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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.
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Die Abfederung der auf schwingbaren Halbachsen gelagerten -Räder ist
bisher ausschließlich mittels Federn erfolgt, die durch eine Hubbewegung verformt
werden. Dazu gehören z. B. Blattfedern, die unter Vermittlung besonderer Federgehänge,
und Schraubenfedern, die unmittelbar mit dem äußeren Ende der Halbachsen verbunden
sind. Da die Federverbindungsstellen sich infolge der Kippbewegung der Halbachsen
relativ zum Rahmen verschieben, läßt sich bei dieser Federanordnung eine zum Kippwinkel
proportionaleFederwirkung nichterreichen. Eine solche ist jedoch wünschenswert,
um jede Änderung der spezifischen Federung mit der sich zwangsläufig einstellenden
Spurveränderung bei derart geführten Rädern auszuschalten. Gerade für die besonders
weich abgefederten, der Vereinfachung des Antriebs wegen auf schwingbaren Halbachsen
gelagerten Hinterräder von Kraftfahrzeugen ist dies von Bedeutung, um die durch
die Kippbewegung der Räder hervorgerufene Spreizwirkung gegenüber der Fahrbahn auszuschalten
und auf .diese Weise eine Beeinflussung des Antriebs durch die Federung tunlichst
zu vermeiden. Die Relativverschiebungen der Federverbindungsstellen infolge der
Kippbewegung der Halbachsen lösen bei dieser Federanordnung in der Regel Zwangskräfte
aus, die vom Achsrohr selbst oder dessen Lagerung aufgenommen werden müssen. Da-.durch
werden aber die durch die auftretenden Kreiselmomente hervorgerufenen Reaktionskräfte
nicht unwesentlich erhöht, die Federungseigenschaften :durch Anwachsen der Reibung
mithin weiter verschlechtert. Als weiterer Nachteil dieser Federanordnung kommt
noch hinzu, daß die im erheblichen Abstand von, der theoretischen Schwingungsachse
der Räder angreifenden Huhfedern sowohl durch ihr mitbewegtes Federgewicht als auch
durch das Totgewicht ihrer Verbindungsglieder die; unabgefederten Massen und damit
auch die Kreiselmomente erheblich vergrößern. Außerdem erfordert diese Federanordnung
mitunter einen ganz erheblichen Platz im Fahrgestell, was die Unterbringung anderer
lebenswichtiger Teile behindert und die gute Ausnützungsmöglichkeit des ausbaufähigen
Wagenraums sehr einschränkt.
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Demgegenüber soll das Neue der Erfindung darin bestehen, daß die Abfederung
durch in oder annähernd in der theoretischen Schwingungsachse der Räder liegende
Drehfedern erfolgt. Dazu gehören z. B. Federstäbe und Schraubenfedern, die mit dem
Drehgelenk des Achsrohrs verbunden sind, also im
wesentlichen nur
durch eine Drehbewegung verformt werden. Dadurch ist erreicht, daß die auf das Rad
bezogene spezifische Federung nahezu konstant, also unabhängig von der -durch die
Kippbewegung :der Halbachse hervorgerufenen Spurveränderung .gehalten werden kann.
Da die Drehfeder in diesem Fall im .denkbar größten Hebelabstand vom Rad angeordnet
liegt, steht die Möglichkeit offen, besonders hohe spezifische Federungen zu verwirklichen,
der die auf schwingbaren Halbachsen gelagerten Räder, insbesondere die Hinterräder,
in. erster Linie bedürfen. Da die Drehfeder der Radbewegung außerdem das denkbar
kleinste Trägheitsmoment, nämlich jenes um ihre Schwerpunktachse, entgegensetzt,
braucht keine nennenswerte Vergrößerung der unabgefedertenRadmassen und damit auch
keine Vergrößerung .der Kreiselmomente in Kauf genommen zu werden. Solche- Drehfedern
können unmittelbar mit den die theoretische Schwingungsachse der Räder bestimmendenLagergelenken
der Halbachse in sehr einfacher Weise verbunden werden, so daß besondere Verbindungsglieder
sowie deren Wartung entbehrt werden können und die Betriebssicherheit der schwingbaren
Halbachse dadurch erheblich steigt. Solche Drehfedern erfordern keinen nennenswerten
Platz im Fahrgestell, da sie jederzeit nach Maßgabe des vorhandenen Totraums bemessen
und untergebracht werden können.
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Es sind zwar Abfederungen mittels Drehfedern für die verschiedensten
Radführungen bekannt. Dazugehören die auf starren Achsen gelagerten Räder, die unter
Vermittlung besonderer mit den Drehfedern verbundener Federlenker abgefedert und
über eine Achsbrücke der üblichen Art angetrieben sind. Hierbei handelt es sich
wohl um kippbar, jedoch nicht um unabhängig geführte Räder, so daß die Anordnung
der Drehfedern lediglich federungstechnische, jedoch keine führungstechnischen Vorteile
sicherzustellen vermag. Dazu gehören ferner die auf Lenkerpaaren oder Einzellenkern
unabhängig voneinander gelagerten Räder, .die unmittelbar durch die mit den Drehfedern
verbundenen Führungslenker abgefedert und über Doppelgelenkwellen oder Radnaabengetriebe
von einem am Rahmen befestigten Achsgehäuse aus angetrieben sind. Hierbei handelt
es sich wohl um unabhängig, jedoch kippfrei geführte Räder, so daß die Anordnung
der Drehfedern umgekehrt lediglich führungstechnische, aber keine federungstechnischen
Vorteile gewährleistet. Die Anordnung der Drehfedern gemäß der Erfindung für durch
schwingbare Halbachsen, also unabhängig und kippbar zugleich geführteRäder, erbringt
im Gegensatz dazu sowohl führungs- als auch federungstechnische Vorteile, ohne die
durch Verringerung der unabgefederten Massen, durch Wegfall aller gewichtsvermehrenden
und eine erhöhte Wartung erheischenden Verbindungs`glieder, :durch geringen Platzbedarf
usw. erzielten Vorteile preiszugeben. Darüber hinaus stellt die Abfederung gemäß
der Erfindung die für schwingbare Halbachsen erwünschte hohe spezifische Federung
ohne Nachteil für die Straßenlage und den Antrieb des Fahrzeugs sicher.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Drehfeder
mit demLagerzapfen der Achsstrebe verbunden ist. Dadurch ist es möglich, bei schwingbaren
Halbachsen, deren AEhsrohr unter Vermittlung eines Universal- oder Kugelgelenks
unmittelbar im Achsgehäuse gelagert ist, den Angriffspunkt der in oder annähernd
in der theoretischen Schwingungsachse angeordneten Drehfedern außerhalb. des Achsgehäuses,
also an eine zugängliche Stelle zu verlegen. Die wirksame Armlänge der schwingbaren
Halbachsen. wird zwar dadurch in der Regel verkürzt, doch kann das Achsrohr ohne
Ausbau der Federung und umgekehrt die Federung ohne Ausbau des Achsrohrs freigelegt
werden. Außerdem kann bei dieser Anordnung die Drehfeder gegen :die Wagenmitte hin
verlegt und daher ein weit größerer Totraum des Fahrgestells für deren Unterbringung
nutzbar gemacht werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen
für verschiedene Einbauverhältnisse, und zwar jeweils in Anwendung auf die hinteren
angetriebenen, Räder eines Kraftfahrzeugs, näher veranschaulicht. Es, zeigt Fig.
i den Grundriß der ersten Ausführung für die linke Wagenseite, Fig. a den dazugehörigen
Schnitt längs der Linie II-II in Fig. i, Fig.3 den Grundriß der zweiten Ausführung
für die linke Wagenseite, Fig. q. den dazugehörigen Schnitt längs der Linie IV-IV
in Fig. 3, Fig.5 den Grundriß der .dritten Ausführung, für .die linke Wargenseite;
teilweise im waagerechten Schnitt, Fig. 6 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie
VI-VI in Fig. 5, Fig.7 den Grundriß der vierten Ausführung für die linke Wagenseite,
teilweise im, waagerechten Schnitt, Fig. 8 den dazugehörigen Schnitt längs der Linie
VIII-VIII in Fig. 7, Fig: g den Grundriß der fünften Ausführung für die rechte Wagenseite,
und Fig. io den Grundriß der sechsten Ausführung für die rechte Wagenseite.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel nach den
Fig. i und
2 ist das Achsrohr 2, auf welchem das Rad i gelagert ist, durch eine Zylinderschale
4. drehbeweglich gegenüber .dem Achsgehäuse 3 geführt. Die Zylinderschale q. ist
durch einen Deckel 6 zwischen ihren seitlichen Bunden 5, 5' am Achsgehäuse 3 gesichert.
Das Achsgehäuse 3 ist mit dem Ende eines rohrförmigen Längsmittelträgers 7, der.
als Wagenrahmen dient, unmittelbar verbunden. An dem vorderen Bund 5 der Zylinderschale
q. sind drei Federstäbe 8 bzw. 8' befestigt, die parallel zum Längsmittelträger
7 gegen die Wagenmitte hin verlegt sind. Die vorderen Enden der Stäbe 8 sind in
Augen i i eines mit dem Längsmittelträger 7 verbundenen Querträgers: io festgehalten.
Stellt die Längsmittelachse des Fahrzeugs beispielsweise die theoretische Schwingungsachse
A des Rades, i dar, so liegt die Drehachse B der Federstäbe 8 um den Betrag e parallel
zu dieser versetzt. Beim Durchschwingen des Rades i werden die Federstäbe 8 gleichmäßig
zueinander verformt und hierbei auf Verdrehung und infolge der Exzentrizität e überdies
noch auf Verbiegung beansprucht.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und q. ist das -Achsrohr
2 durch zwei zylindrische Zapfen. 13, 13' drehbeweglich gegenüber dem Achsgehäuse
3 geführt. Das innere Ende .des Achsrohrs 2 ist zu diesem Zweck mit seitlichen Augen
12, 12' versehen, in welche die Zapfen 13, 13' fest eingesetzt sind. Die Zapfen
13, 13' sind in den Augen 14, 14' eines mit dem Achsgehäuse 3 verbundenen Stützbockes
gelagert. Mit dem vorderen Lagerzapfen 13 ist ein gleichachsig zu diesem und zum
Längsmittelträger 7 angeordneter Federstab 8 unmittelbar verbunden. Das vordere
Ende des Federstabes. 8 ist in dem Auge ii eines mit dem Längsmittelträger 7 verbundenen
Querträgers io festgehalten. Die theoretische Schwingungsachse A des Rades i und
die Drehachse B des Federsta)bes:8 fallen zusammen. Beim Durchschwingen des Rades
i wird der Federstab 8 auf Verdrehung, und zwar proportional zum Kippwinkel des
Rades i 'beansprucht. Die Lagerzapfen. 13,13' sind in derartigem Abstand voneinander
angeordnet, daß das Universalgelenk zwischen der im Achsrohr 2 geführten Steckwelle
und der im Stützbock des Achsgehäuses 3 geführten Verbindungswelle für den Antrieb
des Rades i Platz findet.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist das Achsrohr
:2 in einer Kugelschale gegenüber dem Achsgehäuse 3 geführt und durch einen Deckel
3a an diesem gesichert. Das Achsgehäuse 3 ist unter Vermittlung des rohrförmigen
Fortsatzes 3b mit dem Querträger 7b des aus zwei parallelen Längsträgern 7a bestehenden
Rahmens verbunden. Mit dem Bremsträgerblech ja des Rades i ist eine schräg nach
vorn und innen verlegte Achsstrebe 2d verbunden. Das vordere Ende der Achsstrebe
2a ist mit einem Lagerzapfen 16 versehen, der unter Vermittlung der Lagerbüchsen
i9; i9' in einem am Rahmenlängsträger 7a befestigten Lagergehäuse 24 geführt ist.
Der Lagerzapfen 16 der Achsstrebe 2a ist hohl ausgebildet und wird der Länge nach
von einem gleichachsig zu diesem angeordneten Federstab 8 durchsetzt. Der Federstab
8 ist mit dem Lagerzapfen 16 durch ein Riffelprofil 18 verbunden und durch einen
Stift 17 gegen Längsverschiebung gesichert. Der Federstab 8 wirkt mit einer ihn
umgebenden zylindrischen Schraubenfeder 8a von rechteckigem Querschnitt zusammen,
deren Enden 22, 22' als in sich geschlossene Ringe ausgebildet sind. Die frei in
das Innere des Rahmens 7a, 7b ragenden Enden i8', 22' der Federn 8, 8a sind unmittelbar
z. B. durch Schweißung bei 23 miteinander verbunden. Das äußere Ende 22 der Schraubenfeder
8a ist mit Stirnriffeln 21' versehen, und steht mit einer entsprechend geriffelten
zweiteiligen. Sperrplatte 2o, 2o' in Eingriff. Die Stirnfläche des Lagergehäuses
24 ist gleichfalls mit Riffeln 21 versehen, in welche ein weiterer Riffelkranz der
Sperrplatte 2o, 2o' eingreift. Die Anzahl der Riffeln 2i, 21' ist vorzugsweise voneinander
verschieden, um durch gleichzeitiges Verstellen der Platte 2o, 2o' gegenüber der
Schraubenfeder 8a und dem. Lagergehäuse 24 eine beliebige Nachspannung der Federn
8, 8a zu ermöglichen. Die Federn, 8, 8a liegen in einer mit dem Gehäuse 24
verbundenen Schutzhülse 26 eingeschlossen. DieAchse des Lagerzapfens 16 geht durch
den Mittelpunkt 01 der Kugelführung am Achsgehäuse 3 und stellt die theoretische
Schwingungsachse A des Rades i dar. Die Drehachse B der Federn 8, 8a fällt mit dieser
Schwingungsachse A zusammen, so daß die Federn 8, 8a beim Durchschwingen des Rades
i durch die Drehbewegung des Zapfens iGverformt werden, wobei der Federstab 8 auf
Verdrehung und die ihn. umgebende Schrau'ben.feder 8a auf Biegung beansprucht ist.
Hierbei wird das von der Schraubenfeder 8a ausgeübteDrehmoment zunächst auf .das
innere Ende 18' des Federstabes 8 und gemeinsam mit dem von letzterem ausgeübten
Drehmoment über .das Riffelprofil 18 auf die Achsstrebe 2a weitergeleitet.
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Beim vierten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 entspricht
die Radführung im wesentlichen jener des vorhergegangenen Ausführungsbeispiels.
Das Ende der Achsstrebe 2a ist jedoch weiter nach innen, in die Nähe des- Gehäusefortsatzes
3b verlegt; so daß die Drehfeder nicht mehr achsseitig, sondern
rahmenseitig
mit der Achsstrebe 211 verbunden werden kann. Die Drehfeder besteht aus einer Anzahl
gebündelter Federstäbe 8g-, die sternförmig unter Vermittlung besonderer Tragzapfen
i611, i6b an ihren Enden zusammengefügt sind. Die Federstäbe 8g- durchsetzen die
hohl ausgebildeten Tragzapfen 1611, 16b der Länge nach und sind an den Enden derselben
z. B. durch Schweißung bei 23a, 23b verbunden. Der hintere Tragzapfen i611 ist mit
dem Ende der Achsstrebe 211 fest verbunden und in einem am Rahmenquerträger 7gbefestigten
Lagergehäuse 2q.11 drehbeweglich geführt, während der vordere Tragzapfen 16b in
einem am Rahmenlängsträger 711 befestigten Lagergehäuse 24b abgestützt und mit diesem
fest verbunden ist. Die beiden Lagergehäuse 2q.11, 24b sind durch ein Rohr 26a miteinander
verbunden, welches als Eckversteifung der Rahmenträger 711, 7g- und gleichzeitig
als Schutzhülse für die Federstäbe 8g- dient. Die Drehfeder kann durch eine mittels
eines Deckels 25 verschlossene Seitenöffnung des Rahmenlängsträger 711 ausgebaut
und nachgestellt werden. Die Achse B dieser Drehfeder fällt auch hier genau mit
der theoretischen Schwingungsachse A des Rades i zusammen, so daß beim Durchschwingen
des letzteren sämtliche Federstäbe 8g- durch den Tragzapfen i611 verformt werden.
Hierbei werden die Federstäbe 8g- auf Verdrehung, die außen angeordneten Federstäbe
infolge ihrer Exzentrizität zur Drehachse B zusätzlich auch noch auf Verbiegung
beansprucht.
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Beim fünften Ausführungsbeispiel nach der Fig. g ist das Achsrohr
:2 durch ein Kugelgelenk gegenüber dem Achsgehäuse 3 geführt, dessen Mittelpunkt
M im Gegensatz zu den Ausführungen nach den Fig. 5 und 7 außerhalb des Achsgebäuses
3 in einem besonderen Stützbock gelagert ist. Die mit dem Achsrohr 2 verbundene
Achsstrebe 211 stützt sich sehr weit innen an dem als Wagenrahmen dienenden Längsmittelträger
7 ab. Der Lagerzapfen 16 der Achsstrebe 211 ist in einem Lagergehäuse 24 geführt,
das mit dem gegenüberliegenden gemeinsam durch eine Schelle ioa am Längsmittelträger
7 befestigt ist. Der gleichachsig an diesem Lagerzapfen 16 angreifende Federstab
8 ist etwas schräg zum Längsmittelträger 7 gegen die Wagenmitte hin verlegt. Sein
Widerlager ii ist mit jenem des gegenüberliegenden Federstabes gleichfalls durch
eine Schelle io am Längsmittelträger 7 befestigt. Durch die leichte Neigung der
Drehachse des Federstabes 8 gegenüber der Rahmenlängsachse ist erreicht, daß der
Federstab 8 genau in der theoretischen Schwingungsachse A des Rades i liegt und
daher nur rein auf Verdrehung beansprucht werden kann. Beim sechsten Ausführungsbeispiel
nach der Fig. io ist das Achsrohr 2 kugelgelenkig gegenüber dem Achsgehäuse 3 geführt.
Die mit dem Achsrohr 2 verbundene Achsstrebe2a ist etwa parallel zum Rahmenlängsträger
7 nach vorn verlegt. Der achsseitig angeordnete Federstab 8 ist einerseits mit dem
Lagerzapfen 16 der Achsstrebe 211 und andererseits mit einem entsprechend versteiften
Auge i l11 des kohrfortsatzes 3g- verbunden. Die Lage des Auges iia am Rohrfortsatz
35 ist derart gewählt, äaß der Lagerdeckel 311 unbehindert ausgebaut werden
kann. Der Federstab 8 liegt in der theoretischen SchwingungsachseA des Rades i und
stellt gewissermaßen die kürzeste Verbindung zwischen dem Lagerzapfen 16 und dem
Achsgehäuse 3 her. Die auf das Achsgehäuse 3 ausgeübten Federreaktionsmomente heben
sich bei gleichgerichteten Hubbewegungen der Räder gegenseitig auf, ohne auf den
Rahmen zu gelangen.
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Die verschiedenartigen Möglichkeiten der Federanordnung sind durch
diese Ausführungsbeispiele nicht erschöpft. In Abhängigkeit von der gewählten Bauart
des Rahmens und der Schwinghalbachse können die Drehfedern jeweils so im Totraum
des Rahmens angeordnet werden, daß ein besonderer Platzbedarf für sie nicht eintritt.
Hierbei können die Drehfedern in sehr zweckmäßiger Weise durch den Rahmen selbst
oder durch geeignete Versteifungsträger vor Beschädigung durch Anprall, Steinschlag
o. dgl. geschützt werden. Durch die unmittelbare Verbindung der Federenden mit den
Achsteilen einerseits und den Rahmenteilen andererseits können zusätzliche Verbindungsglieder
in den meisten Fällen entbehrt werden. Die Verbindung selbst erfolgt am zweckmäßigsten
unter Vermittlung unmittelbar eingearbeiteter Riffelprofile, die mit geringstem
Aufwand herzustellen sind und gleichzeitig das Nachspannen der Federn durch Umstecken.
in den Riffelzähnen ermöglichen. Sofern bei der aus baulichen Gründen begrenzten
Riffelzahl eine feinere Nachstellung ,der Drehfeder erforderlich ist, empfiehlt
es sich beidseitig geriffelte Zwischenglieder nach Art der Sperrplatte 2o, 2o' (Fig.
7 und 8) einzuschalten, die durch gleichzeitiges Umsetzender mit verschiedener Zahnteilung,
ausgeführten. Riffelkränze auch sehr kleine Änderungen der Federspannung ermöglichen.
Ein Nachsprengen der Drehfeder ist in .diesem Fall überflüssig. Als Drehfedern können
entweder Einzelfedern, also Stab-, Schrauben-, Spiralfedern o. dgl., verwendet werden,
oder aber Verbundfedern, die entweder hintereinander (Fig. 5) oder nebeneinander
(Fig. 7) angeordnet liegen. Die Verbindungsglieder der einzelnen Federn können hierbei
gleichzeitig zu deren Führung im
Rahmen oder auch als Lagerzapfen
für die Achsteile dienen (Fig. 7). Die Vorteile der Erfindung lassen sich in gleicher
Weise für alle Drehfedern geltend machen, die nur annähernd in der theoretischen
Schwingungsachse der Räder liegen.