversal instabil. Sie ist in dem Bereich unterhalb von 2 Hz, d. h. in der Nähe der unteren Grenze von 1 Hz, nicht wirksam genug. Zur Berechnung der Feder ist in diesem Fall auch ein erheblicher Rechenaufwand nötig und weiterhin, soweit schraubenlinienförmig gewundene Druckfedern verwendet werden, ist die Auswahl der Abmessungen der Federdrähte und der Win­ dungsparameter außerordentlich kritisch. Vibrationen höherer Frequenz in erheblich von der Schwerkraft abweichenden Rich­ tungen lassen sich überhaupt nicht erfassen.

Bei der weiteren Entwicklung des Grundkonzeptes gemäß DE-GM 79 11 488 wurde herausgefunden, daß eine andere Art von Federvor­ richtungen tatsächlich besser für Anwendungen in dem untersten Grenzbereich der Schwingung ist, bei ungefähr 1 Hz, nämlich hydropneumatische Federn von grundsätzlich derselben Art, die beispielsweise in einigen modernen Personenwagen Verwendung finden. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Federvorrichtun­ gen ist jedoch ihre Unfähigkeit, höhere Frequenzen aufzuneh­ men, ohne daß gleichzeitig eine Erhöhung des Gasdrucks auf extrem hohe Werte erforderlich ist.

U. a. ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend genannten Beschränkungen zu überwinden und eine einfache Federvorrichtung bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung basiert daher auf Überlegungen, wie auf wirksame Weise eine hydropneumatische Feder mit einer an­ deren Art von Federvorrichtungen kombiniert werden kann, die die höheren Frequenzen aufnehmen kann und derart die notwendi­ ge Ergänzung schafft und Bewegungen zwischen zwei Körpern zu­ läßt, während mehrere oder alle Bewegungsfreiheitsgrade zwi­ schen diesen erhalten bleiben. Es hat sich herausgestellt, daß die Lösung der Aufgabe auf eine überraschend einfache und zu­ friedenstellende Weise möglich ist, die daher die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Federungssystem verfügbar zu machen, daß nicht nur zwischen Fahrerhaus und starrem, ungefederten Fahrzeugrahmen, sondern auch zwischen anderen gegeneinander schwingenden Körpern eines Fahrzeuges eingesetzt werden kann, wobei solche sehr niedrigen Frequenzen als auch hohe Frequenzen gedämpft werden, insbesondere dann, wenn sie in Richtungen auftreten, die erheblich von der Richtung der Schwerkraft abweichen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegeben.

Die zusätzliche Federvorrichtung gemäß der Erfindung bildet ein außerordentlich vorteilhaftes Komplement zu dem Feder­ glied, da es nicht nur Bewegungen in allen Freiheitsgraden ermöglicht, sondern auch eine Federendbegrenzung für Bewegun­ gen axial zum Federglied bildet. In seiner Gesamtheit ist das Federaufhängungssystem kompakt, einfach und verläßlich, in den meisten Anwendungsfällen eine unerläßliche Forderung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand mehrerer zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispie­ le näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht und

Fig. 2 eine Hinteransicht der erfindungsgemäßen Anordnung, angewendet auf ein federnd aufgehängtes Fahrererhaus eines Baufahrzeuges,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht, teilweise im Schnitt, eines der Federglieder der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht und

Fig. 5 eine Hinteransicht der erfindungsgemäßen Anordnung, angewendet auf die federnde Aufhängung eines Sitzes.

In den Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung in der Anwendung bei einem Federsystem zu Aufhängung eines Fah­ rerhauses als Beispiel eines ersten Körpers 1 an der Vorder­ seite eines Schwerlast-Transportfahrzeuges mit ungefederten Vorrädern 2 und einem nach vorne ragenden Rahmenabschnitt 3 gezeigt. Wie dargestellt, wird ein erster Körper 1 (hier: Fahrerhaus) von einem ihn umgebenden rahmenartigen zweiten Körper 4 (hier: Schutzkäfig) mit dazwischen angeordneten Federgliedern 5 gehalten, die in Abständen um den Umfang der Kabine angeordnet sind, die in ihrem Inneren einen Fahrersitz 6 aufweist.

Die Form und Anordnung der Federglieder 5 ist näher in der vergrößerten Teilansicht der Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall besteht das Federglied aus einer an sich bekannten hyd­ ropneumatischen Feder und weist einen zylindrischen Körper 6 mit einem darin gleitbar angebrachten Kolben 7 und eine Kol­ benstange 8 auf, die von einem Ende des Zylinders 6 her­ vorragt. Am entgegengesetzten Ende des Zylinders 6 befindet sich eine Druckkammer 9, in der ein Volumen von Hydraulik­ flüssigkeit festgehalten ist, die von einem Gaspuffer 10 druckbeaufschlagt wird. Der Gaspuffer ist von der Flüssigkeit mittels einer Membrane 11 getrennt. An ihrem freien Ende ist die Kolbenstange 8 mit einem der beiden Körper verbunden, zwischen denen das Federsystem zum Betrieb angepaßt ist, im vorliegenden Fall über eine Stütze 12 an dem Fahrerhaus 1. Die Verbindung zwischen dem freien Ende der Kolbenstange (8) und der Stütze 12 ist als Gelenk 13 geeigneter Art ausgebildet, im vorliegenden Fall als Drehzapfen. Bei vielen Anwendungen kann jedoch das Gelenk 13 als Universalgelenk ausgebildet sein.

Das Federglied 5 ist mit dem zweiten Körper 4, nämlich dem Schutzkäfig, über eine buchsenartige elastomere Vorrichtung 14 verbunden, die die äußere Oberfläche des Zylinders 6 des Fe­ dergliedes 5 umgibt und von einer hülsenartigen Stütze 15, die am zweiten Körper 4 befestigt ist, gestützt wird. Vorzugsweise ist die elastomere Vorrichtung 14 aus einem Gummi vorbestimm­ ter Härte und/oder einer Federkonstante hergestellt, die dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt ist, und als solches ein kommerziell erhältliches standardisiertes Teil darstellt. Für eine einfache Justierung der Vertikalstellung des Federgliedes 5 in der elastomeren Vorrichtung 14 und daher der Stütze 15 zur Einstellung der Hebelhöhe 11 zwischen der Stütze 15 und dem Gelenk 13 und daher der Federcharakteristik des gesamten Aufhängungssystems ist es vorteilhaft, daß die elastomere Vorrichtung 14 entlang der äußeren Oberfläche des Zylinders 6 beweglich ist und daß zwischen einem Kragen 16 am Kolben an dessen kolbenstangenseitigen Ende und der elastomeren Vorrich­ tung 14 eine oder mehrere abnehmbare Abstandsvorrichtungen 17, falls gewünscht, angebracht werden können, wobei die Abstands­ vorrichtungen 17 als geschlitzte Klammern ausgeführt sind. In den Zeichnungen ist daher eine derartige Abstandsvorrichtung 17 dargestellt, die oberhalb der elastomeren Vorrichtung 14 angebracht ist, während zwei entsprechende Abstandsvorrichtun­ gen 17 verwendet wurden, um den verbleibenden freistehenden Restabschnitt des Zylinders 6 zwischen der unteren Fläche der elastomeren Vorrichtung 14 und einem Kragen 18 am Ende des Zylinders 6 auszufüllen, an dem sich die Druckkammer 9 befin­ det, so daß der Zylinder 6 auch daran gehindert ist, nach oben in die elastomere Vorrichtung 14 getrieben zu werden.

Das in den Zeichnungen dargestellte Federglied 5 ist mit pas­ senden Vorrichtungen versehen, um auch eine stoßdämpfende Wir­ kung zu erzielen, die bei der dargestellten Ausführungsform vorteilhaft ist. Die elastomere Vorrichtung 14, an deren in­ neren und äußeren peripheren Flächen durch an sich bekannte Vulkanisation metallene Hülsen 19, 20 starr befestigt sind, gestattet nun Bewegungen in allen Freiheitsgraden des federnd unterstützten ersten Körpers 1, d. h. des Fahrerhauses. Zur selben Zeit wirkt dies auch als Stoßendanschlag nach unten in vertikaler Richtung, wobei gleichzeitig mit dem elastomeren Material die Gesamtfrequenz des Federaufhängungssystems gegen­ über der Frequenz der hydropneumatischen Feder allein gesenkt wird. Daher wird eine sehr wirksame und einfache Lösung des Problems erhalten, mehrere Teile federnd abzustützen, insbe­ sondere in Verbindung mit Fahrzeugen unterschiedlicher Art und insbesondere Fahrerkabinen von Schwerlast-Baufahrzeugen, Ma­ schinen für die Holzwirtschaft u. ä. Die Erfindung ist beson­ ders vorteilhaft in Bezug auf die Befestigungsbedingungen und die Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Fahrbedingun­ gen und das Gewicht von Fahrerkabinen. Eine einfache Anpassung kann beispielsweise durch an sich bekannte Änderung des Gas­ drucks des als hydropneumatische Feder ausgeführten Federglie­ des 5 erfolgen. Daher können dieselben Komponenten einfach an die Anforderungen aller Kabinen angepaßt werden, und die ein­ zige hierfür notwendige Anpassung ist der Öldruck des Feder­ gliedes 5, um eine gewünschte Charakteristik des Federaufhän­ gungssystems zu erhalten.

In den Fig. 1 und 2 wurde der erste Körper 1 (hier: Kabine) so dargestellt, daß er von vier Federgliedern 5 gehalten wur­ de, die um den Umfang der Kabine im Abstand gehalten sind, nämlich eines an jeder Ecke der Kabine. Die Federglieder 5 sind ungefähr in der Mitte der Höhe der Kabine 1 angeordnet, nämlich so, daß die Verbindung zwischen dem Federglied 5 und der Kabine, also das Gelenk 13, in einer vorbestimmten Höhe oberhalb des Schwerpunktes der Kabine mit dem Fahrer an seinem Platz liegt. Alle Verbindungspunkte oder Gelenke 13 sollten in einer gemeinsamen Ebene liegen. Da die hydropneumatische Feder nach ihrer Betriebsweise eine Druckfeder ist, liegt die Ver­ bindung zwischen dem Federglied 5 und dem Fahrzeugrahmen 3 mit dazwischen angebrachtem zweiten Körper 4 (hier: Käfig), d. h. der Stütze 15, senkrecht unterhalb des Gelenks 13, so daß die Kabine 1 durch ihr Eigengewicht immer die Federglieder 5 be­ aufschlagt.

Es sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter­ schiedliche Detailanordnungen und Positionierungen der Feder­ aufhängungseinheiten möglich. Bei beschränktem Platz kann das Federglied 5 daher mit seinen Befestigungen in umgekehrter Richtung montiert werden, d. h. so, daß die Stütze 15, die die elastische Vorrichtung 14 abstützt, die wiederum den Zylinder 6 des Federgliedes 5 umgibt, an dem Fahrerhaus 1 angebracht wird, wogegen die Kolbenstange mit ihrem freien Ende gelenkig mit dem Käfig 4 verbunden wird. Weiterhin können anstelle von vier jeweils in einer Ecke der Kabine 1 angebrachten Feder­ gliedern 5 drei Federglieder 5 in einer geeigneten Anordnung verwendet werden, beispielsweise eines in der Mitte der Rück­ wand der Kabine und jeweils eines an jeder Seite der Kabine, so daß die Federglieder 5 in einer Horizontalebene die Ecken eines gleichschenkeligen Dreiecks bilden.

Es ist jedoch auch möglich, nur zwei Federglieder 5 vorzuse­ hen, eines an jeder Seite der Kabine, mit einer imaginären Verbindungslinie zwischen den Federvorrichtungen, die durch den Schwerpunkt der Kabine geht, in einer ebenen Darstellung gesehen. Beide der zuletzt genannten alternativen Zahlen von Federgliedern sind vorteilhaft einsetzbar in besonderen Fäl­ len, insbesondere bei asymmetrischer Form.

Auch wenn ein Fahrerhaus oder ein ähnlicher Raum als solcher nicht in seiner Gesamtheit federnd aufgehängt werden kann, sind dieselben Bewegungsbedingungen und Anforderungen zur Dämpfung in ihren wesentlichen Punkten immer noch gültig für den Fahrersitz als solchen, und in einem derartigen Fall kann die vorliegende Erfindung auch nur bei einem Fahrersitz Ver­ wendung finden, wie nachstehend unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 weiter ausgeführt wird.

In diesen Figuren ist ein Sitz 22 dargestellt, der durch eine unterstützende Rahmenkonstruktion 23 die auch Armlehnen aus­ bildet, von einer Basis unter Zwischenschaltung von vier Fe­ dergliedern 5 derselben Art, wie in Verbindung mit den Ausfüh­ rungsformen der Fig. 1 bis 3 dargestellt, unterstützt wird, obwohl die Federglieder eine entsprechend verringerte Größe aufweisen und in jeweils einer Ecke des Sitzes angeordnet sind. Genau ausgedrückt sind diese Federglieder 5 hydropneu­ matische Federn, die am freien Ende der zugehörigen Kolben­ stange bei 13 an die Rahmenkonstruktion 23 angelenkt sind. Über eine ihn umgebende elastomere Vorrichtung oder einen Körper 14 ist der Zylinder 6 des Federgliedes 5 seinerseits mit einem Stützrahmen 25 verbunden, der sich auf die Basis 24 abstützt. Die elastomere Vorrichtung 14 ist von derselben buchsenartigen Ausführung wie in der voranstehend beschriebe­ nen Ausführungsform und ist auf eine ähnliche Weise an einer Stütze oder in einem Halter in dem Stützrahmen 25 befestigt. Durch eine passend gewählte Hebellänge l der Entfernung zwi­ schen der geteilten Befestigung 13 der Kolbenstange im Rahmen 23 und der Befestigung des Zylinders 6 im Stützrahmen 25 und der Höhe h des Gelenks 13 oberhalb des Schwerpunktes TP können alle Erfordernisse in Bezug auf gewünschte Federbewegungen einfach erfüllt werden. Im Normalfall müßten die Federglieder 5 nicht mit einer Dämpferwirkung versehen werden. Auch inso­ weit dieses Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer fe­ dernden Aufhängung eines Stuhles oder Sitzes betroffen ist, sind dieselben Möglichkeiten für verschiedene Ausführungen anwendbar wie bei dem voranstehend beschriebenen Ausführungs­ beispiel.

Da der Schwerpunkt TP des Sitzes immer in einer ausgewählten vorbestimmten Entfernung h unterhalb der Gelenkverbindung 13 des Federgliedes 5 liegt, ist der Sitz selbstverständlich selbststabilisierend; falls gewünscht, können jedoch weitere Dämpfungsglieder 26 zwischen dem Stützrahmen 25 und dem Sitz­ rahmen 23 angebracht werden, wie in den Zeichnungen darge­ stellt.

In der voranstehenden Beschreibung wurde im Zusammenhang mit beiden Ausführungsbeispielen als Federglied 5 eine hydropneu­ matische Feder bekannter Art mit im wesentlichen zylindrischer Außenfläche verwendet. Es ist jedoch auch möglich, im Rahmen der Erfindung andere Federvorrichtungen zu verwenden, die im wesentlichen die gleiche zylindrische Außenfläche aufweisen, beispielsweise eine spiralförmig gewundene Druckfeder, die von einer passenden zylindrischen Führungshülle umgeben ist. Wei­ tere Abänderungen und Anpassungen von Teilen der Anordnung ge­ mäß der Erfindung sind für Fachleute selbstverständlich und offenbar.

Claims (3)

1. Anordnung für Federaufhängungssysteme für Fahrzeuge, die Bewegungen mit mehreren Freiheitsgraden zwischen zwei auf dem Fahrzeug angeordneten Körpern in einem Frequenzbereich von 1 Hz bis zu höchst auftretenden Frequenzen gestattet, wobei die Anordnung zumindest ein mit einer starren zylind­ rischen äußeren Fläche versehenes Federglied umfaßt, das axial wirkt und zwischen diesen zwei Körpern angebracht ist und im wesentlichen auf derselben Höhe wie der Schwerpunkt des zu federnden ersten Körpers angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (5) durch eine hydropneumatische Feder gebildet ist und mit dem zweiten Körper (4) unter Zwischen­ schaltung einer zusätzlichen elastomeren Federvorrichtung (14) verbunden ist, und daß die zusätzliche Federvorricht­ ung (14) die zylindrische äußere Oberfläche (6) des Feder­ gliedes (5) umgibt und universelle Bewegungen des Feder­ gliedes (5) mit sämtlichen Freiheitsgraden beschränkt ge­ stattet, während das Federglied (5) mit dem ersten Körper (1) über eine Gelenkvorrichtung (13) verbunden ist und die Wirkungsachse des Federgliedes (5) parallel zu der verti­ kalen Schwerpunktachse des zweiten Körpers (4) verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Federvorrichtung (14), die den zylind­ rischen Körper (6) umgibt, eine buchsenartige Form aufweist und mit metallischen Hülsen (19, 20) versehen ist, die an der äußeren und inneren Umfangsfläche angebracht sind, und daß die zusätzliche Federvorrichtung (14) an einer korres­ pondierenden Stelle in einer Stütze (15) gehalten ist, die starr mit einem der beiden Körper (4) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung einer axial einstellbaren Festlegung der Lage der zusätzlichen Federvorrichtung (14) eine oder mehrere Abstandsvorrichtungen (17) zwischen einer oder bei­ der Seiten der Stütze (15) und einem radialen Endanschlag (16, 18) am zylindrischen Körper (6) angebracht sind, wobei die Abstandsvorrichtungen (17) vorzugsweise in einer zen­ tralen longitudinalen Ebene teilbar sind.