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Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf eine Abfederung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die unter der Einwirkung
einer in Abhängigkeit von der Federdurchbiegung arbeitenden flüssigkeitsverdrängenden
Einrichtung steht und bei der die Feder eines Rades, beispielsweise eine urigeführte
Schraubenfeder, mit einem hydraulischen Kraftverstärker derart zusammenarbeitet,
daß der Beginn der Federverstärkung ohne Verzögerung bei jeder beliebigen Radstellung
erfolgen kann.
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Es sind Abfederungen von Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen die Federungsmittel
für eine bestimmte Belastung des Fahrzeuges ausgelegt und daher für geringere Belastungen
zu hart und für höhere zu weich sind. Um diesen Nachteil etwas zu mildern, hat man
in einigen Fällen die Federn nachstellbar ausgebildet, derart, daß vor Aufbringen
der Beladung das Federgegenlager verstellt wird. Die Verstellung des Federgegenlagers
vor Aufbringen der Last ist für eine allgemeine Verwendung,besonders bei Personenfahrzeugen
wegen des bei diesen Fahrzeugen häufigen Beladungswechsels, zu umständlich.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, progressiv wirkende Federn
zu verwenden und diese derart anzuordnen, daß die Federkennlinie mit zunehmendem
Hub härter wird. Die progressive Feder bindet die Federkennlinie aber derart an
die Radstellung, daß eine weiche Federung nur bei ausgefedertem, eine harte Federung
nur bei eingefedertem Rad wirksam wird. Dies führt besonders bei Schwinghalbachsen
zu erheblichen Spur-und
Sturzveränderungen der Räder mit den bekannten
nachteiligen Folgen, insbesondere erhöhter Reifenabnutzung.
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Man ist auch schon dazu übergegangen, Hilfsfedern zu verwenden, die
während der Fahrt nach Wunsch zugeschaltet werden können. Dadurch werden die vorgenannten
Nachteile zwar vermieden, da die Hauptfedern durch Zuschaltung von Hilfsfedern härter
bzw. deren Abschaltung weicher gemacht werden können. Ein wesentlicher Nachteil
dieser Maßnahme bleibt aber insofern bestehen, als die Zu- bzw. Abschaltung eine
Zeit erfordert, die meist zu lang ist, um die Federung einem schnellen Lastwechsel
anzupassen. Ein Lastwechsel tritt nicht nur bei einer Änderung der Beladung ein,
sondern auch beim Kurvenfahren. Hierbei werden bekanntlich die Innenräder entlastet
und die Außenräder belastet, was zu einem sehr störend empfundenen Überneigen des
Wagenaufbaues führt. Das Neigen des Wagenkastens macht sich besonders dann bemerkbar,
wenn eine Kuve mit kleinem Radius schnell durchfahren wird. Gerade dann ist aber
die Zeit viel zu kurz, um eine Feder noch so rechtzeitig nachstellen zu können,
daß das Überneigen nicht oder in merklich geringerem Maße auftritt. Außerdem muß
die Verstellung gegen die erhöhte Last durchgeführt werden. Es wäre also eine erhebliche
Verstellarbeit zu leisten. Die Verwendung von Hilfsfedern hat also den Nachteil,
daß besonders beim Passieren enger Kurven die gewünschte Verstärkung der Federung
der kurveninneren Räder erst wirksam wird, wenn das- Fahrzeug den größten Teil der
Kurve bereits durchfahren hat. Die Einschaltung von Hilfsfedern stellt außerdem
einen unnötigen Bauaufwand dar..
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Federungseinrichtungen
vermieden, und zwar besteht sie darin, daß die mit ihrem einen Ende gegen die Radachse
oder die Räder führenden Lenker abgestützte Schraubenfeder mit ihrem dem Rahmen
bzw. dem Wagenkasten zugekehrten Ende gegen einen in einem Zylinder geführten Druckkolben
abgestützt ist und der als rahmenseitiges Stützlager für die Schraubenfeder dienende
Kolben -durch einen zweiten an der Achse angelenkten Hilfskolben über eine die beiden
Kolben verbindende Druckleitung verstellbar ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. I zeigt schematisch eine mit einer Schraubenfeder abgefederte
Pendelachse, an der die. Vorrichtung gemäß der Erfindung angebracht ist. Die Achse
I stützt sich gegen die Federe, deren Gegenlager von einem Kolben 3 gebildet wird,
der in einem Zylinder 4 beweglich ist. Der Zylinder 4 steht über eine Leitung 5
mit einem Hilfszylinder 6 in Verbindung, in dem ein Hilfskolben 7 angeordnet ist,
der über ein Pleuel 8 ebenfalls mit der Achse I in Verbindung steht. In der Leitung
5 befindet sich ein Absperrorgan, beispielsweise der Hahn 9, durch den die Leitung
5 nach einem Behälter Io hin geöffnet werden kann. Die Leitung 5 steht ferner über
eine Leitung i i, in der sich ein Schnüffelventil I2 befindet, mit dem Luftraum
über dem Flüssigkeitsspiegel des Schalters Io in Verbindung.
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Im normalen Betrieb, d. h. bei weicher Federung, ist der Hahn 9 zum
Behälter hin offen. Der Kolben 3 wird durch die Feder 2 gegen einen festen Anschlag,
z. B. gegen den Rand des Zylinders 4, gedrückt, wodurch die Feder an ihrem dem Rahmen
zugekehrten Ende ein festes Gegenlager findet. Gegebenenfalls können zwischen dem
Anschlagflansch des Kolbens 3 und dem abgebördelten Zylinderrand nachgiebige Einlagen,
beispielsweise Gummiringe, eingefügt werden. Der Hilfskolben 7 bewegt sich der Radbewegung
folgend im Hilfszylinder 6 auf und ab und drückt die Betriebsflüssigkeit in den
Behälter Io, bzw. er saugt die Flüssigkeit aus dem Behälter heraus. Soll die Feder
hart gemacht werden, so wird der Hahn 9 geschlossen. Damit kann die vom Hilfskolben
7 beim Aufwärtshub verdrängte Flüssigkeit nicht mehr in den Behälter Io entweichen.
Sie gelangt in den Zylinder 4, und zwar auf die Oberseite des Kolbens 3, der sie
vom festen Anschlag abhebt. Hierdurch wird die Feder bei einem bestimmten Hub des
Rades nicht mehr nur von unten, sondern auch von oben her- zusammengedrückt;- d.
h., die Zusammen- -drückung der Feder ist jetzt bei dem gleichen Radhub größer,
d. h., die Federkraft ist stärker. Mit dieser erhöhten -Kraft stützt sich die Feder
aber über den Kolben 3 auf die Flüssigkeit und erzeugt so in dieser, einen bestimmten
Druck. Dieser Druck wirkt nun wieder auf-den Kolben 7 und erzeugt so an diesem eine
Kraft, die ebenfalls über das Pleuel8 der Hubbewegung entgegen auf die Achse wirkt.
Die Gesamtfederkraft wird dadurch also weiter verstärkt.
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Bei der Abwärtsbewegung des Rades geht zunächst der Kolben 3 bis an
den festen Anschlag zurück, weil die Flüssigkeit wieder über die Leitung 5 vom Hilfskolben
7 zurückgesaugt wird. Hat der Kolben 3 den Anschlag erreicht, so wird bei weiterer
Abwärtsbewegung des Rades die Feder entspannt, und der Hilfskolben 7 saugt über
die Leitung i i und das Schnüffelventil 12 Luft an. Bei der nächsten Aufwärtsbewegung
wird zunächst die Luft zusammengedrückt; gleichzeitig spannt sich die Feder. Wenn
der Druck in der Leitung über dem Kolben so groß geworden ist, daß die von ihm auf
den Kolben 3 ausgeübte Kraft die Federkraft überwindet, so wirkt die Abfederung
wieder im beschriebenen Sinne.
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Fig.2 zeigt den Verlauf der Federkraft über den Radweg. Die Kennlinie
der unbeeinflußten Feder ist die Gerade 0A. Bei der Radstellung B
hat die
Feder die Kraft BC. In dieser Stellung wird das - Absperrorgan geschlossen. Die
Federkraft erfährt dann einen plötzlichen Anstieg um den Betrag CD, dessen Größe
von der Federkraft selbst abhängt sowie von dem Verhältnis der Kolbenflächen und
von dem Verhältnis der Hebelarme der Feder und des Hilfskolbens -auf der Achse zueinander
in bezug auf deren Drehpunkt. Von D ab verläuft die Federkraft nach der Geraden
DE. Sie
ist nun um so viel stärker geworden, daß sie das
Rad nicht mehr bis zur Stellung F durchfedern läßt, sondern daß sie es bereits bei
der Stellung C auffängt. Bei der Abwärtsbewegung des Rades folgt die Federkraft
wieder der Linie ED vom Punkte Cl an abwärts bis D, geht dort auf C zurück und folgt
von da ab der Linie 00 weiter bis Hl bei der tiefsten Stellung R des Rades. Beim
erneuten Aufwärtsgang wird die Federkraft durch die Kompression der angesaugten
Luft verstärkt und folgt der gestrichelten Linie H1 Dl, bis der Druck auf der Oberseite
des Kolbens die Federkraft überwindet. Da in dem System jetzt neben der Flüssigkeit
noch die angesaugte Luft vorhanden ist, liegt Dl etwas links von D. Von Dl an folgt
die Federkraft weiter der gestrichelten Linie bis zum Punkte G2, der ebenfalls etwas
links von Cl liegt. Der gestrichelte Linienzug stellt dann die neue Federkennlinie
dar.
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Diese Federkennlinie ist keine gerade Linie, was im allgemeinen auch
nicht erforderlich ist. Soll jedoch in besonderen Fällen die Kennlinie der verstärkten
Feder gerade sein,so muß der Hilfskolben beim Abwärtsgang nicht Luft ansaugen sondern
Flüssigkeit. Zu diesem Zweck wird das Schnüffelventil unter dem Flüssigkeitsspiegel
des Ausgleichsbehälters angeordnet.
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Soll die Feder wieder weich gemacht werden, so genügt es, den Hahn
9 wieder zu öffnen.
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Die Anlage gemäß der Erfindung ist im übrigen dazu geeignet, als automatische
Zusatzfederung, gewissermaßen als zusätzliche Abstützung nach außen beim Kurvenfahren
verwendet zu werden, und zwar derart, daß das in der Druckleitung befindliche Absperrorgan
in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Lenkung des Fahrzeuges selbsttätig
verstellbar ist, beispielsweise so, daß beim Einleiten einer Kurve das Absperrorgan
der der kurvenäußeren Achse zugeordneten Verstärkungseinrichtung geschlossen wird.
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In gleicher Weise ist die Erfindung geeignet, das Nicken des Wagens
beim Bremsen zu unterbinden, und zwar durch Schließen der Absperrorgane in den auf
die Vorderräder wirkenden Verstärkercinrichtungen.
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Das Maß, in dem die Verstärkung wirksam werden soll, ist, wie bereits
gesagt, abhängig von dem Verhältnis der Fläche des Kolbens 3 zu der des Hilfskolbens
7 und von dem Verhältnis des Hebelarmes der Feder 2 zu dem Hebelarm des Hilfskolbens
7 auf der Achse. Die Verstärkung läßt sich durch Änderung dieser Verhältnisse beeinflussen.
Das Verhältnis der Kolbenflächen zueinander ist, z. B. durch Unterteilung der Fläche
des Hilfskolbens auf zwei oder mehrere Kolbenflächen, veränderbar,die einzeln odergemeinsam
zugeschaltet werden können. Das Verhältnis der Hebelarme auf der Achse ist leicht
dadurch zu ändern, daß der Anlenkungspunkt des zum Hilfskolbens 7 gehörenden Pleuels
8 längs der Achse verschoben wird.
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Eine besonders günstige Anordnung von Kolben und Hilfskolben ist der
konzentrische Aufbau nach Fig. 3. In dem Zylinder 4 befindet sich ein Ringkolben
3, der das Gegenlager der Feder 2 bildet. In der Bohrung des Kolbens 3 bewegt sich
der Hilfskolben 7, der über das Pleuel 8 mit der Achse verbunden ist. In der Trennwand
zwischen dem Druckzylinder 4 und dem Ausgleichsbehälter Io befindet sich das Absperrorgan
9, durch das die Verbindung zwischen beiden unterbrochen werden kann. Die in den
Ausgleichsbehälter Io oberhalb der Druckflüssigkeit mit einem Schnüffelventil I2
hineinragende Leitung ist in der Ausführungsform nach Fig. 3 unmittelbar mit dem
Zylinderdruckraum verbunden. '