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Abfederung der auf schwingbaren Halbachsen gelagerten Räder, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Abfederung der auf schwingbaren
Halbachsen gelagerten Räder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung von
Drehfedern, die außerhalb der theoretischen Schwingungsachse der Räder liegen.
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Es hat sich gezeigt, daß Drehfedern, welche in oder annähernd in der
theoretischen Schwingungsachse der Räder liegen, in vielen Fällen nur auf sehr umständliche
Weise im Rahmen angeordnet werden können. Diese theoretische Schwingungsachse verläuft
nämlich bei schwingbaren Halbachsen, deren Achsrohre in Kugelschalen und deren Schwingstreben
in Zapfen gelagert sind, schräg zur Längsachse des Wagens und damit zu den Rahmenhauptträgern,
wodurch eine Reihe zusätzlicher Einrichtungen für die Lagerung der Drehfedern in
Kauf genommen werden muß. Dazu gehören insbesondere die Lagerkörper für die Federenden,
deren Formung und Befestigung der jeweiligen Rahmenbauart nicht immer in einfacher
Weise angepaßt werden kann. Der Einbau dieser Lagerkörper in :den Rahmen und ihr
Ausrichten in die theoretische Schwingungsachse der Räder erfordert einen erheblichen
Zeitaufwand und unter Umständen sogar zusätzliche Nacharbeit, wodurch diese Abfederung
wesentlich verteuert wird.
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Die Erfindung bezweckt diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß die
Drehfedern ohneRücksicht auf die jeweilige theoretische Schwingungsachse der Räder
in den Hauptrichtungen des, Wagens, die durch die Bauart des Wagenrahmens gegeben
sind, angeordnet werden können. Dadurch lassen sich unter bewußtem Verzicht auf
den größtmöglichsten Verformungswinkel dieser Drehfedern einfache Lagerkörper und
übersichtliche Einbauverhältnisse erzielen, die von wirtschaftlichem Erfolg sind.
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Das Ne»e der Erfindung besteht darin, daß die Federn unter Vermittlung
eines Universalgelenks mit den Schwingstreben der Halbachsen verbunden sind. Dadurch
ist erreicht, daß die durch die Drehung der Federn erzeugten Rückstellmomente selbsttätig
in Teilmomente zerlegt werden, von denen jeweils eines der Schwingbewegung der Räder
im richtigen Sinne entgegenwirkt, während die anderen als innere Momente ohne Einfluß
auf die Radbewegung bleiben. Die durch die Lagerung der Achsrohre in Verbindung
mit jener der Schwingstreben vorgegebene Führung des Rades gegenüber dem Rahmen
bleibt daher unter allen Umständen, wie immer auch die Drehachse der Federn zum
Rahmen liegt, einwandfrei erhalten, und die erwünschte Abfederung des Rades ist
hierbei in ebenso einfacher wie wirtschaftlicher Weise sichergestellt. Diese Abfederung
ermöglicht es, die Drehfeder parallel oder senkrecht zu den Rahmenlängsträgern
zu
verlegen, wodurch die Federlänge frei bemessen, die Lager- und Widerlagerstellen
bequem zugänglich gemacht und die Reaktionsmomente der Federn in sehr vollkommener
Weise auf die verdrehungssteifen Rahmenhauptträger übertragen werden können. Die
Anordnung wird hierbei zweckmäßig so gewählt, daß der Winkel zwischen der theoretischen
Schwingungsachse der Räder und der Drehungsachse der Federn der kleinstmögliche
ist, um das wirksame, auf die Federn wirkende Teilmoment gegenüber den unwirksamen,
auf die Gelenkflächen wirkenden Teilmomenten möglichst groß zu halten.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die freien Drehachsen
des Universalgelenks zur Drehungsachse der Feder senkrecht stehen. Dadurch ist bei
einfachster Bauart des Gelenks erreicht, daß die Winkelausschläge der Gelenkteile
möglichst klein und auf alle Gelenkteile gleichmäßig verteilt sind, wodurch die
Reibungsarbeit und damit die Abnützung dieser Gelenkteile in brauchbaren Grenzen.
gehalten werden können. Die auf das Gelenk gelangenden Drehmomente nehmen; hierbei
den kürzesten Weg, d. h. der Kraftfluß von der Drehfeder zur Schwingstrebe oder
umgekehrt beansprucht die Gelenkteile in übersichtlicher, genau ermittelbärer Weise,
so daß diese Teile entsprechend sicher bemessen werden können.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der das drehbewegliche
Ende der Feder tragende Lagerzapfen mit dem Universalgelenk paarschlüssig verbunden
ist. Dadurch ist nicht nur eine einfache und sichere Verbindung, sondern gleichzeitig
auch eine einwandfreie Zentrierung des Universalgelenks gegenüber dem Rahmen erreicht,
mit dem Erfolg, daß .die theoretische Schwingungsachse der Räder beim Durchschwingen
der Halbachsen ihre ursprüngliche Lage beibehält. Das äußere Ende dieses Lagerzapfens
ist zweckmäßig als Gabel, Knebel o. dgl., also als ein Bestandteil des Universalgelenks
ausgebildet, wodurch außerordentlich platzsparende, unter Umständen selbstdichtende
Bauarten des Universalgelenks möglich werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Zeichnung und der nachfolgenden
Beschreib5?ng hervor. Hierin ist die Erfindung iii zwei Ausführungsbeispielen, und
zwar jeweils in Anwendung auf die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges näher veranschaulicht.
Es zeigt -F ig. r den Grundriß des Wagenhinterteils, teilweise im Schnitt, Fig.
2 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 im gleichen Maßstab,
Fig.4 den Grundriß des Wagenhinterteils einer zweiten Ausführung, Fig.5 den dazugehörigen
Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 6 im vergrößerten Maßstab und Fig.6 den dazugehörigen
halben Schnitt längs der Linie V I-VI in Fig. 5 im gleichen Maßstab.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den F ig. x bis 3 sind die
Achsrohre 2,:2'. auf welchen die Räder r, z' in bekannter Weise gelagert sind, in
durch Deckel 3a, 3a' gesicherten Kugelschalen am Achsgehäuse 3 geführt. Das Achsgehäuse
3 ist mit Hilfe des rohrförmigen Fortsatzes 3b, in welchem die. Trieblingswelle
gelagert ist, mit dem Querträger 7v des Rahmens verbunden, der aus zwei parallelen
Längsträgern 7a, 7a' besteht. Die Achsrobre 2, 2' sind durch Schwingstreben 2a,
2a' in bekannter Weise zusätzlich abgestützt.
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Zur Abfederung dienen zwei Federstäbe 8, 8', die quer zur Längsmittelebene
des Wagens zwischen den Rahmenlängsträgern 7a, 7a' angeordnet liegen. Das drehbewegliche
Ende der Feder 8 ist durch ein Riffelprofil r8 mit einem hohl ausgebildeten Lagerzapfen
16 verbunden. Der Lagerzapfen 16 ist unter Vermittlung zweier Lagerbüchsen rc),
rcg' in einem Gehäuse 24 geführt und durch eine Mutter z7 gegen Längsverschiebung
gesichert. Das unbewegliche Ende der Feder 8 ist durch ein Riffelprofil in einem
am gegenüberliegenden Gehäuse 24' ausgebildeten Auge fIa' festgehalten, das etwas
aus der kürzesten Verbindungslinie der beiden Gehäuse 24, 24' herausgerückt, also
exzentrisch zur Drehachse B der Federstäbe 8,' 8' angeordnet ist. Das Gehäuse 24
ist unter Vermittlung der nachgiebigen Zwischenlagen 47 mit dem Rahmenlängsträger
7a fest verbunden.
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Die Schwingstrebe 2a treibt den Lagerzapfen 16 über ein Universalgelenk
an. Dieses wird durch ein Kreuz 36 gebildet, das mit den gegabelten Enden 33 und
38 des Lagerzapfens 16 und der Schwingstrebe 2a in gelenkiger Verbindung steht.
In dem gabeligen Ende 33 des Lagerzapfens 16 ist das Kreuz 36 mit Hilfe eines in
zwei Büchsen 35, 35' drehbar gelagerten Bolzens 34, der durch eine Mutter 37 gesichert
ist, angelenkt. In dem gabeligen Ende 38 der Schwingstrebe 2^ ist das Kreuz 36 mit
Hilfe zweier in entsprechenden Büchsen 39, 39' d- ehbeweglich gelagerten Bolzen
40, 40' angelenkt, die als Kopfschrauben ausgebildet sind. Die Achsen C,1) dieser
Bolzen stehen, dem Kreuz 36 entsprechend, aufeinander senkrecht und sind
überdies
zur Drehachse B des Federstabes 8, dem Lagerzapfen 16 entsprechend senkrecht angeordnet.
Das Universalgelenk liegt in einem mit dein Rahmenlängsträger 7" verbundenenVerschalungsblech32
eingeschlossen.
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Federt das Rad i um die theoretische Schwingungsachse A, die durch
den Mittelpunkt NI der Kugelführung im Achsgehäuse 3 sowie durch den Mittelpunkt
0 des Universalgelenks bestimmt ist, beispielsweise nach oben durch, so treibt die
Schwingstrebe 2a unter Vermittlung des Kreuzes 36 den Lagerzapfen 16 und damit den
Federstab 8 an. Hierbei wird,, da die geometrische Bewegung der Strebe 2a wie auch
jene des Lagerzapfens 16 des Federstabes 8 eindeutig festliegt, eine Bewegung um
die drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen B, C, D stattfinden, von
denen nur die eine, nämlich die um die Drehachse B, das erforderliche Rückstellmoment
für die Radbewegung erzeugt, während die anderen, nämlich jene um die Gelenkachsen
C, D, lediglich Ausgleichsbewegungen der paarschlüssig miteinander verbundenen und
gegenüber dem Rahmen zentrierten Teile darstellen. Der Kraftfluß geht hierbei vom
Federstab 8 über den Lagerzapfen 16 und die Gabel 33 in den Bolzen 34, von diesem
durch das Kreuz 36 in die Bolzen 40, 40' und schließlich über die Gabel 38 in die
Schwingstrebe :2a. Die Kraftmomente beim Durchfedern;, des Rades i werden somit
im wesentlichen unmittelbar auf die Schwingstrebe 2a übertragen, während das Achsrohr
2 im wesentlichen unbelastet bleibt.
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Soll beispielsweise der Federstab 8 ausgebaut oder aber nachgestellt
werden, so wird das Rad i bei aufgebocktem Wagen so weit durchgeschwungen, bis neben
den Bolzen 40, 4o' auch der Bolzen 34 gelöst und entfernt werden kann. Dadurch wird
das Kreuz 36 frei, nach dessen Entfernung das Riffelprofil 18 frei zugänglich und
das Herausziehen .des Federstabes 8 möglich ist.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 sind die
Achsrohre 2, 2' gleichfalls in durch Deckel 3a, 3a' gesicherten Kugelschalen' am-
Achsgehäuse 3 geführt. Das Achsgehäuse 3, ist mit dem Ende des als rohrförmigen
Längsmittelträger 7 ausgebildeten Wagenrahmens unmittelbar verflanscht. Die Achsrohre
2, 2' sind durch schräg nach vorn und innen geführte Schwingstreben 2a, 2a'
zu-
sätzlich abgestützt.
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Die Federstäbe 8, 8' liegen parallel zur Längsmittelebene des Wagens
zu beiden Seiten des Längsmittelträgers 7. Das hintere, drehbewegliche Ende des
Federstabes 8 durchsetzt den hohlen Lagerzapfen 16 der Länge nach und ist mit diesem
durch ein Riffelprofil 18 fest verbunden. Der Lagerzapfen 16 ist unter-Vermittlung
zweier Büchsen ig, i9' in einem Gehäuse 24 drehbeweglich gelagert. Das Gehäuse 24
ist durch flanschartige Ansätze ioa mit jenen loa' des gegenüberliegenden Gehäuses
24' verbunden, die den Längsmittelträger 7 unter Vermittlung nachgiebiger Beilagen
47 umfassen. Das Gehäuse 24 ist gegen Schiebung und Drehung am Längsmittelträger
7 durch einen Zahn 46, der in das Innere des Längsmittelträgers 7 ragt, gesichert.
Das vordere, unbewegliche Ende des Federstabes 8 ist in dem Auge i i einer Schelle
io, die auf ähnliche Weise wie das Gehäuse 24 mit dem Längsmittelträger 7 verbunden
ist, mit Hilfe eines Riffelprofils festgehalten.
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Das hintere Ende des Lagerzapfens 16 ist zu einer kugeligen Nabe 41
erweitert, mit deren Stirnfläche ein zur Achse des Lagerzapfens 16 senkrecht stehender
Bolzen 42, der einen knebelartigen Abschluß des Lagerzapfens 16 bildet, verschmolzen
ist. Der Bolzen 42 ruht in einem Gelenkstein 43 aus gleitfähigem Werkstoff, der
in einer nischenartigen Ausnehmung des topfartigen Endes 44 der Schwingstrebe 2a
gelagert ist. Senkrecht zu der durch die Achse B des Lagerzapfens 16 und der Achse
D des Bolzens 42 bestimmten Ebene. also in Richtung der Achse C, sind Bolzen 42
und Gelenkstein43 in unmittelbarem Zusammenhang mit der Kugelfläche des Flansches
41 kugelig profiliert. Das Universalgelenk wird durch einen Deckel 45, der mit dem
topfartigen Ende 44 der Schwingstrebe verbunden ist, paarschlüssig erhalten und
nach außen vollkommen dicht abgeschlossen. Mit Rücksicht auf den erforderlichen
Durchmesser des Universalgelenks ist der Längsmittelträger 7 an der Lagerstelle
desselben etwas ausgenommen.
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Federt das Rad i beispielsweise nach oben. durch, so ist die Drehbewegung
des Achsrohrs 2 sowie der Schwingstrebe 2a durch die theoretische Schwingungsachse
A, welche durch die Gelenkmittelpunkte 0,M führt, eindeutig bestimmt. Die Bewegung
des topfartigen Endes 44 der Schwingstrebe 2a wird somit in drei Drehungen um die
aufeinander senkrecht stehenden Achsen B, C, D des Universalgelenks zerlegt,
von denen nur die erstere um die Achse B, die eine Drehbewegung des Knebels 42 sowie
des Zapfens' 16 und damit eine Drehbeanspruchung des Federstabes 8 auslöst, das
rückstellende Moment erzeugt, während die anderen lediglich als Ausgleichsbewegungen
wirken. Das Universalgelenk zentriert sich selbst gegenüber dem Rahmen, so daß die
Lage seines Mittelpunktes 0, in dem sich die Achsen B, C, D schneiden, beim
Durchschwingen des Rades i nicht geändert wird. Der Kraftfluß geht vom
Federstab
8 unmittelbar in den Knebel 42 und von diesem durch den Gelenkstein 43 unmittelbar
in die Schwingstrebe 2a.
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Der Ausbau bzw. die Nachstellung des Federstabes 8 erfolgt an seinem
vorderen Ende, da das Auge i i frei zugänglich ist. Soll das Universalgelenk ausgebaut
werden, so wird der Deckel 45 bei entspanntem Federstab 8 vom Strebenende gelöst,
hierauf die Schellenverbindung ioa gelockert und schließlich durch Verschwenken
des Gehäuses a4 der Knebel 42 samt dem Stein 43 außer Eingriff gebracht.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen ermöglicht die ausgezeichnete Lage
der Federn zum Rahmen, also im wesentlichen senkrecht oder parallel zur Längsmittelebene
des Wagens, deren besonders einfache Lagerung. Die Reaktionsmomente der Federn werden
dabei auf die am stärksten bemessenen Rahmenteile, das sind die Längsträger 7a,
7a' bzw. 7, übertragen, wobei ein Verwinden des Rahmens selbst bei einseitiger Radbelastung
ausgeschlossen ist. Die Gehäuse 24,z4' bzw. die Widerlager i i, i i' sind denkbar
einfach ausgebildet und können auch auf einfache Weise mit den Rahmenlängsträgern
verbunden werden, da ihre Achsen B entweder senkrecht oder parallel zu diesen Längsträgern
verlaufen.
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Bildet man, wie dies im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde,
an dem Gehäuse 24 der einen Feder 8 das Widerlager i ia für die zweite Feder 8'
aus, so ergibt sich neben baulichen Vereinfachungen der Vorteil, daß das Reibungsmoment
des Lagerzapfens i6 der einen Feder8 das Reaktionsmoment der anderen Feder 8' teilweise
aufhebt. Der O_uerträger 7b kann unter dieser Voraussetzung so nahe wie möglich
an die Gehäuse 24, 24' herangerückt werden und überträgt als starrer Riegel das
resultierende Moment des einen Längsträgers 7a auf den anderen 7a'. Verbindet man,
wie dies im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, die beiden Gehäuse 24,24'
sowie auch. die beiden Widerlager i i, i i' miteinander, so wirken unter Voraussetzung
gleichgerichteter Radbewegungen die resultierenden Momente als innere Kräfte-in
den Befestigungsschellen ioa und io und bleiben daher dem Rahmen überhaupt fern.
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Die nachgiebige Lagerung der Gehäuse 24, 24' bzw. der Widerlager i
i, i i' am Rahmen verfolgt den Zweck, die Geräuschdämpfung zu unterstützen. Es ist
beispielsweise bekannt, das Achsgehäuse 3 in Kissen aus nachgiebigem Werkstoff zu
lagern, um die vom Rad über das Achsrohr auf das Achsgehäuse gelangenden Erschütterungen
voin Rahmen fernzuhalten. In ähnlicher Weise wirkt sich auch die nachgiebige Lagerung
der Drehzapfen aus, die das Universalgelenk tragen, zumal nun die Schwingstrebe
und nicht das Achsrohr die Reaktionskräfte des abgefederten Rades auf den Rahmen
zu übertragen hat.
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Die Erfindung ist nicht auf die beiden Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es können in Abhängigkeit von der jeweiligen Bauart des Rahmens auch andere ausgezeichnete
Stellungen der Drehfedern in Frage kommen, welche sich über ein Universalgelenk
mit den vorgegebenen Stellungen der Schwingstreben kuppeln lassen. Als Universalgelenk
kann jede beliebige Bauart verwendet werden, sofern sich die Merkmale der Erfindung
damit sinngemäß in Einklang bringen lassen. Nicht nur die Schwingstreben, auch die
Achsrohre können unter Vermittlung solcher Universalgelenke mit den Drehfedern verbunden
sein. Schließlich kann das Universalgelenk auch mit dem Kugelgelenk der Achsrohre
in zweckvoller Weise vereinigt werden.