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Federndes Rad. Die Erfindung betrifft ein federndes Rad, bei welchem
zwei auf der Nabe angeordnete, gegeneinander drehbare und mittels Rollenbolzen die
Felge angreifende Teile durch Federgruppen verbunden sind. Gegenüber bekannten federnden
Rädern dieser Art kennzeichnet sich das vorliegende durch eine solche Gelenkverbindung
der Teile miteinander, daß nicht nur alle Federn gleichmäßig die auftretenden Stöße
aufnehmen, sondern auch die Resultierende der Federkräfte im Endteil der Gliederbewegung
der dynamischen Kette zu einem unendlich großen Wert anwächst.
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Bei den -bekannten Rädern fehlt diese Bedingung: Infolgedessen tritt,
wenn der Anschlag der exzentrischen Bewegung z. B. q:0 cm ist und das überfahrene
Hindernis, z. B. ein Stein oder ein Balken, 50 cm groß ist, ein starker Stoß
oder Erschütterung ein. Dieser Nachteil ist beim vorliegenden Rad in einfacher Weise
vermieden, indem hier, ähnlich wie bei einem eingestoßenen Kolben eines Luft enhaltenden
Zylinders, dieser niemals mit unelastischem Stoß gegen den Boden treffen kann, während
die Gegenkraft gegen den Stoß am Endteil der Bewegung nach einer asymptotischen
Kurve ins Unendliche wächst.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.
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Abb. i ist eine Stirnansicht des Mittelteiles des Rades in seiner
Regelstellung; Abb.2 zeigt die Nabe und die Mitte des Rades im Querschnitt; Abb.
3 zeigt den Mittelteil des Rades ganz exzentrisch, d. h. in der Stellung der größten
Federwirkung; Abb. q. ist ein Diagramm, welches die an einem Element auftretende
Kräftewirkung veranschaulicht; Abb. 5 zeigt eine Kugelbahn zwischen den beiden Hauptteilen
des eingeschalteten Gliedes, und Abb.6 ist ein Gesamtschnitt durch das vollständige
Rad.
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Die Nabe des Rades i (Abb. i bis 3) trägt eine Begrenzungsscheibe
2, welche ebenso wie die zweite Begrenzungsscheibe 3 eine freie Verstellung des
Rades sowohl in radialer Richtung als auch für Rechts- und Linksdrehung gestattet,
alles unter Einhaltung der rechtwinkligen Stellung zur Nabenachse. Beide Scheiben
sind vorteilhaft mit einer Bekleidung aus Fiber oder Bronze auf den parallelen Innenflächen
versehen. Die Scheibe 3 ist auf die Nabe aufgeschoben und wird durch eine Mutter
4 in Stellung gehalten. Der Mittelteil des Rades ist außerdem mit einer Anzahl von
Zapfen 5 versehen, die mit Rollen 6 umgeben sind und gleichmäßig über einen konzentrischen
Kreis zur Achse verteilt sind, und zwar so wie bei einem Rad mit Triebstockverzahnung.
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Das eigentliche Rad ist auz zwei Kränzen 7 (Abb.2) gebildet, die sich
gegenüberliegen und durch Bolzen 8 gehalten sind, während ihr Abstand durch Abstandsbüchsen
g gesichert ist, die ihrerseits mit Rollen. io versehen
sind, welche
ebenso wie die der Nabe gleichmäßig auf einem konzentrischen Kreis zum Radumfang
verteilt sind und dieselte Aufgabe haben wie die Rollen 6.
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Die beiden Kränze 7 sind mit Stahlscheiben i i (Abb. 2 und 6) verbunden,
die in sich in der Mitte einen Behälter einschließen, der mit 01 oder anderem
Schmiermittel gefüllt sein kann, während sie am Umfang, wie beispielsweise Abb.
6 zeigt, einen Rand bilden, um die Felge 13 (Abb. 6) aufzunehmen.
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Die beiden Innenflächen der Kränze 7, die annähernd parallel zur Mittelebene
des Rades liegen, haben einen solchen Abstand, daß das ganze Rad, welches auf der
Nabe durch die Scheiben 2 und 3 gehalten wird, sich frei in radialer Richtung und
in tangentialer Drehrichtung bewegen kann, während die Lage in einer senkrechten
Ebene zur Radachse gewahrt bleibt.
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Das elastische Glied wird aus zwei konzentrischen gezahnten Blechscheiben
12 und 15 gebildet, welche im Innern eine Anzahl von Zähnen haben, welche der Anzahl
der Zapfen der Nahe 5 entspricht, und eine Anzahl von Außenzähnen, welche der Anzahl
der Zapfen der Kränze 7 entspricht. Diese Zahnscheicen, die gegenseitig mittels
einer kreisförmigen Rinne ineinandergreifen (Abb. i und 2), in welcher eine Kugelbahn
14 (Abb. S) angeordnet ist, sind vollständig symmetrisch. Zwischen je einem Zahn
der einen Scheibe und dem entsprechenden Zahn der anderen ist ein Zapfen io der
Kränze ;7 (Abbs i) eingeschlossen. In dieser Stellung (Abb. i) ist das Rad gezwungen,
konzentrisch zur Nahe zu bleiben.
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Die Kugelbahn 14 ist zwischen den beiden Zahnschemen so angeordnet,
daß in der Stellung, in weicher die Zapfen zwischen zwei entsprechenden Zähnen eingeschlossen
sind, die durch die Zähne der Kugelbahnkränze aufgehaltenen Kugeln die Zahnscheiten
anhaften, wenn sich die Zähne noch etwa um lhd mm von den zugehörigen Zapfen entfernt
befinden.
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Der gleiche Zweck könnte auch dadurch erreicht werden, daß an den
gezahnten Blechscheir,en unmittelbar Begrenzungsanschläge angeordnet sind, und man
könnte auch die Kugelbahn durch einen einfachen glatten Gleitring oder ein Gleitlager
ersetzen. Wesentlich ist lediglich, daß die Zähne der Blechscheiben nicht gegen
die Zapfen anstoßen. Wird. das Rad z. B. nach rechts gedreht, so können, wie aus
Abb. i ersichtlich, die Zapfen io der Kränze die Blechscheibe 32 nach rechts drehen,
während die Blechscheite 15 durch die Zapfen der Nabe an der Drehung nach
rechts verhindert ist.
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Angenommen nun, daß sich das Rad in radialer Richtung gegen die Nabe
verschiebt, z. B. senkrecht nach oben, wie es beim Überfahren eines Hindernisses
der Fall ist, so wird sich der Zapfen auf der rechten Seite des Kranzes nach rechts
gegenüber der Nahe drehen und dadurch eine Drehung der Zahnscheibe 12 nach rechts
verursachen. Umgekehrt wird der linke Zapfen, wenn er sich nach links dreht, eine
Drehung der Zahnscheibe 15 nach links bewirken, und zwar dergestalt, daß
die beiden Zahnscheiben eine entgegengesetzte Drehung erfahren. Die Zugstangenpaare
16, die an derselben Stelle an einem Ende mittels Zapfen 18 drehbar sind und mit
dem anderen Ende mittels Zapfen 17 mit zwei entsprechenden Zähnen der beiden Blechscheiten
drehbar verbunden sind, bilden mit diesen Lenkervierecke. Mit dem öffnen oder Zusammenschieben
der miteinander verkuppelten Blechzähne nähern sich und entfernen sich -die Zapfen
18 gleichmäßig nach und von der Mitte und bilden hierbei stets die Scheitelpunkte
eines regelmäßigen Vieleckes, welches dem ersten ähnlich ist und in dem nur die
Seitenlänge wechselt. Wenn man über die Seiten des Vieleckes elastische Kräfte verteilt,
von denen jedes Paar eine Resultierende ergibt, ' welche in tangentialer Richtung
wirkt (Abb.4), so erreicht man, daß die Bewegungen der Nahe in der Felge durch eine
elastisch begrenzte Gegenkraft aufgehoben werden. Nach der dargestellten Ausführungsform
erfolgt der Schluß der Kette der einfachen Mechanismen durch Winkelstützen i9, die
um die Zapfen i$ drehbar und mit Zylindern 2o versehen sind, welche teleskopisch
zwischen zwei Winkelstützen gleiten. Die Zapfen sind mit Schraubenfedern 21 versehen,
welche unter sich gleich sind und durch Kompression wirken. Die Wirkung dieser Federn
sucht die Winkelstützen voneinander und entsprechend die Zapfen 18 von der Mitte
zu entfernen.
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Man könnte den gleichen Zweck, wenn auch weniger gut, durch Blattfedern
erreichen, deren rund gebogene Enden unmittelbar an den Zapfen i8 drehbar sind.
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Betrachtet man ein einfaches Gelenkviereck (Abb. 4), so ist ersichtlich,
daß die resultierende Kraft P, welche an den Zapfen i$ auftritt, sich an den Zapfen
17 in zwei radiale Kräfte p' zerlegt, welche keine Bewegungswirkung haben,
sowie in zwei tangentiale Kräfte p, welche auf die beiden gezahnten Blechscheiben
in entgegengesetzter Richtung drehend wirken und diese gegen die Zapfen io der Radkränze
zu drücken suchen.
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Die beiden Zähne der Blechscheiben können sich beim öffnen so weit
spreizen, bis die beiden Zugstangen 16 eine gerade Linie bilden, worauf die Größe
der tangentialen
Kraftkomponente p auf die Zapfen 17 unendlich
wird.
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Stellt man die Funktionskurve der Komponente p anlytisch dar, so findet
man, daß letztere eine asymptotische Kurve darstellt.
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Hieraus geht hervor, daß, wie groß auch das Hindernis und damit die
Kraft ist, um die beiden Zähne der Blechscheiken um den durch die Zugstange zugelassenen
größten Winkel zu spreizen, niemals die Gegenkraft überwunden wird, d. h. die im
Rade sich verschiebende Nabe erreicht niemals die Höchstgrenze ihrer durch die mechanische
Verbindung mögliche Exzentrizität.
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Durch richtige Wahl des Winkels, den die Zugstangenpaare i 6 bilden
und 'ihrer Länge kann man ein sehr geringes Anwachsen der Spannung der Resultierenden
der elastischen Gegenkraft des Systemes erreichen. Aus diesem Grunde sind auch Schraubenfedern
für den Anfang der Bewegung besonders vorteilhaft, für den man auch ein sehr geringes
Anwachsen der exzentrischen Bewegung der Nabe erhält, so daß das Rad sehr empfindlich
bereits schwächeren Stößen entgegenwirkt, während infolge der raschen Steigung der
Gegenkraft gegen das Ende der Bewegung auch sehr große Stöße aufgenommen werden
können.
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Die Spannung der Federn in der Regelstellung des Rades (Abb. i) ist
eine solche, daß die Kraft, die sie der beginnenden Spreizung der miteinander gelenkig
verbundenen Blechscheiben entgegensetzen, etwas größer ist als die Kraft, welche
infolge der größten Achsenbelastung die Nabenzapfen auf die gezahnten Bleche selbst
ausüben. Bei den Treibrädern kommt zu dieser Reaktion der elastischen Glieder noch
der Widerstand der Nabe gegenüber der Tangentialkraft hinzu, derart, daß sich die
Exzentrizität: des Rades ausschließlich und in allen Fällen durch den Einfluß der
äußeren Kräfte, d. h. den auftretenden Stoß, bestimmt.
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Die Form der eine dynamische Kette bildenden Gelenkverbindung kann
abgeändert sein, und eienso können die Federn so angeordnet sein, daß die Resultierende
parallel zur Radachse, statt wie beim dargestellten Beispiel; in der Radiusrichtung
gerichtet ist, ohne daß damit am Wesen und Kennzeichen der Erfindung; wie es eingangs
hervorgehoben und am Beispiel erläutert ist, etwas geändert wird.