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Radabfederung, insbesondere für Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich
auf eine Radabfederung, insbesondere für Fahrzeuge mit Radaufhängung an einem am
Fahrzeugkörper gelagerten doppelarmigen Schwenkhebel, an dessen einem Arm die Radachse
angeordnet und dessen anderer Arm durch Federkraft abgestützt ist. Die Forderungen,
die an ein abgefedertes Achsaggregat, insbesondere bei schnell fahrenden schweren
Fahrzeugen gestellt werden, sind bekannt. Sie können dahingehend zusammengefaßt
werden, daß jedes abgefederte Rad mit möglichst gleichbleibendem Druck fest an die
Fahrbahn gepreßt werden soll, um so den Unebenheiten der befahrenen Straße folgen
und damit die größtmöglichen Vortriebs- und Bremskräfte an die Fahrbahn übertragen
zu können, wobei der Fahrzeugboden zur Erreichung der größten Fahrbequemlichkeit
und Schonung des Ladegutes sowie der Straßendecke in möglichst gleichem Abstand
von der mittleren Fahrbahnebene stoßfrei dahingleiten und nur der Fahrtrichtung
folgen soll, ohne weitere Bewegungen in einer anderen Richtung oder um irgendeine
Achse auszuführen.
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Um diese Forderung zu erfüllen, muß das Achsaggregat in seinen einzelnen
Bauelementen und deren auszuübenden Funktionen, wie Achsabfederung, Achsbeschleunigung
und Schwingungsdämpfung bzw. Abbremsen der eingeleiteten Achsbewegung, so abgestimmt
sein, daß die Feder auf jede Belastungsänderung beim Überfahren von Hindernissen
ohne nennenswerte Verzögerung anspricht und die Achsbewegung trotz der unvermeidbaren
Rad- und Achsmasse mit hoher Beschleunigung einleitet bzw. freigibt, damit die Masse
des abgefederten Fahrzeugkörpers nicht in Bewegung kommt. Dabei darf die Radachse
nur die unbedingt notwendige Bewegung ausführen, die zur Überwindung des Hindernisses
erforderlich ist, was praktisch einer sofortigen Verzögerung der vorher eingeleiteten
Achsbewegung gleichkommt, um somit die Bereitschaft des rollenden Rades zur Überwindung
des nächsten Hindernisses aus ruhender Achslage wiederherzustellen.
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Bei den bisher bekannten Achsaggregaten für schnell fahrende, insbesondere
für schwere Fahrzeuge wird diese Forderung bei weitem nicht erfüllt, weil jeweils
eine oder mehrere der oben angeführten Einflußgrößen auf die auszuführende Achsbewegung
beim Überfähren von Hindernissen ungünstig oder ungenügend einwirken.
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Es ist bekannt, daß das im Achsaggregat schwerer Fahrzeuge noch am
häufigsten angewendete Blattfederpaket zwar über eine sehr gute Eigendämpfung verfügt
und somit auftretende Achsschwingungen sehr schnell zum Abklingen bringt, seine
Aufgabe als Feder aber sehr schlecht erfüllt, weil es zu träge auf plötzliche Laständerungen
anspricht, so daß es oftmals fast wie ein starres Glied zwischen Rad und Fahrzeugkörper
wirkt. Einer guten Dämpfung steht also eine schlechte Federwirkung gegenüber.
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Ferner ist bekannt, daß, um diesen Übelstand abzustellen, an Stelle
der träge ansprechenden Blattfedern mit starker Eigendämpfung die wesentlich schneller
ansprechenden dämpfungsfreien Federn, z. B. Schraubenfedern, verwendet werden, die
z. B: über Schwinghebel derart wirken, daß der Federweg gegenüber dem Achsweg übersetzt
ist.
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Mit dieser Maßnahme hat man zweifellos die Federseite des Achsaggregates
insofern verbessert, daß diese Federart auf Grund ihrer geringen Massenträgheit
auf plötzliche Laständerungen wesentlich schneller anspricht. Die Schwierigkeit
liegt jedoch im Abbremsen einer eingeleiteten Achsbewegung. Insbesondere bei schweren
Fahrzeugen sind hierzu zusätzliche Schwingungsdämpfer so hoherLeistung notwendig,
daß die Verwendung dämpfungsfreier Federn in Frage gestellt ist. Hier steht einer
guten Federwirkung eine schwierige Dämpfungsmöglichkeit gegenüber, so daß sich dieses
Prinzip bei schweren Fahrzeugen bisher nicht durchgesetzt hat. Ähnlich liegen die
Verhältnisse bei allen im Personenkraftwagenbau, also bei leichten Fahrzeugen, sich
gut bewährten Achsaggregaten, deren Anwendung bei, schweren Fahrzeugen an der Dämpfung
der hohen reifengefederten Achs- und Radmasse scheitert.
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Außer den angeführten unterschiedlichen Nachteilen haben all diese
Achsaggregate noch einen Nachteil gemeinsam, der durch dieArtderAc'hsaufhängung
bediingt ist. Rad und Achse stehen nicht als neutrales
Glied zwischen
Fahrbahn und Fahrzeug, sondern unterliegen dem Einfluß der Schwerkraft, d. h., die
Arbeitsbedingungen sind unterschiedlich, je nachdem, ob eine Achsbewegung eingeleitet
oder eine eingeleitete abgebremst wird; dabei ist ferner von Einfluß, ob das rollende
Rad einschwenkt oder ausfährt. In einem Fall wirkt die Schwerkraft der einzuleitenden,
in einem anderen der Dämpfung einer eingeleiteten Achsbewegung entgegen.
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Diese Mängel abzustellen, ist der Zweck der nachstehend beschriebenen
Erfindung. Mit ihr wird angestrebt, selbst für schwerste Fahrzeuge ein Achsaggregat
zu schaffen, das beim Überfahren von Hindernissen den Vorteil einer hohen Achsbeschleunigung
durch schnell ansprechende Federarten mit dem einer ebenso schnellen Dämpfung der
eingeleiteten Achsbewegung verbindet. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß der ungünstige Einfluß der Schwerkraft auf die zu bewegende Rad- und Achsmasse
ausgeschaltet und der Federweg gegenüber dem Achsweg übersetzt ist.
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Gemäß der Erfindung ist der Schwenkhebel mit dem daran angeordneten
Rad als ein im wesentlichen gewichtsausgeglichener Waagebalken ausgebildet, an dem
sowohl ein Gegengewicht als auch die Kraft der Feder mit größerem Abstand vom Drehpunkt
angreift als das Gewicht des Rades am gegenüberliegenden Arm. Um das Gewicht des
Achsaggregates möglichst klein zu halten, wählt man vorteilhaft die Einzelradaufhängung,
führt den Radarm des Waagebalkens möglichst kurz aus und ordnet das Ausgleichsgewicht
am gegenüberliegenden Arm mit möglichst weitem Abstand vom Drehpunkt an. Mit der
gewichtsausgeglichenen Radaufhängung wird der ungünstige Einfluß der Schwerkraft
aufgehoben, so daß selbst bei schweren Fahrzeugen auf Federn mit starker Eigendämpfung
verzichtet und der Vorteil schnell ansprechender, dämpfungsfreier Federn voll ausgenutzt
werden kann, weil verhältnismäßig kleine Kräfte eines Schwingungsdämpfers genügen,
eine durch die schnell ansprechenden Federn mit hoher Beschleunigung eingeleitete
Achsbewegung wieder zum Abklingen zu bringen.
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Besondere Vorteile bieten sich, wenn das Gewichtsausgleichstück, mit
weitem Abstand vom Drehpunkt des Waagebalkens angeordnet, als Federauflager ausgebildet
wird, weil damit zwangläufig der Federweg gegenüber dem Achsweg übersetzt ist und
somit hohe Achsdrücke mit geringer Federkraft abgestützt werden können. Das schließt
jedoch nicht aus, weitere Federn an beiden Armen des Waagebalkens angreifen zu lassen,
um damit eine Progressivität der Achsabfederung zu erreichen.
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Mit der Ausschaltung der Schwerkraftwirkung auf die Rad- und Achsmasse
ist ein weiterer Vorteil werbunden. Unabhängig von der Bewegungsrichtung der zu
schwenkenden Achse geht das Achsspiel unter gleichen Bedingungen vor sich. Das rollende
Rad wirkt damit als neutrales Glied zwischen Fahrbahn und Fahrzeugkörper und folgt
uneigenwillig den Unebenheiten der Straße.
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Das so ausgebildete Achsaggregat weist also gegenüber bisher bekannten
folgende Vorteile auf: 1. Die Wirkungsweise des Achsaggregates ist unabhängig von
der Bewegungsrichtung der Radachse, da der unterschiedliche Einfluß der Schwerkraft
durch den Gewichtsausgleich des Rades aufgehoben ist.
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2. Dem rollenden Rad ist seine Eigenwilligkeit, die sich in Achsschwingungen
äußert, genommen, da jede durch ein Hindernis der Straße eingeleitete Achsbewegung
bereits mit sehr kleinen Dämpfungskräften abgestoppt wird, so daß das rollende Rad
sehr kurz aufeinanderfolgende Hindernisse aus ruhender Achslage überfahren kann.
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3. Die Schwingungsunempfindlichkeit und die damit verbundenen schwachen
Dämpfungskräfte lassen selbst bei schweren Fahrzeugen den Einbau dämpfungsfreier
Federn auch am übersetzten Hebelarm zu. Die Federung spricht also selbst auf kleinste
Unebenheiten der Straße fast trägheitslos an.
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Im weiteren Ausbau der Erfindung werden die Federn vor dem Rad parallel
zur Achse angeordnet. Besondere Vorteile bieten sich, wenn in beide Stirnwände des
Radkastens je ein Waagebalken gelagert ist und diese durch einen Querträger verbunden
werden, so daß sich eine Radgabel bildet. Mit dieser Maßnahme wird die Federebene
so weit wie irgend möglich in die seitliche Randzone des Fahrzeuges verlegt. Schwerpunktverlagerungen
und Schleudern von Fahrzeugen beim Fahren werden damit herabgemindert.
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Zur weiteren Verbesserung der Abfederung ist es von besonderem Wert,
den Federweg zu unterteilen, d. h. mehrere Druckstufen direkt hintereinanderzuschalten,
um damit eine Progressivität der Federung zu erreichen. An Stelle des an der unteren
Begrenzung des Radkastens starr befestigten tritt ein bewegliches und einstellbares
Federauflager, vorteilhaft in Form eines Auslegers, der gegen den Fabrzeugkörper
abgefedert ist. Durch diese Anordnung wird eine weitere Erhöhung der zulässigen
Achsdrücke durch Zuschalten weiterer Federn erreicht und außerdem die Voraussetzung
geschaffen, ein Zusammenwirken mit dem gleichartigen Federsystem dies gegenüberliegenden
Rades zu ermöglichen, und zwar dadurch, daß die Ausleger beider Aggregate z. B.
durch eine Welle miteinander verbunden sind und bei Belastung gleichläufige Bewegungen
ausführen.
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Mit dieser Maßnahme erreicht man, daß trotz unterschiedlicher Achsdrücke,
hervorgerufen durch einseitige Beladung des Fahrzeuges, Straßenneigung usw., annähernd
gleicher Federdruck in der zweiten Druckstufe der Achsaggregate beider Räder beibehalten
wird.
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Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sind in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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In den Beispielen sind die Räder mit a, die Radachsen mit b, die Radachslagerung
mit b, b1..., die Waagebalken mit c, c'..., die Waagebalkenlagerung mit c1 ... ,
die Federn mit d1 ... usw. und die Federauflager mit e1 ... usw. bezeichnet.
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Abb.1 veranschaulicht die Wirkungsweise der Achsabfederung bei Einzelradaufhängung.
Um den in der Stirnwand 1 des Radkastens bzw. im Längsträger 2 befestigten Drehzapfen
c1 schwenkt entlang der Radkastenstirnwand der doppelarmige, vorzugsweise aus einem
Werkstoff mit niederem spezifischem Gewicht z. B. aus Leichtmetall hergestellte
Waagebalken c, in dessen kurzem Arm die Radachse b gelagert ist. Am gegenüberliegenden
Arm ist mit mög-I!idhst weitem Abstand vom Drehzapfen c1 ein Gegengewicht 3 angeordnet,
das als Federgegenlager ei ausgebildet ist, damit wird nicht nur ein hohes Rad-
und Achsgewicht durch ein verhältnismäßig geringes Gegengewicht ausgeglichen, sondern
außerdem eine hohe Achslast durch eine relativ weiche Feder abgestützt.
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Bei Änderung der statischen Belastung der Achse b, z. B. durch Beladen
des Fahrzeuges,
schwenkt der Waagebalken c um seinen Drehzapfen
c1 und drückt bei Abstützung durch das Rad a die Feder d1 so weit zusammen, bis
Gleichgewichtszustand herrscht. In dieser ruhenden Stellung beharrt der Waagebalken
c auch bei rollenden Rädern, solange bei vollkommen ebener Fahrbahn keine weiteren
Kräfte auf ihn einwirken.
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Beim Überfahren eines Hindernisses wird dieser Gleichgewichtszustand
gestört. Der durch dieses Hindernis z. B. durch eine Erhöhung in Form einer Stufe
hervorgerufene, in Richtung der Radachse b geführte und vom Luftreifen des Rades
a nicht geschluckte Stoß wirkt auf den Waagebalken c und schwenkt ihn aus seiner
Ruhestellung heraus. Entscheidend für das Durchfedern des Achsaggregates und das
Nichtanheben des Fahrzeugkörpers ist neben der reinen Federkraft der Widerstand,
den die beweglichen Glieder des Achsaggregates einschließlich Feder und Schwingungsdämpfer
durch ihre Massenträgheit der Stoßkraft entgegengesetzten im Vergleich zu dem Widerstand,
der durch die Massenträgheit des Fahrzeugkörpers ebenfalls der Stoßkraft entgegenwirkt.
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Der Widerstand des Achsaggregates ist durch die Art der Radaufhängung
auf einen Mindestwert gesenkt, weil gegenüber bisher bekannten Ausführungen, insbesondere
bei schweren Fahrzeugen, sowohl das Achsaggregat c durch die Ausschaltung der Schwerkraftwirkung
als auch die weiche dümpfungsfreie Feder d1 durch die Übersetzung des Federweges
gegenüber dem Achsweg über eine wesentlich verringerte, der Stoßkraft entgegenwirkende
Massenträgheit verfügt. Dieser für die Achsfederung günstige Wert wird dabei vom
notwendigen Schwingungsdämpfer wegen seiner durch den Gewichtsausgleich von Rad
und Achse verminderten Leistung kaum beeinflußt. Das Überfahren der Stufe erfolgt
also unter günstigsten Voraussetzungen. Das rollende Rad a schwenkt unter der Stoßkraft
ein, ohne den Fahrzeugkörper merklich anzuheben. Die eingeleitete Achsbewegung übersteigt
dabei das unbedingt notwendige Maß nicht, weil durch die Art der Radaufhängung verhältnismäßig
kleine Dämpfungskräfte genügen, die eingeleitete Achsbewegung wieder abzustoppen,
so daß das Rad a die Bodenberührung nicht verliert und nicht nachschlägt. Damit
ist gleichzeitig die Bereitschaft des rollenden Rades a, ein in kurzem Abstand folgendes
Hindernis aus ruhender Achslage anzulaufen, wiederhergestellt.
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In gleicher Weise, wenn auch in verändertem Ablauf der Achsbewegung,
reagiert das rollende Rad auf alle anderen Hindernisse, wie Schlaglöcher, Schwellen
usw.
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Abb.2 zeigt die doppelseitige Radachsenlagerung bei Verwendung eines
gabelförmigen Waagebalkens. Doppelseitig mit seinen Achsen c1 und c2 in den beiden
Radkastenstirnwänden 1 und 1' gelagert, betätigt er die vor der Radebene liegenden
Federn d1 und d2. Die Federebene liegt also parallel zur Radachse b und reicht bis
in die äußere, seitliche Begrenzung des Fahrzeuges und gibt damit eine verbesserte
Abstützung gegenüber dem Beispiel Abb. 1. Der äußere Gabelarm c' kann zwecks Durchführung
eines Reifenwechsels lösbar oder schwenkbar am Gabelkopf angeordnet werden. Die
Wirkungsweise des Achsaggregates ist die gleiche wie in Bild 1; Abb. 3 zeigt das
Zusammenwirken zweier sich gegenüberliegender Achsaggregate mit je zwei Druckstufen.
Beim Überfahren eines Hindernisses, z. B. einer Stufe, schwenkt der als Gabel ausgebildete
Waagebalken c/c' um seine Achse c1/c2 und wirkt auf die Federn d1 und d2, die sich
unter der Stoßlast zusammendrücken. Dieser Federdruck überträgt sich auf das bewegliche
Federauflager e2, das um die Achse 4 des Auslegers 5 schwenkt und die Federn d3
und d4 der zweiten Druckstufe betätigt, die vorteilhaft so ausgelegt ist, daß sie
die auftretenden Belastungsspitzen auffängt. Das bewegliche Federauflager e2 kann
durch Verstelleinrichtung 6, z. B. durch einen ölbetätigten Kolben, in die jeweils
günstigste Ausgangsstellung je nach Höhe des statischen Achsdruckes gebracht werden.
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Verbindet man die Achsen 4 und 7 der den beiden Rädern zugeordneten
Ausleger 5 und 8 durch eine Welle 9, so ist damit die Kopplung der zweiten Druckstufe
beider Räder vorgenommen. Die Federn dieser Druckstufe beider Federaggregate übernehmen
also gemeinsam die auftretenden Belastungsspitzen ohne Rücksicht darauf, in welchem
der beiden Räder sie auftreten.