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Insbesondere für das lenkbare Vorderradpaar von Kraftfahrzeugen dienende
Blattfederung Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere für das Vorderradpaar
von Kraftfahrzeugen dienende Federung.
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Um das Wesen der Erfindung verständlich zu machen, sei zunächst allgemein
auf die Wirkungsweise einer Fahrzeugfederung und auf dieerstrebenswertenVorteile
eingegangen.
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Wenn mit einem Kraftfahrzeug quer zur Fahrtrichtung liegende Bodenschwellen,
Eisenbahnübergänge u. dgl. überfahren werden, so treten oft Nickschwingungen auf.
Dabei bewegen sich das vordere und hintere Fahrzeugende in entgegengesetzter Richtung
auf und ab. Diese Art von Schwingungen ist für die Wageninsassen besonders unangenehm,
weil diese von der Rückenlehne im Takt der Schwingungen in der Kreuzgegend gestoßen
werden und weil außerdem die Insassen, die auf den Rücksitzen Platz genommen haben
und somit besonders weit von der quer durch den .Wagen verlaufenden Schwingungsachse
entfernt sitzen, hochgeworfen werden und unter Umständen mit dem Wagendach in Berührung
kommen können.
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Verantwortlich für das Auftreten dieser Art von Schwingungen ist die
Abstimmung ,der Vorder- und Hinterfedern und die Verteilung der Massen des Fahrzeuges.
Beim Überfahren von quer zur Fahrtrichtung liegenden Bodenwellen wird zunächst der
vordere Wagenteil hochgeworfen. Oft vollführt dabei das hintere Wagenende gleichzeitig
eine Abwärtsbewegung, wobei die gedachte Drehachse in der Nähe des Wagenschwerpunktes
quer durch das Fahrzeug läuft. Kurze Zeit später überfahren auch die Hinterräder
die Bodenwelle. Sofern nun die von den Vorderrädern angestoßene Schwingung schnell
ist: so wird sich die anfängliche Bewegungsrichtung des vorderen und hinteren Wagenteils
schon umgekehrt haben, wenn die Hinterräder die Bodenwelle überfahren. Da das hintere
Ende des Wagens dann aufwärts schwingt, wird es von dem Stoß der Hinterräder zusätzlich
nach oben geworfen, d. h. die Schwingung wird verstärkt. Auf diese Weise bildet
sich durch die Stöße von Vorder- und Hinterachse, welche zeitlich annähernd im Takt
des Nickens aufeinanderfolken, eine Nickschwingung aus, deren Nachteile schon geschildert
wurden.
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Ist dagegen die von den Vorderrädern angestoßene Schwingung des Wagens
verhält= nismäßig langsam, so ist die anfängliche Aufwärtsbewegung des vorderen
Wagenteils noch vorhanden, wenn der hintere Wagenteil durch die Hinterräder ebenfalls
angehoben wird. Außerdem kann eine genügend langsame, von den Vorderrädern angestoßene
Schwingung von der schnelleren Schwingung der hinteren Wagenmassen eingeholt werden,
so daß wenigstens bei der darauffolgenden Abwärtsbewegung ein gleichgerichteter
Sinn der Schwingung des vorderen und hinteren Wagenteils vorhanden ist. Diese Art
der Bewegung wird
als Wogen des ganzen Fahrzeugs bezeichnet.
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Das Wogen ist für die Wageninsassen we-
nur ein _Atlf- und Abwärtsschweben de'r abgefederten Wagenmasse parallel zu sich
selbst vorhanden ist. Außerdem ist die Wogeschwingung langsamer und somit weniger
störend als die Nickschwingung. Beim Nicken führen nämlich die in der Nähe der Schwingungsachse
liegenden Massen mir geringe Winkelbewegungen aus, nehmen also nur wenig an der
Schwinguns teil, während die gleichen Massen beim Wogen große Hulischwingungen vollführen.
Trotz gleichen Gewichtes der schwingenden 7.'eile ist also die dynamische Masse
leim Wogen größer als beim Nicken und deshalb die Wogeschwingung langsamer.
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ES ist klar, daß die Zeitabstände, in denen Vorder- und Hinterräder
die Bodenwelle treffen, von dein Radstand des Fahrzeugs und von der Fahrgeschwindigkeit
abhängig sind, elaß also das Wogen nicht unbedingt bei allen Geschwindigkeiten eintreten
muß. Es gelingt aber, in einem weiteren mittleren Bereich der üblichen Fahrgeschwindigkeiten
das Wogen zu erzielen. Bei sehr hohen Fahrgeschwindiglizeiten ist außerdem der erregende
Stoß beim L?berfabren einer Bodenwelle so kurz im Ver-0 11 eich zur Eigenschwin.,
gungszahl der Wagenniasse, daß größere Schwingungen der Wagenmasse überhaupt nicht
so leicht angestollen werden.
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Wenn eine Wogeschwingung länger andauert und die vorderen Wagenmassen
etwas langsamer schwingen als die hinteren Wagenmassen, könnten an sich die Schwingungen
aus dein Tritt fallen und im späteren Verlauf sogar gegenläufigen Richtungssinn
bekommen. Praktisch hat aber auch dieser Einwand keine Bedeutung, weil die Schwingungen
bis zu dem "Leitpunkt, an welchem sie gegenläufig werden könnten, abgeklungen sind
oder durch Schwingungsdämpfer (sogenannte Stoßdämpfer) abgebremst werden. Entscheidend
sind nur die ersten zwei oder drei Schwingungen nach dein Anstoß. In diesem kurzen
Zeitraum kann das Wogen praktisch störungsfrei erreicht werden.
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Zur Erzielung des Wogens ist, wie dargelegt, eine verhältnismäßig
langsame, von den Vorderrädern angestoßene Schwingung der Wagenmassen notwendig.
Diese kann iin wesentlichen durch zwei Mittel erreicht werden, nämlich durch weiche
Vorderfedern einerseits und durch Vorverlegen von :Nassen über die Vorderachse andererseits.
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Bei den üblichen, unabhängig voneinander auf je ein Rad wirkenden
Vorderfedern kann die Weichheit der Vorderfedern nur in engen Grenzen gesteigert
werden, weil jede Vergröl,lertiiig der Weichheit dieser .Federn bei -leichgerichteten
Hubbewegungen, wie sie zur `lcänipfting des Nickens günstig ist, auch ei;i.te Vergrößerung
der Weichheit bei entgelengerichteten Hubbewegungen zur Folge hat. die aber gerade
unerwünscht ist. Beim Durchfahren einer Kurve ist nämlich die Neigung des Z-Wagens
um so größer, je weicher #lie Federn bei entgegengerichteten Hullbewegtiiig eil
der Räder sind. In engen Kurven und beim plötzlichen Ausweichen im Stadtverkehr
knickt außerdem ein `Vasen mit weichen. unabhängig wirkenden Vorderfedern vorn außen
stark ein, weil das äußere Vorderrad besonders hoch belastet wird. Die @-ergröllei-tinr
der Weichheit unabhängig wirkender Feilei-li wäre also nur eine Notlösung, bei welcher
ein anderer schwerwiegender \achteil, nämlich eine größere Kurvenneigung, in Kaut
gen<1niinen werden müß te.
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Da der `'Vagen null weder nicken mich sich in Kurven übermäßig neigen
soll. -bestand die Erfindung in der Schaffun- einer Federung, welche beide Ford
erungeii erfüllt. also bei gleichgerichteten @ul>t>e«-egungen fler-Räder sehr weich
arbeitet, dagegen bei entgegengerichteten Hubbewegungen eine ausreichende Härte
behält.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Vereinigung der folgenden,
für sich allein l,ereits bekannten Merkmale: i. die IZiifler sind durch Federarme
und Lenker f-ider durch mehrere Lenker parallel oder annähernd parallel zum Fahrzeugrahmen
geführt, 2. zur Federung dient eine einzige Blattfeder. 3. <lie einzelnen Teile
der Blattfeder sind dirart hintereinandergeschaltet, daß ein Teil vornehmlich nur
bei gleichgerichteten @dubliewegungen arbeitet und die auf (las lUderpaar wirkenden
Rückstellkräfte bei entrichteten Hubbewegungen der Räder größer sind als bei ebenso
großen, aber gleicligei-icliteten Hubbewegungen.
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Es sind zwar Federungen bekannt, die au: zwei übereinander
und quer zur Fahrtrichtung liegenden Blattfedern bestehen, welche auf ein durch
Lenker geführtes Räderpaar wirken. Der hauptsächliche Nachteil dieser Bauart besteht
darin, daß die beiden quer liegenden Blattfedern die Vereinigung von 1Zassen in
der Nähe der Achse. d. h. in der Fähe der durch die Raddrehachsen gelegten Ouerebene,
behindern. Dieser Raum wird durch die beiden üb ereinanderliegenden die von der
einen bis zur anderen Fahrzeugseite hinüberreichen müssen, versperrt. Die Verlegung
von Massen über die Achse ist aber ein wichtiges Mittel zur -Verbesserung der Federung.
weil die Feflerungswirkttng nicht allein von der an sich begrenzten
Weichheit
der Federn abhängt, sondern auch von der Verteilung der Massen.
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Jede :der beiden Federn- der bekannten Bau-. art muß außerdem in je
zwei Befestigungsstellen am Rahmen drehbar gelagert werden, so däß im ganzen vier
Federlager am Rahmen notwendig sind. Hierdurch wird die Bauart umständlich und teuer.
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Eine andere, gleichfalls bekannte Bauart ist eine Pendelachse, bei
der jedes Wagenrad durch einen Hebel geführt wird. Diese Radführung ergibt bekanntlich
große Kreiselmomente in den Wagenrädern, besonders dann, wenn die Lager der Pendelartne
weit auseinanderliegen, wie dies in der vorgeschlagenen Bauart wegen der Lagerung
der Blattfedern in zwei Befestigungsstellen notwendig ist. Infolge der großen Kreisellnotnente
neigen die Räder zu Eigenschwingungen. Außerdem sind die Spurveränderungen der Räder
beim Durchfedern sehr groß. Bei gleichgerichteten Hubbewegungen ist die Spurveränderung
der beiden Räder beiderseits nach außen oder beiderseits nach innen gerichtet, d.
h. es tritt beim Durchfedern eine merkliche Änderung der Spurweite ein. Ohne die
Änderung der Spurweite ist eine Federung nicht möglich, Die Reifen müssen dabei
auf der Fahrbahn eine Seitenbewegung ausführen, welche besonders bei mittleren und
kleineren Fahrgeschwindigkeiten -nicht ohne weiteres möglich ist und die Federung
bei gleichgerichteten Hubbewegungen behindert. Die wünschenswerte weiche Federung
bei gleichgerichteten Hubbewegungen ist also bei Pendelachsen nicht in vollkommenem
Maße erreichbar.
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Schließlich ist noch eine Bauart bekannt, bei der die Räder durch
Lenker und Federartne geführt werden. Obwohl hier die Vereinigung von Massen in
der Nähe der Achse zwischen den Lagern der Lenker möglich wäre, kann doch die Eigenschwingungszahl
der Massen nicht weit genug herabgedrückt werden, da die verwendete Federung bei
gleichgerichteten Hubbewegungen der Räder härter wirkt als bei entegegengeri.chteten
Hubbewegungen.
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Durch die erfindungsgernäße Vereinigung der drei erwähnten Merkmale
werden gewichtige Vorteile erreicht, die über das hinausgehen, was der Fachmann
aus der gleichzeitigen Anwendung der, wie dargelegt, für sich allein bekannten Merkmale
erwarten konnte: Es wurde schon darauf hingewiesen, daß die zur Bekämpfung des Nickens
notwendige, verhältnismäßig langsame, von den Vorderrädern angestoßene Schwingung
durch zwei Mittel erreicht werden kann: einerseits durch eine weichere Federung
bei gleichgerichteten Hubbewegungen, andererseits aber auch durch Vorverlegen von
Massen über die Vorderachse. Beide Mittel wirken sich in einer Verlängerung längerung
der Schwingungszeiten aus, d. h.
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sie ergeben kleinere und günstigere Schwingungszahlen.
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Wenn beispielsweise die Blattfeder unten liegt und ihre Artase die
Räder führen, so bleibt Raum zwischen den oberen Hebeln frei, der vorteilhaft zur
Vereinigung von Hassen in der Nähe der durch die Raddrehachsen gelegten Ouerebene
verwendet werden kann. Wenn umgekehrt die Feder oben liegt; so können Teile des
Fahrzeugs zwischen den Lagern der unteren Hebel angeordnet werden.
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Bei der Vorderachse kann z. B. der Motor nebst Kupplungs- und Getriebegehäuse
vorverlegt werden und die Querfeder über oder unter diesen Teilen von der einen
zur anderen Fahrzeugseite herüberreichen. Die Verwendung nur einer Ouerfeder hat
also den besonderen Vorteil, daß durch Vorverlegung von Massen eine noch weicher
wirkende Federung, d. h. noch kleinere Eigenschwingungszahlen, erreicht werden können
als durch die Hintereinanderschaltung der Teile der Blattfeder allein.
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Infolge der Verwendung nur einer Blattfeder ist die Anordnung auch
einfacher und billiger und hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Eigenreibung einer
einzigen kräftigeren Blattfeder kleiner gehalten werden kann als die Summe der Reibungen
mehrerer schwächerer Federn.
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Da Blattfedern dieser Art in zwei Punkten am Rahmen gelagert sein
müssen und wegen ihrer besonderen Wirkungsweise von der einen zur anderen Fahrzeugseite
herüberreichen, d. h. eine verhältnismäßig große Länge haben müssen, ist eine sorgfältige
Stufung der Federn durch f#bereinanderschichten längerer und kürzerer Federblätter
unerläßlich. Ist die Blattzahl zu gering, so ergeben sich übermäßig große Sprünge
in der Beanspruchung an :den Enden der einzelnen Federblätter. Die Blattzahl je
Feder darf also aus Festigkeitsgründen nicht zu klein gewählt werden, auch dann
nicht, wenn die Last auf mehrere Federn verteilt ist. Aus diesem Grunde kann die
Blattzahl einer einzigen kräftigeren Feder kleiner gehalten werden als die Summe
der Blattzahlen von mehreren schwächeren Federn. Da die Reibung mit der Blattzahl
wächst, ist also mit einer einzigen Feder eine geringere Eigenreibung erreichbar.
Zur Verminderung der Reibung bei Verwendung einer einzigen Blattfeder trägt auch
die geringere Zahl der Federlager am Rahmen bei.
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Die geringere Eigenreibung verbessert auch die Federungswirkung bei
einseitigen und entgegengerichteten Hubbewegungen der Räder.
Es
ist anzustreben, die bei dieser Bewegungsart ohnehin härtere Federung möglichst
reibungsfrei arbeiten zu lassen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Die Wagenräder r -und s sind durch die Lenker i und ! und durch die
Arme o und p der Blattfeder geführt. Die Blattfeder ist in c1 und c. am Fahrzeugrahmen
drehbar gelagert, wobei durch irgendwelche Mittel geringe Horizontalbewegungen innerhalb
wenigstens eines Lagers möglich sein müssen, um Längenänderungen der Blattfeder
beim Durchfedern auszugleichen.
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Die bei entgegengerichteten Hubbewegungen härtere Federung als bei
gleichgerichteten Hubbewegungen wird durch eine einzige Feder erreicht. Der mittlere
Teil d der Feder arbeitet vornehmlich nur bei gleichgerichteten Hubbewegungen der
Wagenräder. Bei dieser Bewegungsart sind die beiden äußeren Teile o und p der Feder
und der mittlere Federteil d
hintereinandergeschaltet, so daß die Federung
bei dieser Bewegungsart infolge der Hintereinanderschaltung der Federteile weicher
wird. Bei entgegengerichteten Hubbewegungen arbeiten dagegen im wesentlichen nur
die äußeren Teile o und p der Feder, so daß die Federung dann härter ist.
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Der Raum zwischen den inneren Lagern der Lenker i und l bleibt frei
und wird durch die Federung nicht, in Anspruch genommen. In diesem Raum kann z.
B. der Motor vorverlegt werden, wie oben beschrieben.
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Statt wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Blattfeder bei
der Führung der Räder mitwirken, d. h. sie mit ihren Armen am Achsschenkelträger
gelenkig angreifen und zusammen mit j e einem Lenker die Räder führen zu lassen,
kann man die Anordnung auch so treffen, daß die Federkräfte mittelbar auf die die
Räder führenden "feile übertragen werden. Das geschieht z. B. in der Form, date
die Räder ausschließlich durch Lenkerpaare parallel geführt werden und die einzige
Blattfeder dann mit den oberen oder unteren Lenkern zusammenwirkt und die Federkräfte
auf diese überträgt. Auch in diesem Fall bleibt ausreichend Raum zwischen den inneren
Lagern zweier gegenüberliegender Lenker frei, der zur Vorverlegung von Massen ausgenutzt
«-erden kann.
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Wenn sich auch die hauptsächlichen Vorteile der Erfindung besonders
augenfällig bei der Verwendung für das Vorderradpaar von Kraftfahrzeugen auswirken,
so kann doch auch gelegentlich bei Hinterachsen vom Erfindungsgegenstand Gebrauch
gemacht werden.