DE811893C

DE811893C - Luftfeder, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE811893C
Application number: DEP14280D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Kordes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-08-23

Description

Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, welche sich neben der Einfachheit ihrer Ausführung besonders durch ihre vollkommene Luftdichtigkeit sowie der hierdurch bedingten Betriebssicherheit auszeichnet und darüber hinaus die Möglichkeit gibt, die Federung den einzelnen Belastungsfällen anzupassen.
Bekanntlich läßt sich die Charakteristik einer mechanischen Federung gar nicht oder nur sehr wenig verändern, es sei denn, daß mittels verhältnismäßig verwickelter Vorkehrungen die Vorspannung der mechanischen Feder geändert wird. Die Wirkung der mechanischen Federung ist daher von der Belastung abhängig, d. h. die gewünschten günstigsten Federungseigenschaften ergeben sich bei Fahrzeugen erst bei voller Belastung der letzteren. Bei voller Belastung federt das Fahrzeug weich, während bei leerem Fahrzeug die Federung nur gering oder hart ist. Die harte Federung hat bei jedem Fahrzeug größere Beanspruchungen durch die Fahrbahnkräfte zur Folge, was einen höheren Verschleiß in fast allen Teilen des Fahrzeuges mit sich bringt. Um eine stets günstige Federung zu erhalten, müßte die Federung jedem auftretenden Belastungsfall anpaßbar sein.
Soweit Luftfederungen in Vorschlag gebracht worden sind, scheiterten sie an der Notwendigkeit einer vollkommenen Luftdichtigkeit. Die bei den versuchten Abdichtungen auftretenden Schwierigkeiten waren so groß, daß die Federungen nicht zur Einführung gelangen konnten; denn selbst an sich dichte Abdichtungen sind einem Verschleiß unterworfen, der die Abdichtungen sehr schnell unbrauchbar macht.
Nach der Erfindung ist das Luftpolster in einen dichten elastischen Balg eingeschlossen, wobei dieser Balg glatt und aus an sich federndem oder spannkräftigem Material oder aus an sich starrem, jedoch durch geeignete Formung einen spannungskräftigen Balg ergebendem Material bestehen kann, wie letzteres z. B. bei einem Faltenbalg aus Metall der Fall ist. Auch eine Kombination beider Möglichkeiten ist denkbar, indem beispielsweise ein Faltenbalg aus Gummi in einem Faltenbalg aus Metall eingebracht ist. Durch die Anordnung des Luftpolsters in einem dichten elastischen Balg sind die bisher durch die Undichtigkeiten der bekannten Luftfedervorschläge bedingten Unzuträglichkeiten vermieden und darüber hinaus noch der Vorteil erreicht, daß eine den jeweiligen Bedarfsverhältnissen entsprechende Luftfüllung vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Füllung des Balges regelbar sein, wozu sich der Balg mit einem bedarfsweise zu öffnenden Auslaß versehen und bedarfsweise auf Speisung einstellbar an eine Druckluftquelle anschließen läßt. Hierdurch ist erreicht, daß z. B. bei Kraftwagen während der Benutzung des Kraftwagens die Federung der Belastung entsprechend eingestellt werden kann, was namentlich beim Omnibusbetrieb von Wichtigkeit ist, wo während der Fahrt an Haltestellen oft eine erhebliche Verringerung oder Vermehrung der Zahl der Fahrgäste eintritt. Hier kann bei einer Verringerung der Zahl der Fahrgäste Federungsluft abgelassen und bei einer Vergrößerung der Fahrgastzahl Luft zugeführt werden, so daß die Federung stets der Belastung angepaßt ist. Durch die Vorsehung geeigneter Meß- und Steuerinstrumente kann der Regelvorgang vollkommen selbsttätig vor sich gehen.
Im einzelnen kann das umhüllte Luftpolster in einer unter dem Einfluß der Belastung zusammenschiebbaren Kammer vorgesehen sein. Hierbei hat zweckmäßig der ungefüllte elastische Luftbalg eine geringere räumliche Ausdehnung, als es der voll zusammengedrückten Feder entspricht. Dies bietet den Vorteil, daß der Balg das Bestreben hat, sich zusammenzuziehen und daher bei einem Zusammendrücken des Luftpolsters dem Zusammenschieben der Kammer ohne verschleißende Reibung an deren Wänden folgt.
Die Kammer kann aus einem teleskopartig zusammenschiebbaren Zylinder bestehen. Es ist aber auch möglich, einen Zylinder mit einem verschiebbaren Bodenkolben vorzusehen.
Es empfiehlt sich, dem elastisch umhüllten Luftpolster eine Dämpfungseinrichtung zuzuordnen, so daß Stöße sich nicht nachteilig auswirken können. Eine solche Dämpfungseinrichtung kann aus einem zweckmäßig beim Überschreiten eines Höchsthubes in einen Zylinder mit gedrosseltem Luftauslaß eindringenden Kolben bestehen. Hierbei kann der in den Zylinder eindringende Kolbenhub durch einen elastischen Puffer begrenzt sein.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß sich die Dämpfungseinrichtung bei Hubfedern innerhalb des umhüllten Luftpolsters anordnen läßt, so daß die Feder die Dämpfungseinrichtung mit enthält.
Ist das umhüllte Luftpolster als Hubfeder innerhalb eines in seiner Länge veränderlichen Zylinders angeordnet, dann kann die Polsterumhüllung als Faltenbalg ausgebildet sein. In den Faltentälern kann der Balg von Ringen aus unnachgiebigem Werkstoff, so Metallringen, umgeben sein. Diese Metallringe verhindern eine radiale Ausdehnung des Balges und beugen damit einer haftenden Anlage des Faltenbalges an der Zylinderwandung vor. Außerdem lassen sich auf den Außenspitzen der Faltung Schutzkappen vorsehen, wodurch eine den Balg verschleißende Reibung der Außenspitzen an der Zylinderwandung verhindert wird.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, daß ein Hohlzylinder durch die Radialstege in Längskammern unterteilt und in den Hohlzylinder ein Achskörper mit in den Kammern liegenden Flügeln unter Vorsehung der Luftbälge zwischen den Radialstegen und den Flügeln verdrehbar eingesetzt ist. Auf diese Weise ist eine Luftfeder geschaffen, die als Drehfeder wirkt und in ihrer Wirkungsweise den Torsionsfedern entspricht.
Zweckmäßig ist zwischen den Flügelenden und dem Innenumfang des Hohlzylinders ein Bremsbelag vorgesehen. Durch den Bremsbelag erhält die Drehfeder eine Dämpfeinrichtung.
Dem Innenumfang des Hohlzylinders gleichgerichtete Abwinklungen können als Bremsbacken wirken. Vorteilhaft besitzen die Abwinklungen von ihrem Ende nach dem Winkelscheitel zu Steigung zum Innenumfang des Hohlzylinders. Die Wirkung hiervon ist, daß mit dem Wachsen des Federausschlages auch die Bremsung oder Dämpfung eine Verstärkung erfährt.
Die elastischen Luftbalge können zweckmäßig im Bereich des Bremsbelages einen die Flügelabwink-Jung untergreifenden Schutzüberzug aufweisen. Der Schutzüberzug verhindert einen Verschleiß durch Berührung der Abwinklungen mit den Bremsbalgen. Auch tritt eine gewisse nachgiebige Verformung der Achsflügel durch das Vorbeistreichen der Abwinklungen an dem Bremsbelag ein.
Die Zeichnung veranschaulicht verschiedene AusführungsbeisQiele der Erfindung.
Abb. i läßt eine Luftfeder mit in Achsrichtung zusammendrückbarem Luftbalg im Aufriß erkennen; Abb. 2 gibt eine etwas veränderte Ausführungsform der Hubfeder nach Abb. i im Aufriß wieder; Abb. 3 verdeutlicht einen Teil des elastischen Balges herausgezeichnet; Abb. 4 ist ein Längsschnitt durch eine als Drehfeder ausgebildete Luftfeder; Abb. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-1 in Abb. 4 ; Abb. 6 stellt die Anordnung von Lufthubfedern in ihrer Verteilung für einen Fahrzeugrahmen im Grundriß dar; Abb. 7 gibt die Anordnung von Luftdrehfedern in ihrer Verteilung für einen Fahrzeugrahmen im Grundriß wieder; Abt). 8 läßt die Anbringung der Lufthubfedern an einem Fahrzeugrahmen in Stirnansicht erkennen; Abt). 9 und io zeigen in Seitenansicht und Stirnansicht die Radabfederung mit Luftdrehfedern. Gemäß Abb. i ist in dem teleskopartig zusammenschiebbaren Zylinder i als Kammer ein Faltenbalg 2 aus Metall oder einem elastischen Werkstoff angeordnet. Für den Regelfall kommt als Werkstoff für den Balg Gummi in Frage. An Stelle des Faltenbalges kann auch ein Balg in Form eines glatten Gummizylinders ohne Falten verwandt werden. Der Balg ist mit einem Ventil 3 versehen, über welches er mit Luft bis zum notwendigen Druck gefüllt wird. An der oberen Stirnfläche weist der Balg in seinem Inneren einen Kolben 4 auf, dem ein Zylinder 5 auf dem Balgboden entspricht. Der Zylinder 5 ist in der Nähe seines Bodens mit einem gedrosselten Ausgang 6 versehen, dessen Größe dem gewünschten Grad der Dämpfung entsprechend bemessen ist. Die Drosselung läßt sich auch durch ein Rückschlagventil regeln. Durch den Auslaß strömt die im Zylinder zusammengepreßte Luft wieder in den Balg aus.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist noch eine Dämpfung durch den Zylinderringraum 7 gegeben, indem die in diesem Raum zusammengedrückte Luft entgegen dem Dichtungswiderstand ins Freie entweicht und in den Ringraum beim Aufwärtsgang der Feder durch die Dichtung hindurch wieder Luft angesaugt werden muß. Der Federhub nach unten und oben ist durch die Gummipuffer 8 begrenzt. Naturgemäß kann der Ringraum auch in Fortfall kommen. Die Pufferung erfolgt dann in anderer geeigneter Weise.
In Abb. 2 ist der zweite Außenzylinder fortgelassen und an Stelle dessen der Zylinder mit einem Bodenkolben 9 ausgerüstet, dessen Hub nach unten durch ein Gummipolster io begrenzt ist. Die Begrenzung des Federhubes nach oben ist durch den Gummipuffer i i gebildet.
In den Tälern des Faltenbalges sind Metallringe 12 vorgesehen. Diese Metallringe verhindern, daß der Balg durch den Luftdruck seinen Durchmesser vergrößert und sich die Faltung gegen die Zylinderwand legt. Die Faltenspitzen können mit Metallkappen 13 versehen sein, welche einem Verschleiß der Gummikanten vorbeugen.
Wird an Stelle eines Faltenbalges ein glatter Gummizylinder verwandt, so legt sich letzterer mit seiner ganzen Umfangsfläche an die Zylinderwandung an. Der Gummizylinder hat im ungefüllten Zustand eine geringere Raumausdehnung, als es der voll zusammengedrückten Feder entspricht, so daß der Gummizylinder im ungefüllten Zustand sowohl kürzer als auch im Durchmesser geringer als der gefüllte Gummizylinder ist. Dieser Umstand und das Bestreben des Gummizylinders, sich zusammenzuziehen, unterstützen das Ablösen des Gummis beim Aufundabgehen beider Zylinderhälften, falls eine Abb. i entsprechende Ausführungsform gewählt ist.
Sowohl bei der Wahl eines glatten Gummizylinders als auch bei der Wahl eines Faltenbalges kann das Innere des Innenzylinders leicht konisch gehalten werden. Durch die Verwendung von dem Gummi nicht schadender Schmiermittel läßt sich der Reibungswiderstand weiter herabsetzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i und 2, welche die Luftfeder als Hubfeder wiedergeben, kann der Fahrzeugrahmen an dem oberen Auge 14 und die Radachse an dem unteren Auge 15 angreifen. Der Ort der Anbringung der Luftfeder am Fahrzeugrahmen ist an sich gleichgültig.
Während Abb. i und 2 die Luftfeder als Hubfeder zeigen, lassen Abb.4 und 5 die Federausbildung als Drehfeder erkennen.
Gemäß Abb. 4 und 5 ist ein Hohlzylinder 16 durch radiale Stege 17 in Längskammern unterteilt. In den Hohlzylinder ist ein Achskörper 18 mit Flügeln i9 eingesetzt. Zwischen den Flügeln i9 und den Stegen 17 liegen die Luftbalge 2o, die durch Ventile 21 mit Luft gefüllt werden. Die Flügelenden sind in die Drehrichtung des Achskörpers abgewinkelt, und zwar so, daß die Abwinklungen 22 nach dem Winkelscheitel zu Steigung gegenüber dem Innenumfang des Hohlzylinders haben. Außerdem ist zwischen den Abwinklungen und dem Innenumfang des Hohlzylinders ein Bremsbelag 23 vorgesehen. Die Balge haben im Bereich des Bremsbelages einen Schutzbelag 24. Auf der den Balgen abgewandten Seite tragen die Radialstege einen Gummipuffer 25.
Die Federwirkung kommt bei der Drehfeder dadurch zustande, daß bei einer Drehung der die Achsflügel tragenden Welle die Luftbalge gegen die Radialstege gedrückt und das in ihnen befindliche Luftpolster zusammengedrückt wird, wobei die Balge infolge ihrer Unterdimensionierung das Zusammendrücken begünstigen und schädlicher Reibung vorbeugen. Mit der Drehung der Achsflügel tritt über die Bremsbeläge eine Bremsung und Dämpfung ein, die sich mit der Größe des Federausschlages steigert. Unter dem Einfluß der Bremsung erleiden die Flügel eine federnde Verformung.
Wie aus Abb. 6 und'7 erkennbar ist, können die Luftfedern eines jeden Rades über entsprechende Leitungen 26 und geeignete Ventile an einen Preßluftvorrat, z. B. eine Luftflasche 27, angeschlossen sein, der durch eine geeignete Quelle, z. B. einen Kompressor oder Luftpumpe 28, stets aufgeladen wird. Durch Messung des Raddruckes oder des Abstandes des Fahrzeugrahmens von der Achse kann der Luftdruck der Luftfeder den jeweiligen Belastungsfällen entsprechend eingestellt werden, indem Luft aus der Feder abgelassen oder die Feder mit Luft aufgeladen wird.
Die Hubfeder ist, wie Abb.6 und 8 erkennen lassen, an Stelle der sonst üblichen Blattfeder zwischen der Achse 29 und dem Fahrzeugrahmen 30 angeordnet. Bei der Luftdrehfeder ist der Luftzy linder in geeigneter Weise am Fahrzeugrahmen angebracht und das Rad über einen Schwinghebel 31 mit der Welle 32 des die Flügel tragenden Achskörpers verbunden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Luftfeder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftpolster in einem dichten elastischen Balg eingeschlossen ist.
2. Luftfeder nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung des Luftbalges regelbar ist.
3. Luftfeder nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg mit einem bedarfsweise zu öffnendem Auslaß und bedarfsweise auf Speisung einstellbar an eine Luft-' druckquelle angeschlossen ist.
4. Luftfeder nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das umhüllte Luftpolster in einer unter dem Einfluß der Belastung zusammenschiebbaren Kammer vorgesehen ist.
5. Luftfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ungefüllte elastische Luftbalg eine geringere räumliche Ausdehnung hat, als es der voll zusammengedrückten Feder entspricht.
6. Luftfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer aus einem teleskopartig zusammenschiebbaren Zylinder besteht.
7. Luftfeder nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder mit verschiebbarem Bodenkolben das elastisch umhüllte Luftpolster enthält. B.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem elastisch umhüllten Luftpolster eine Dämpfungseinrichtung zugeordnet ist.
9. Luftfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum elastischen Luftbalg ein zweckmäßig beim Überschreiten eines Höchsthubes in einem Zylinder mit gedrosseltem Luftauslaß eindringender Kolben vorgesehen ist. io.
Luftfeder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des in den Zylinder eindringenden Kolbens durch einen elastischen Puffer begrenzt ist. i i.
Luftfeder nach einem der Ansprüche S und 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei als 1-iubfeder ausgebildeter Luftfeder die Dämpfungseinrichtung innerhalb des elastischen Luttbalges vorgesehen ist.
12. Luftfeder nach einem der Ansprüche 6 bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderinnere leicht konische Form hat.
13. Luftfeder nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Umhüllung des Luftpolsters als Faltenbalg ausgebildet ist.
14. Luftfeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die r'altentäler Ringe aus unnachgiebigem Werkstoff eingesetzt sind.
15. Luftfeder nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenspitzen der Falten mit Schutzkappen versehen sind.
16. Luftfeder nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlzylinder durch Radialstege in Längskammern unterteilt und in den Hohlzylinder ein Achskörper mit in den Kammern liegenden Flügeln unter Vorsehung der elastischen Luftbehälter zwischen den Radialstegen und den Flügeln verdrehbar eingesetzt ist.
17. Luftfeder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flügelenden und dem Innenumfang des Hohlzylinders ein Bremsbelag vorgesehen ist.
18. Luftfeder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelenden eine Abwinklung in der Drehrichtung aufweisen. i9.
Luftfeder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinklung von ihrem Ende nach dem Winkelscheitel zu Steigung zum Innenumfang des Hohlzylinders besitzt.
20. Luftfeder nach Anspruch i9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Luftbalge zweckmäßig im Bereich des Bremsbelages einen die Flügelabwinklung untergreifenden Schutzüberzug aufweisen.
21. Luftfeder nach einem der Ansprüche 2 bis i9 in der Anordnung an Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfeder eines jeden Rades bedarfsweise auf Speisung einstellbar an eine Druckluftquelle angeschlossen und mit einem bedarfsweise zu öffnenden Luftauslaß versehen ist.