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Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Die Erfindung soll eine
für beliebige in Bewegung befindliche Lasten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestimmte
Abfederung schaffen, die Stöße und Erschütterungen beim Passieren eines Hindernisses
@bzw. bei Beschleunigungen und Verzögerungen an der Nutzlast oder den abgefederten
Massen nicht oder nur in sehr geringem Maße zur Entstehung gelangen läßt. Zur Lösung
dieser Aufgabe geht die Erfindung von derjenigen bekannten Federanordnung aus, bei
der zwischen dem Angriffspunkt des Stoßes (das ist ein Kraftfahrzeugrad) und der
widerstehenden Federkraft ein Hebelsystem eingeschaltet ist. Um das Hindernis passieren
zu können, muß die Feder gespannt werden, also eine zusätzliche Spannung gegenüber
der Gleichgewichtslage der Ruhe annehmen, während gleichzeitig der eine oder beide
Endpunkte des Hebelsystems einen Bogen beschreiben. Für die Größe der in der Feder
auftretenden zusätzlichen Spannung ist, wenn von Trä.gheitswirkungen und elastischen
Du rchbiegungen der übertragenden Glieder abgesehen wird, die Größe des vom freien
Ende des Stoßhebels beschriebenen Bogens maßgebend. Könnte man den Hebelarm der
Federkraft sehr klein (unendlich klein) machen, so müßte die Federkraft von Hause
aus außerordentlich groß werden. Dann würde der unter der Einwirkung eines Stoßes
vom Endpunkte des Federhebelarmes beschriebene Bogen auch sehr klein werden, und
die aus dem Stoß resultierende zusätzliche Federspannung wäre sehr klein. Bei einem
derartigen theoretischen Hebel- und Kräftesystem würde also das Hindernis ohne wesentliche
Beeinflussung des Federhebelldrehrnomentes der Ruhe passiert werden können, das
Hebelsystem würde eine Schwingung gegenüber der von ihm getragenen Last ausführen
und dann wieder die Gleichgewichtslage der Ruhe annehmen.
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Erfindungsgemäß soll diese theoretische Forderung durch zwei an einem
Hebelsystem angreifende Federkräfte erfüllt werden, von denen die eine Feder eine
solche Raumlage zum Hebelsystem besitzt, daß der Federhebelarm sich beim Durchlaufen
des für das Passieren des Hindernisses erforderlichen Bogens stärker verkürzt, wie
die Federspannung zunimmt, während der Hebelarm der zweiten Feder im wesentlichen
ungeändert bleibt. Im Hinblick auf die relativ starke Abnahme des Hebelarmes der
ersten Feder wird das zugehörige Drehmoment beim Durchlaufen des Bogens abnehmen,
obwohl die Federspannung zunimmt, während das Drehinoment für die zweite Feder beim
Durchlaufen des in Betracht kommenden Bogens im Hinblick auf die zunehmende Federspannung
zunimmt. Das resultierende Drehmoment läßt sich durch geeignete Wahl von Federkraft
und Hebelsystem so gestalten, daß es sich praktisch nicht ändert, so daß der vorstehend
gekennzeichnete Zustand der Erhaltung des Drehmomentes der Rühelage verwirklicht
ist.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sind Ausführungsbeispiele
auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Abb. r ein Hebelsystem bekannter
Art, Abb.2 ein Beispiel für die Abfederung nach der Erfindung und Abb. 3 eine Darstellung
der resultierenden
Drehmomente für die alte und die neue Abfederung.
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Weiterhin zeigt Abb. q. eine Ausführungsform der neuen Abfederung,
bei der der Einfluß wechselnder Nutzlasten ausgeglichen ist.
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a bedeutet den Rahmen eines Fahrzeuges (es könnte auch die Plattform
eines Aufzuges, ein Sitz o. dgl. sein) und a1 eine mit dem Rahmen a verbundene Stütze,
die die Drehachse a.2 für einen doppelarmigen Hebel z, z1 trägt. z1 ist der Hebel
des Stoßes oder der Last, weil an seinem Endpunkt die Bodenreaktion des Rades
b angreift; z ist der Hebel der Federkraft, an dessen Endpunkt die
der Bodenreaktion entgegenwirkende Feder c angreift. Bei diesem bekannten Hebelsystem
hat man bereits eine Hilfsfeder cl zwischen der Radachse bl oder dem Endpunkt des
Stoßhebels z1 eingeschaltet, während der Hebel z und die Hauptfeder c eine solche
Relativlage besitzen, daß zwischen der Abnahme des wirksamen Hebelarmes der Hauptfeder
c und der Spannungszunahme der letzteren eine gewisse Proportionalität besteht;
die Federspannung soll also so zunehmen, wie der wirksame Hebelarm abnimmt. Trägt
man das jeweilige Drehmoment aus der Hauptfeder c und ihrem zugehörigen wirksamen
Hebelarm unter der Annahme auf, daß der Endpunkt z2 des Federhebels z einen Bogen
von i8o° durchläuft, so ergibt sich eine sinusförmige Schaulinie S, wobei die Abzissen
X die Bogenlänge und die Ordinaten Y das jeweilige Drehmoment der widerstehenden
Federkraft zum Ausdruck bringen. Die alte Anordnung benutzt nun eine solche Relativlage
der Hauptfeder c und des Federhebels z, daß als praktisch wirksamer Teil der Schaulinie
S der Abschnitt B nutzbar gemacht wird.
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Die Hilfsfeder cl hat lediglich die Bedeutung einer störend in den
Schwingungsverlauf des Federhebels z eingreifenden Kraft, bzw. die von ihr am Stoßhebel
z1 hervorgerufene Gegenkraft verhindert, daß der Rahrnen a sich auf die Achse b1
aufsetzt.
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Eine wesentlich andere erfinderische Situation bietet die beispielsweise
Abfederung nach der Erfindung (s. Abb. z). Hier ist ein einarmiger Hebel h bei a3
gelenkig an den Rahmen a des Kraftfahrzeuges angeschlossen. und am freien Endpunkte
hl des Hobels h, in dessen Nähe auch die Fahrzeugachse b1 iangeschlossen ist, greifen
zwei einander koordinierte Federn f, g an. Die Feder f ist bei f1
mit einer solchen Relativlage am Rahmen angeschlossen, daß, wenn der Endpunkt Izl
den Bogen ß durchwandert, der wirksame Federhebelarm von y auf y1, also gegenüiber
der Federspannung stärker, abgenommen hat. Dementsprechend würde für das zugehörige
Drehmoment etwa der Bereich B1 der Schaulinie S in Betracht kommen. Beim Durchwandern
des Bogens ß verändert sich aber der wirksame Hebelarm der Federkraft g praktisch
überhaupt nicht. Es würde also, wenn die Feder g in der Anfangslage die Spannung
Null hat, ein mit der Zusammendrückung der Feder im wesentlichen proportionales
Anwachsen des von der Feder g am Hebelarm h erzeugten Drehmomentes entstehen. Die
zugehörige Schaulinie ist S1. Da sich die zu den beiden Federn g und f beim Durchlaufen
des Bogens ß gehörigen Drehmomente algebraisch addieren, so entsteht für das resultierende
Drehmoment eine Schaulinie S2. Dieselbe läßt unmittelbar erkennen, daß die'eingangs
gestellte Forderung nach einer möglichst geringen Veränderung des wirksamen Drehmomentes
beim Passieren eines Hindernisses erfüllt ist; es wird also, ohne daß äußere Kräfte
ausgelöst werden, die angestrebte Drehung des Hebelsystems h und damit die stoßlose
Passage des Hindernisses möglich sein.
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Bei der Ausführungsform der Abb. 4 ist der Einfluß der wechselnden
Nutzlast neutralisiert. Die Schraubenfeder g der Abb. z ist als Blattfeder G ausgeführt,
während die Schraubenfeder h, in Abb. q. als H bezeichnet, beibehalten ist;
die@erstere ist bei g1 starr an den Hebel h angeschlossen; H und G sind unter Vermittlung
eines Kulissensteines i in einer am Rahmen a befestigten Kulisse il geführt. Weiterhin
schwingt um den Endpunkt hl des Hebels h bzw. den dort angebrachten Zapfen ein Hebel
k mit Tastrad k1. Um den gleichen Zapfen hl schwingt eine Gabel, deren Schenkel
m und nzl sich unter der Einwirkung einer Feder n gegen einen Anschlag oder Zapfen
i2 des Kulisseilsteines i anlegen. Der Hebel k trägt einen Steuerkörper k2, der
sich gegen die Gabelschenkel m und in'. anlegt.
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Das Tastrad k1 steht im .allgemeinen zusammen mit dem Fahrzeugrad
b auf dem Erdboden, und beide passieren nacheinander ein Hindernis, d. h. zuerst
wird infolge des Hindernisses das Fahrzeugrad gehoben und damit der Schwinghebel
h dem Rahmen genähert, und dann wird das Tastrad k1 gehoben, so daß der Steuerkörper
k2 (Mitnehmer) eine entsprechende Drehung ausführt. Bei dem gesonderten, d. h. zeitlich
aufeinander erfolgenden Verlauf dieser Vorgänge entsteht eine Verschiebung des Kulissensteines
i in der Kulisse il im Sinne des Pfeiles r nicht. Zwar will die Blattfeder G mit
Rücksicht auf ihre zunehmende Spannung den Stein i in Richtung des Pfeiles x nach
oben schieben; da aber zugleich die Feder h stärker gespannt
wird
und ihre Richtung gegenüber -der führenden Fläche der Kulisse il im Sinne einer
Verschiebung des Steines nach dem unteren Ende der Kulisse il ändert, so werden
sich die beiden erwähnten Kräfte im wesentlichen das Gleichgewicht halten und der
Stein i ändert seine Lage noch nicht. Das gleiche _Ergebnis entsteht, wenn das Tastrad
il ein Hindernis passiert. Der Tasthebel k wird dann die Lage k' einnehmen und mit
seinem Anschlag k2 den Hebelarm na in die Stellung m' drehen, während der Hebelarm
ml sich lediglich mit erhöhtem Druck gegen den Zapfen i2 des Steines i anlegt; die
von der Feder h am Stein i erzeugte Lagerkraft, gegebenenfalls auch
eine besonders einstellbare erhöhte Reibungskraft ergibt aber eine Komponente, welche
sich der erhöhten: Verschiebungskraft des Hebelarmesml widersetzt und eine Verschiebung
der Kulisse i in Richtung des Pfeiles x verhindert. Die Hilfsfeder. p hat nur die
Aufgabe, den Tasthebel k sofort wieder in seine Ruhelage bzw. das Tastrad k' auf
den Boden zurückzuführen, wenn das Hindernis passiert ist.
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Sofern aber eine erhöhte Nutzlast den Hebelarm h zugleich mit dem
Tastrad il dem Fahrzeugrahmen a nähert, so werden die von der Blattfeder G und dem
Gabelarm ml an dem Kulissenstein i ausgeübten Kräfte so groß, daß der letztere in
Richtung des Pfeiles x verschoben und damit die Feder h in eine zur
Ausübung eines erhöhten Drehmomentes günstigere Relativlage zum Hebel h gebracht
wird. In Abb. q, ist nur die -veränderte Lage na' des Hebelarmes m angedeutet.
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Die historische Entwicklung der Erfindung liefert somit folgendes
Bild:- Die Anordnung einer senkrecht stehenden Feder g allein zwischen dem Rahmen
a und dem Schwinghebel h ergibt das bekannte Momenternschaubild mit dem Abschnitt
BZ mit dem Nachteil, daß sich erhebliche Stöße und Schwingungen beim Überfahren
von Hindernissen geltend machen. Die ältere Anordnung, wie sie in Abb. i dargestellt
ist, versucht diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß die Feder c eine solche
Relativlage zum Hebelarm z erhält, daß sich der Hebelarm im selben Verhältnis verkürzt,
wie die Federspannung zunimmt; damit ist innerhalb der Momentenkurve der Bereich
B beschritten. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß der wirksame oder nutzbare
Federungsbereich verhältnismäßig sehr klein ist und natürlich mit Rücksicht - auf
das Steigen und Fallen des Momentenabschnittes die Nutzlast B immer noch verhältnismäßig
großen Schwankungen ausgesetzt ist. Einmal, um veränderliche Nutzlasten aufnehmen
zu können, dann vielleicht noch, um das Durchschlagen des Rahmens auf die Achse
b1 zu verhindern, ist dann noch eine schwache Hilfsfeder cl eingeschaltet worden,
;die natürlich je nach ihrer Stärke einerseits die Normallage des Hebelsystems und
der Hauptfeder stört und andererseits die Nutzlast beim Überfahren von Hindernissen
mehr oder weniger starken Stößen oder Schwankungen unterwirft. Die alte Anordnung
bringt also eine reine Addition der Drehmomentenbereiche B und B2. Die Erfindung
schließlich begibt sich in den Bereich B1 der Momentenkurve, innerhalb dessen also
der wirksame Momentenarm stärker abnimmt, wie die Federspannung zunimmt. Zugleich
wird der Feder f mit dieser Momentenfunktion, eine' zweite Feder g zugeordnet, welche
die Aufgabe hat, eine resultierende Momentenfunktion von dem Verlauf SZ zu schaffen,
d. h. die Schaulinie geht annähernd in eine gerade Linie über, so daß Hindernisse
ohne Beeinflussung des Federhebeldrchmomentes der Ruhe passiert werden können und
Stöße oder Schwankungen der Nutzlast ausgeschaltet sind.