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Auf einen Lenker einwirkendes Abfederungssystem, insbesondere zur
Radabfederung von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein auf einen Lenker
einwirkendes Abfederungssystem, insbesondere zur Radabfederung von Kraftfahrzeugen,
das eine gegenüber ihren Endbereichen im Mittelbereich progressiv weicher wirkende
Abfederungscharakteristik und zu diesem Zweck eine gegenüber der Anlenkstelle des
Lenkers im Abstand veränderliche Ab:stützstelle eines mit dem Federelement zusammenwirkenden
schwenkbaren Abstützkörpers aufweist.
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Bei den herkömmlichen Abfederungssystemen wächst das vom Federsystem
auf den Lenker übertragende Drehmoment etwa geradlinig entsprechend der Federcharakteristik
des verwendeten Federelementes. Ist ein Fahrzeugrad gegenüber dem Fahrzeugaufbau
z. B. durch eine am Lenker der Radaufhängung angreifende Schraubenfeder abgefedert,
so wächst die der Auslenkung entgegen wirkende Federkraft entsprechend der Federcharakteristik
der aus baulichen Gründen zumeist sehr steifen und kurzen Schraubenfeder verhältnismäßig
stark, was die Ursache von Schwingungen hoher Eigenfrequenz ist, die nach einer
- etwa durch eine Unebenheit der Fahrbahn hervorgerufenen - stärkeren Ausfederung
ein anschließendes wiederholtes Pendeln um die Gleichgewichtslage des Abfederungssystems
verursacht.
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Um solchen für die Insassen des Fahrzeuge unliebsamen und störenden
Pendelbewegungen zu begegnen, erstrebt man bereits seit langem Abfederungssysteme,
bei denen sich das Gegenmoment der Abfederung im Bereich einer mittleren Ausgangsstellung
des Lenkers nur verhältnismäßig wenig ändert und damit in diesem Bereich eine verhältnismäßig
weiche Abfederung ergibt.
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Eine derartige Abfederung bietet den Vorteil, daß auch am Ende eines
normalen Ausfe.derungsausschlages des Lenkers das Gegenmoment der Abfederung mir
wenig größer ist als das im Gleichgewichtszustand wirkende Abfederungsmoment, womit
nach dem Zurückfedern in die Gleichgewichtslage nahezu kein Anlaß mehr zu weiteren
Pendelbewegungen besteht.
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Zwei bereits weiter zurückliegende, in der VVirkungsweise einander
ganz ähnliche Vorschläge sehen zur Herbeiführung einer solchen Abfederung zwei unterschiedliche
Federn vor, vorn denen die eine, etwa die Fahrzeugbelastung tragende einstellbare
Feder extrem weich eingestellt ist und der Durchfederung ein stets möglichst gleichbleibendes
Gegenmoment entgegensetzt, so daß die andere, bei Ausfederung die Rückstellkräfte
liefernde Feder entsprechend schwach ausgebildet sein kann. Beide konstruktiv unterschiedlich
ausgeführten Vorschläge weisen jedoch den Nachteil auf, daß sich sehr große Auslenkungen
der die Räder führenden Lenker oder aber unliebsame Stöße ergeben, wenn eine solche
weiche Abfederung an den Enden des Federungsbereiches keine weiteren komplizierten
Vorkehrungen zu einer progressiven Vergrößerung der Gegenkräfte aufweist.
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Bei :einem neuzeitlichen bekannten Abfederungssystem, welches mit
einer Torsionsfederung arbeitet, ist ein zur Radführung dienender Lenker am Fahrzeugaufbau
frei schwenkbar gelagert, während auf dem Lenker an einer zwischen seiner Anlenkstelle
und dem Rad liegenden Stelle ein an einer Drehstabfeder befestigter Stützarm mit
seinem freien Ende geführt ist. Der Stützarm erstreckt sich bei der einer mittleren
Fahrzeugbelastung entsprechenden waagerechten Lage des Lenkers von der am Fahrzeugaufbau
an einer äußeren, nahe dem dortigen Rad gelegene Stelle gelagerten Drehstabfeder
aus ebenfalls waagerecht nach der Anlenkstelle des Lenkers hin, so daß der Abstützpunkt
des Stützarmes auf dem zunächst entlasteten (nach außen unten geneigten) Lenker
mit zunehmender Durchfederung desselben entlang dem Lenker zunächst nach innen und
dann wieder (bei nach außen oben verlaufendem Lenker) nach außen »wandert«. Auf
diese weise kann eine Abfederungscharakteristik des Abfederungssystems erreicht
werden, die im Bereich der Mittellage des Lenkers verhältnismäßig weich ist und
beiderseits dieses Mittelbereiches zunehmend
härter wird. Wenn
eine solche Abfederung auch einen gewissen Fortschritt gegenüber den vorgenannten
Abfederungssystemen darstellt, so ist sie in ihrem Mittelbereich doch auf einen
verhältnismäßig kleinen Ausfederungsweg mit weicher Abfederung beschränkt und geht
beiderseits dieses Mittelbereiches sehr schnell auf eine recht harte Abfederung
über, die wegen ihrer starken Rückstellkräfte die Vorteile der weichen Abfederung
mindert und deshalb bei stärkeren Ausfederungen ebenfalls zu den unliebsamen Pendelschwingungen
des Lenkers führt.
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Ein anderer bekannter Vorschlag zur Anpassung der Abfederungscharakteristik
an die Fahrzeugbelastung sieht zwei voneinander unabhängige Federelemente vor, die
eine unterschiedlich weiche Federcharakteristik aufweisen und wahlweise ausschaltbar
oder auch hintereinander schaltbar sind. Auf diese Weise können drei verschiedene
Abfederungscharakteristiken, nämlich eine weiche, eine mittlere und eine harte wahlweise
eingestellt werden. Abgesehen davon, daß der Vorschlag keine selbsttätige »Verweichung«
der Abfederungscharakteristik zuläßt, ist auch nachteilig, daß der Vorschlag an
drei stark unterschiedliche Charakteristiken gebunden ist. Wollte man mehr Einstellungsmöglichkeiten
schaffen, so würde das ganze Abfederungssystem mit der Notwendigkeit weiterer Federelemente
sehr kompliziert und teuer werden.
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Nachdem man. bisher kein geeignetes Abfederungssystem gefunden hat,
welches mit einer weichen Abfederung im Mittelbereich der Abfederungscharakteristik
und einer entsprechend angenehmen Abfederung im normalen Schwenkbereich der Lenker
auch in seinen Endbereichen eine günstige, schwingungsfreie Abfederung verbindet,
hat man sich bis heute in der Regel mit einfachen Federelementen geradliniger Federcharakteristik
begnügt und außerdem sogenannte Stoßdämpfer (Schwingungsdämpfer) vorgesehen, die
jeweils der Rückstellkraft der Federelemente im Sinne einer Dämpfung der Pendelschwingungen
des Lenkers entgegenwirken. Stoßdämpfer sind jedoch erfahrungsgemäß empfindlich
und bedürfen einer Wartung, so daß sie das Abfederungssystem komplizieren und verteuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Abfederungssystem
so zu vervollkommnen, daß mit einer genügend weichen Abfederungscharakteristik im
Mittelbereich auch in den Endbereichen eine an die Belastung anpaßbare günstige
Abfederung erzielt wird, wobei das Abfederüngssystem möglichst einfach und unempfindlich,
und zwar möglichst ohne zusätzliche Stoßdämpfer ausgebildet sein soll.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
in an sich bekannter Weise frei schwenkbar gelagerte Abstützkörper einerseits auf
einer im wesentlichen in Längsrichtung des Lenkers verlaufenden, z. B. mittel- oder
unmittelbar am Lenker befindlichen Führungsbahn abgestützt und so angeordnet ist,
daß sein bei entlastetem Lenker etwa am äußeren (d. h. der Radachse zugekehrten)
Ende der Führungsbahn aufliegendes eines Ende mit zunehmender Durchfederungsauslenkung
des Lenkers unter gleichzeitiger entsprechender Schwenkung des Abstützkörpers und
entsprechender Verringerung des das Abstützmoment mitbestimmenden Hebelarmes nach
dem anderen Ende der Führungsbahn hin ausweichen kann, wobei die Führungsbahn nach
ihrem genannten anderen Ende hin derart kurvenförmig gegen die zugeordnete Bewegungsbahn
des auf ihr abgestützten Abstützkörperendes überhöht ist, daß im mittleren Auslenkungsbereich
des Lenkers jeder Durchfederungsauslenkung eine bestimmte Schwenkstellung des Abstützkörpers
zugeordnet ist und dessen auf der Führungsbahn abgestütztes Ende mit zunehmender
Durchfederungsauslenkung im Sinne der zunehmenden »Verweichung« der Abfede.rungscharakteristik
nach dem genannten anderen Ende der Führungsbahn hin gelangt.
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Durch das Ausschwenken des Abstüizkörpers wird zugleich der Hebelarm
für die am Lenker angreifende Federkraft verkürzt, wodurch das der Ausfederung entgegenwirkende
Rückstellmoment im ganzen Mittelbereich der Lenkeraussahwenkung in einfacher Weise
nur schwach ansteigend gehalten werden kann. Wenn der Abstützkörper aber seine größte
Ausschwenkung erreicht hat, ist damit der größtmögliche Federweg noch keineswegs
erreicht. Die Abfederung kann vielmehr im darauffolgenden Endbereich noch entsprechend
der Charakteristik des eigentlichen Federelementes fortgesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt auf ein
und denselben Lenker bzw. ein und dasselbe Lenkersystem noch ein zweites, gleichartiges
Federelement ein, wobei die dem entsprechenden Abstützkörper zugeordnete Führungsbahn
gegen die der Mittelstellung des Lenkers entsprechende Bewegungsbahn des Abstützkörper-Abstützpunktes
hin in an sich bekannter Weise nicht überhöht ist und der über ein einstellbares
Gestänge in seiner Schwenklage einstellbare Abstützkörper an einer selbsttätigen
Schwenkbewegung gehindert ist. Dabei bildet dann dieses zweite, in seinem Einfluß
auf die Abfederung weitgehend einstellbare Federelement, welches wesentlich schwächer,
d. h. in der Regel nur etwa halb so stark wie ein bisher übliches alleiniges Federelement
gehalten sein kann, zugleich denjenigen Teil des Abfederungssystems, der die - oder
zumindest den größten Teil der - Rückstellkraft liefert.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann man auch ein
Abfederungselement allein verwenden, wenn das bzw. jedes Federelement aus einer
um eine oberhalb des unteren Querlenkers - um eine zur Schwenkachse des Lenkers
parallele Achse -schwenkbar gelagerten Schraubenfeder (bzw. aus einem entsprechenden
Federsystem) besteht, von deren beiden zwangläufig axial zur Achse der Feder geführten
Federtellern der der Schwenkachse abgelegene mittels einer Abstützrolle auf der
mittel- oder unmittelbar an der Oberseite des Lenkers verlaufenden Führungsbahn
geführt ist, die z. B. Bestandteil eines in Längsrichtung des Lenkers verstellbaren
und feststellbaren sowie mittels einer weiteren Rolle auf der Führungsbahn des Lenkers
geführten Führungswagens sein kann.
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Bei .dem letztgenannten Abfederungssystem ergeben sich grundsätzlich
die gleichen Verhältnisse wie bei der Anordnung zweier Federelemente nebeneinander.
Es unterscheidet sich von der letzteren jedoch durch einen einfacheren Aufbau und
einen geringeren Platzbedarf; der es zur Anwendung bei Zweiradfahrzeugen besonders
geeignet macht.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen andere Abwandlungen
und Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, und zwar vor allem konstruktive
Einzelheiten der Betätigung und Ausbildung einer Verstellvorrichtung zum Verstellen
des einstellbaren
Gestänges für den einen Abstützkörper bzw. für
den die eine Führungsbahn aufweisenden Wagen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen
Radaufhängungen von Fahrzeugrädern beispielsweise veranschaulicht; es zeigt Fig.
1 eine entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel Querlenker aufweisende Radaufhängung
eines Kraftwagens in Stirnansicht des Fahrzeuges, Fig. 2 die Radaufhängung gemäß
Fig. 1 im Grundriß, Fig. 3 ein Diagramm, welches die Abfederungscharakteristik des
mit dem einstellbaren Stützkörper versehenen Teiles des Abfederungssystems gemäß
den Fig. 1 und 2 darstellt, Fig. 4 ein Diagramm, welches die Abfederungscharakteristik
des mit dem frei schwenkbaren Abstützkörper versehenen Teiles des Abfederungssystems
gemäß den Fig. 1 und 2 darstellt, Fig.5 ein Diagramm, welches die verschiedenen
einstellbaren Abfederungscharakteristiken des gesamten Abfederungssystems gemäß
den Fig. 1 und 2 darstellt, Fig. 6 ein der Fig. 5 entsprechendes Diagramm, bei welchem
statt Federelementen mit geradlinigen Charakteristiken Federelemente mit progressiv
ansteigender Federcharakteristik verwendet sind, d. h. zum Beispiel Federelemente
aus Schraubenfedern kegeliger Form aus Gummi oder auch pneumatische Federelemente,
Fig. 7 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Radaufhängung mit gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel geringfügig abgewandelter Abfederung, Fig. 8 eine
dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Radaufhängung in einem senkrechten
Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 9, Fig. 9 die Radaufhängung gemäß Fig.
8 im Grundriß, Fig. 10 die Schwinghalbachse der Radaufhängung gemäß den Fig. 8 und
9 in einer Seitenansicht in Längsrichtung des Fahrzeuges (von dessen Vorderseite
aus gesehen), Fig. 11 eine dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende Radaufhängung
in einer Seitenansicht in Längsrichtung des Fahrzeuges (Teile des Abfederungssystems
sind zur besseren Sichtbarmachung von Einzelheiten geschnitten dargestellt), Fig.
12 die Radaufhängung gemäß Fig. 11 im Grundriß, Fig. 13 eine dem vierten Ausführungsbeispiel
entsprechende Radaufhängung in einer Seitenansicht in Querrichtung des Fahrzeuges
(bei abgenommenem Fahrzeugrad, Teile des Abfederungssystems sind geschnitten dargestellt),
Fig. 14 ein Motorrad, dessen beide Räder Abfederungssysteme aufweisen, die je einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechen.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte, dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechende Radaufhängung besteht im wesentlichen aus zwei an einem Fahrzeug-
i rahmen 1 eines Kraftwagens mittels Gelenkbolzen 2, 2' schräg übereinander a:ngelenkten
Querlenkern 3 und 3', die an ihren äußeren Enden über weitere Gelenkbolzen 4 zur
Führung des Radträgers 5 dienen, an dem ein gemäß dem Ausführungsbeispiel lenkbares
i Vorderrad 6 auf übliche Weise angelenkt ist.
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Wie aus Fig.2 hervorgeht, verzweigen sich die beiden Querlenker 3
und 3' nach ihren Anlenkstellen 2 bzw. 2' hin gabelförmig, wobei der eine Arm gestreckt
in Querrichtung des Fahrzeuges und der andere 3 a bzw. 3'a entlang einem Kreisbogen
verläuft, dessen Krümmungsachse sich außerhalb des Lenkers, in geringem Abstand
seitlich seines gestreckten Armes, befindet. Wird angenommen, daß die beiden Querlenker
3, 3' gerade horizontal verlaufen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, so fällt der
Krümmungsmittelpunkt des gekrümmten Armes 3 a bzw. 3'a jedes der beiden Querlenker
3, 3' mit der Achse je eines Gelenkbolzens 7 bzw. 7' zusammen, der sich an einer
Nabe 8 bzw. 8' befindet, die ihrerseits fest auf das äußere Ende einer in Querrichtung
des Fahrzeuges verlaufenden Drehstabfeder 9 bzw.9' aufgeklemmt ist. Jede Drehstabfeder
9 bzw. 9' ist mit ihrem in Fig. 1 nicht sichtbaren anderen Ende unverdrehbar am
Fahrzeugaufbau festgelegt. Unmittelbar neben ihrem äußeren Ende ist sie dagegen
in einem am Fahrzeugrahmen 1 befindlichen Lager 10 bzw. 10' verdrehbar gelagert.
Am oberen Gelenkbolzen 7 ist ein Schwenkhebel 11 gelagert, der sich über
den dortigen Querlenker 3 erstreckt und mittels einer an seinem freien Ende gelagerten
Abstützrolle 12 auf einer Fiihrungsbahn 13 abgestützt ist, die sich auf der Oberseite
des gekrümmten Armes 3 a des Querlenkers 3 befindet. Wie aus Fig. 1 hervorgeht,
ist die Führungsbahn 13 an ihrem dem äußeren Ende des Querlenkers 3 zu gelegenen
Ende mit einem Ansatz 14 versehen, während sie nach ihrem anderen Ende hin schraubenlinienförmig
gegen die zugeordnete Bewegungsbahn der Abstützrolle 12 des zugleich als Abstützkörper
dienenden Schwenkhebels 11 hin nach oben überhöht ist.
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Auch am anderen Gelenkbolzen 7' ist ein Schwenkhebel 11' gelagert,
der den dortigen Querlenker 3' übergreift und mit einer an seinem freien Ende gelagerten
Abstützrolle 12' auf einer dortigen Führungsbahn 13' des Querlenkers 3' geführt
ist. Auch diese Führungsbahn 13' ist an ihrem dem äußeren Ende des Querlenkers 3'
zu gelegenen Ende mit einem als Anschlag dienenden Ansatz 14' versehen, dagegen
verläuft sie nach der Anlenkstelle des Querlenkers 3' hin eben bis zu einem an ihrem
inneren Ende befindlichen Anschlag 14".
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Am unteren Schwenkhebel 11' ist eine in Querrichtung des Fahrzeuges
verlaufende Verbindungsstange 15 angelenkt, die in ein am Fahrzeugrahmen 1 verdrehbar
gelagertes Rohr 16 hineinragt und in diesem Rohr 16 mittels eines Gewindes geführt
ist. Das Rohr 16 erstreckt sich quer zum Fahrzeugrahmen 1 und arbeitet an seinem
anderen freien Ende mit einer (nicht sichtbaren) gleichartigen Verbindungsstange
zusammen, die zum Abfederungssystem des anderen Rades der gleichen Achse dient und
deshalb ein gegenüber der Verbindungsstange 15 umgekehrt arbeitendes Gewinde aufweist.
Das Rohr 16 trägt in der Nähe seiner einen Lagerstelle ein Kegelrad 17, welches
mit einem weiteren Kegelrad 18 im Eingriff steht, das mit seiner Achse nach vorn
gerichtet und von der Vorderseite des Kraftwagens zugänglich ist. Das vordere freie
Ende der Achse des Kegelrades 18 ist mit einem Vierkant 18' versehen, der von der
Vorderseite des Fahrzeuges her mittels eines Steckschlüssels, wie er z. B. für Wagenheber
verwendet wird, verdreht werden kann, wodurch das Rohr 16 über die beiden Kegelräder
17, 18 verdreht und die beiden Verbindungsstangen 15 entsprechend in das Rohr 16
hinein-oder aus diesem herausbewegt werden.
In Fig. 3 ist die Abfederungscharakteristik
des beschriebenen Abfederungssystems dargestellt, und zwar lediglich diejenige,
die sich durch die Drehstabfeder 9' in Verbindung mit dem Schwenkhebel 11' ergibt.
Die einzelnen Kurven verlaufen geradlinig; weil jeder von ihnen eine mittels der
Verbindungsstange 15 eingestellte gleichbleibende Stellung des Schwenkhebels
11' zugeordnet ist. Die im Diagramm stark ausgezogene oberste Gerade entspricht
der »härtesten« Einstellung der Abfederung, bei der die Abs,tützrolle 12' des Schwenkhebels
11' bei der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung des Lenkersystems in der dargestellten
Weise am äußeren Ansatz 14' der Führungsbahn 13' etwa anliegt. Infolgedessen wirkt
die Drehstabfeder 9' mit einem gegenüber dem Schwenkpunkt des Lenkers 3' größtmöglichen
Hebelarm auf das Lenkersystem ein, woraus sich die entsprechende Härte der Abfederung
,ergibt.
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Ist das Fahrzeug jedoch weniger belastet und würden die Lenker 3,
3' bei stehendem Fahrzeug schräg nach außen unten verlaufen, so schwenkt man den
Schwenkhebel 11' über den Vierkant des Kegelrades 18 und die Verbindungsstange
IS nach der Längsmittelebene des Fahrzeuges. hin, bis das von der Drehstabfeder
9' auf den Lenker 11' ausgeübte Moment geringer wird und die beiden Lenker 3; 3'
durch das Fahrzeuggewicht wieder in die dargestellte horizontale Ausgangsstellung
gelangen. Dieser Einstellung entspricht eine flachere Gerade der Kurvenschar des
Diagramms gemäß Fig. 3, von der schließlich die einer weichsten Einstellung der
Abfederung entsprechende Gerade strichpunktiert dargestellt ist. Der strichpunktierten
Geraden entspricht schließlich eine Einstellung des Schwenkarmes 11', wie sie in
Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist.
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Die Kurvenschar des Diagramms gemäß Fig. 3 ist durch zwei zur Ordinate
parallel verlaufende Linien 19 und 20 in drei Abschnitte aufgeteilt, von denen der
zwischen den beiden Linien 19 und 20 befindliche Mittelabschnitt dem normalen Abfederungsbereich
entspricht, in dem die durch Unebenheiten der Fahrbahn verursachten Auslenkbewegungen
liegen.
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In Fig. 4 ist ein weiteres Diagramm dargestellt, welches in einer
einzigen Kurve die Arbeit der Drehstabfeder 9 in Verbindung mit dem frei schwenkbaren
Schwenkhebel 11 und der Führungsbahn 13 des oberen Lenkers 3 veranschaulicht. Auch
hier ist das Feld des Diagramms durch die beiden zur Ordinate parallelen Linien
19 und 20 in drei Abschnitte aufgeteilt, von denen der zwischen den beiden Linien
19 und 20 befindliche Mittelabschnitt den normalen Arbeitsbereich dieser Abfederung
darstellt.
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Wurde zunächst der einstellbare Schwenkhebel 11'
über die Verbindungsstange
15 so eingestellt, daß die Lenker 3, 3' bei stehendem Fahrzeug waagerecht nach außen
ragen (hierzu muß die Abstützrolle 12' mit abnehmender Fahrzeugbelastung weiter
vom äußeren Ansatz 14' zur Mitte der Führungsbahn 13' hin verstellt werden), dann
befindet sieh auch die Abstützrolle 12' in der aus Fig. 1 hervorgehenden äußeren
Endlage nahe dem äußeren Ansatz 14' der Führungsbahn 13'. Im Diagramm gemäß Fig.
4 entspricht dieser Einstellung ein etwas oberhalb der Linie 19 befindlicher Punkt
der Kurve. Federt das Rad durch eine Bodenerhebung oder ein sonstiges Hindernis
nach oben durch, so schwenken damit die beiden Lenker 3 und 3' nach oben. Während
der untere Schwenkarm 11' infolge seiner Festlegung durch die Verbindungsstange
15 an einer Schwenkbewegung gehindert ist, kann bei diesem Schwenken der Lenker
3, 3' der obere Schwenkarm 11 entlang der Führungsbahn 13 an die Längsmittelebene
des Fahrzeuges herangeschwenkt werden und dabei äußerstenfalls die in Fig. 2 strichpunktiert
angedeutete Stellung einnehmen, bei der seine Abstützrolle 12 sich am innersten,
am weitesten oben befindlichen Ende der Führungsbahn 13 befindet.
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Es leuchtet ein, daß bei der letztgenannten inneren Endstellung des
Schwenkarmes 11 die zugehörige Drehstabfeder 9 auf den Lenker 3 trotz der stärkeren
Spannung der Drehstabfeder kein größeres Drehmoment als bei der dargestellten Mittelstellung
des Lenkersystems ausüben kann, weil die von der Drelistabfeder 9 ausgeübte Kraft
infolge größerer Entfernung der Abstützrolle 12 von der Achse der Drehstab-Eeder
9 kleiner wird und außerdem nur noch über einen verhältnismäßig kurzen Hebelärm
des Lenkers 3 an diesem angreifen kann. Die Federung durch die Drehstabfeder 9 ist
also sehr weich, was der ent-3prechend flachen Kurve zwischen den beiden Linien
19 und 20 des Diagramms gemäß Fig. 4 entspricht. Die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutete
Endstellung 3es Schwenkhebels 11 entspricht dabei dem am Schnittpunkt mit der Linie
20 befindlichen Knickpunkt der einzigen Kurve des Diagramms.
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Sollte das Rad durch ein größeres Hindernis noch weiter nach oben
ausweichen müssen, so lassen die beiden Lenker 3 und 3' gemäß den beiden Diagrammen
3 und 4 auch noch ein weiteres Ausschwingen zu, bei welchem jedoch auch die Rückstellkraft
der Drehstabfeder 9 wieder etwa proportional der weiteren Auslenkung zunimmt, weil
der Schwenkhebel 11
keine weitere Veränderung der Charakteristik mehr zuläßt.
Die Abfederung arbeitet also oberhalb der Linie 20 genauso wie eine in Fig. 4 gestrichelt
angedeutete Feder geradliniger Charakteristik.
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Sollte das Rad bei einem Loch oder einer entsprechenden Mulde der
Fahrbahn nach unten ausweichen können, so entspricht dem ein Abwärtsschwingen des
Lenkersystems, bei dem der Schwenkhebel 11 einen kleinen Schwenkweg bis zur
Anlage seiner Abstützrolle 12 am Ansatz 14 der Führungsbahn 13 zurücklegen kann.
Die entsprechende Änderung der Charakteristik der Abfederung geht aus dem Kurvenverlauf
gemäß Fig. 4 hervor; wie er unmittelbar oberhalb des Schnittpunktes der Kurve mit
der senkrechten Linie 19 sichtbar ist. Die Kurve geht in einer flachen Krümmung
am genannten Schnittpunkt in eine nach dem Nullpunkt des Diagramms führende Gerade
über, so daß die Abfederung auch unterhalb des normalen Abfederungsbereiches mit
einer gleichbleibenden geradlinigen Federcharakteristik arbeitet.
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Das vorstehend in der Wirkung seiner Einzelelemente bereits erläuterte
Abfederungssystem wird in nachstehender Weise eingestellt und arbeitet nach seiner
richtigen Einstellung folgendermaßen: Die auf eine bestimmte Höchstbelastung des
stehenden Fahrzeuges ausgelegte Abfederung durch die beiden Drehstabfedem 9 und
9' wird zunächst - bei stehendem Fahrzeug - so eingestellt, daß die beiden Lenker
3, 3' des Lenkersystems gemäß Fig. 1 etwa waagerecht nach außen ragen (je kleiner
die Fahrzeugbelastung, um so mehr kann ein schräg nach außen ansteigender Verlauf
der Lenker 3, 3' zugelassen werden). Ist das Fahrzeug dabei maximal belastet, so
ist
diese Stellung der Lenker 3, 3' nur durch eine Einstellung des Schwenkhebels 11'
möglich, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, d. h., der Schwenkhebel 11' muß äber
die Verbindungsstange 15 in seine am weitesten ausgeschwenkte Stellung gebracht
werden, bei der seine Abstützrolle 12' nahezu am Ansatz 14' des Lenkers 3' anliegt.
Infolge der beschriebenen Kinematik der auf den oberen Lenker 3 einwirkenden Abfederung
ergibt sich bei der waagerechten Lage des Lenkers 3 und belastetem Fahrzeug zwangläufig
auch eine näher am äußeren Ansatz 14 der Führungsbahn 13 befindliche Stellung der
Abstützrolle 12 des Schwenkarmes 11 (bei kleiner Fahrzeugbelastung kann sich bei
entsprechend nach außen ansteigendem Lenkerverlauf auch ein entsprechend größerer
Abstand vom Ansatz 14 ergeben).
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Wird mit dieser Einstellung des Abfederungssystems gefahren, so ergeben
sich bei Bodenunebenheiten Ausfederungen entlang einer Charakteristik des ganzen
Abfederungssystems, wie sie im Diagramm gemäß Fig. 5 stark ausgezogen dargestellt
ist. Die Charakteristik entspricht einer Kombination der beiden stark ausgezogenen
Kurven der Diagramme gemäß den Fig. 3 und 4.
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Bei den normalen Abfederungen des Lenkersystems bewegt sich die Abfederungscharakteristik
zwischen den beiden senkrechten Linien 19 und 20, wie sie bereits zu den Fig. 3
und 4 beschrieben wurden, wobei eine verältnismäßig weiche Federung entsteht, die
Pendelschwingungen in einem verhältnismäßig weiten Bereich der Abfederung praktisch
ausschließt. Erst wenn durch außergewöhnliche Einflüsse eine über den normalen Schwingungsbereich
der Abfederung hinausgehende Auslenkung der Lenker 3, 3' stattfindet, kann auch
die Abfederung wieder stärker werden, ohne dabei jedoch ein Federgegenmoment üblicher
Federelemente zu übersteigen. Die Abfederung wird also auch in den extremen Schwenkbereichen
des Lenkersystems nicht unangenehm empfunden, wobei beim Zurückschwingen des Lenkersystems
in seinen normalen Arbeitsbereich die dortige weichere Abfederung praktisch als
Stoßdämpfer wirkt und die Anordnung zusätzlicher Stoßdämpfer erübrigt.
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Wird das Fahrzeug, dessen Abfederungssystem in der vorgenannten Weise
eingestellt war, entlastet, so verursachen die beiden Drehstabfedern 9, 9' schon
bei stehendem Fahrzeug eine leichte Abwärtsneigung der Lenker 3, 3', was zugleich
eine entsprechende Vergrößerung der Bodenfreiheit des Fahrzeuges nach sich zieht.
Damit das Fahrzeug auch weiterhin im vorgenannten günstigsten Mittelbereich seiner
Abfederungscharakteristik arbeitet, verstellt man die einstellbaren Schwenkhebel
11' über den Vierkant 18' des Kegelrades 18 und die Verbindungsstangen 15
(beider Vorderradlenkersysteme) nunmehr so, daß die Lenker 3, 3' auch bei der geringeren
Belastung und bei stehendem Fahrzeug wieder waagerecht oder schräg ansteigend nach
außen ragen. Dadurch ergeben sich praktisch dieselben kinematischen Verhältnisse,
wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, wobei sich vor allem die Abstützrolle
12' des Schwenkhebels 11' in einer dichter an die Längsmittelebene des Fahrzeuges
herangeschwenkten Stellung befindet. Federn nunmehr die Vorderräder des Fahrzeuges
bei Fahrbahnunebenheiten nach oben oder unten aus, so ergibt sich eine Charakteristik
des gesamten Abfederungssystems, wie sie einer dünn ausgezogenen Kurve des Diagramms
gemäß Fig.5 entspricht. Erst bei völlig entlastetem Fahrzeug und einer Einstellung
(bei stehendem Fahrzeug) des Schwenkhebels 11', sie in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet
ist, ergibt sich schließlich eine Abfederungscharakteristik des Abfederungssystems,
wie sie im Diagramm gemäß Fig. 5 strichpunktiert dargestellt ist. Diese Charakteristik
entspricht einer wesentlich weicheren Abfederung als die stark ausgezogene Charakteristik,
was jedoch nur ein Zeichen der günstigen Anpassung der Abfederung an das - entsprechend
verringerte - Fahrzeuggewicht darstellt. Die Abfederungseigenschaften des Fahrzeuges
sind also unabhängig von seiner Belastung immer gleich günstig, wenn die unteren
Schwenkhebel 11' - und in Abhängigkeit von diesen auch die oberen Schwenkhebel
11 - richtig eingestellt sind.
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Verwendet man für das Abfederungssystem statt der in den Fig. 1 und
2 dargestellten Drehstabfedern Federelemente mit progressiv ansteigender Federcharakteristik,
wie es z. B. bei pneumatischen Federelementen, bei Gummiblock-Federelementen oder
bei Schraubenfedern kegeliger Form oder ungleichmäßiger Steig- ng und ähnlich der
Fall ist, so ergibt sich - in entsprechender Abweichung vom Diagramm gemäß Fig.
5 - eine Gesamtcharakteristik, wie sie etwa im Diagramm gemäß Fig. 6 dargestellt
ist. Das Diagramm zeigt lediglich, daß sich auch bei einer Verwendung von Federelementen
mit progressiv ansteigender Federcharakteristik die vorteilhaften Eigenschaften
der beschriebenen Abfederung praktisch nicht ändern.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
verlaufen die Drehstabfedern 9, 9' in Längsrichtung der Längsträger des Fahrzeugrahmens
1, weshalb hier an den vorderen freien Enden der Drehstabfedern 9, 9' jeweils noch
ein Kegelrad 21 bzw. 21' befestigt sein muß, welches mit einem Kegelrad 22 bzw.
22' kämmt, das seinerseits fest mit einer die Nabe 8 bzw. 8' aufweisenden Welle
23 bzw. 23' verbunden ist.
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Gemäß Fig. 7 liegt das mit dem Kegelrad 17 des Rohres 16 kämmende
Kegelrad 18 hinter dem Rohr 16 und ist über eine Antriebswelle 24 in nicht besonders
dargestellter Weise mit einer vom Fahrzeuglenker aus betätigbaren Handkurbel 25
verbunden, die eine - gegenüber der vorbeschriebenen bequemere -Einstellung des
Schwenkhebels 11' auch während der Fahrt zuläßt.
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Bei dem in den Fig. 8 bis 10 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Hinterradabfederung eines an einer Schwinghalbachse 103
aufgehängten Hinterrades 106. Die Schwinghalbachse 103 ist gegenüber dem Fahrzeugrahmen
101 durch zwei Blattfedern 109 und 109' abgefedert, die in Längsrichtung des Fahrzeuges
verlaufen und sich je von einer in Längsrichtung des Fahrzeuges vor bzw. hinter
der Schwinghalbachse 103 befindlichen Lagerstelle 107 bzw.107' aus frei tragend
nach der Schwinghalbachse 103 hin erstrecken und an ihren dortigen, mit geringem
Abstand gegenüberliegenden freien Enden je eine Abstützrolle 112 bzw. 112' tragen.
Jede Lagerstelle 107 bzw. 107' weist einen senkrechten Lagerzapfen auf, um den die
zugehörige Blattfeder 109 bzw. 109' zwischen zwei aus Fig. 9 hervorgehenden Stellungen
innerhalb einer waagerechten Ebene schwenkbar ist.
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Die beiden Abstützrollen 112 und 112' stützen sich von oben auf einer
mit der Schwinghalbachse 103 fest
verbundenen Führungsplatte 126
ab, die im Bewegungsbereich jeder der beiden Abstützrollen 112, 112' eine Führungsbahn
113 bzw. 113' aufweist, wie sie grundsätzlich dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht.
Der Verlauf der Führungsbahn 11.3, die nach dem Anlenkpunkt 102 der Schwinghalbachse
103 hin nach dem aus der Blattfeder 109 selbst gebildeten Abstützkörper hin gekrümmt
und dadurch zugleich überhöht ist, geht deutlich aus Fig. 10 hervor, ebenso auch
der Verlauf der ebenen Führungsbahn 113'.
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Von den beiden Blattfedern ist die Blattfeder 109 an ihrer Lagerstelle
107 frei schwenkbar gelagert und kann demnach in derselben Weise ausschwenken,
wie etwa der Schwenkhebel 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ebenso greift
an der Blattfeder 109' eine Verbindungsstange 115 an, die der Verbindungsstange
15 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Auch die Verbindungsstange 115 ist
in ein am Fahrzeugrahmen 101 quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufendes Rohr 116
eingeschraubt, welches durch seine Verdrehung die Verbindungsstange 115 mehr oder
weniger in sich hineinzieht und dadurch die Einstellung der Blattfeder 109' bewirkt.
Das Rohr 116 ist mit einem Schneckenrad 117 versehen, welches mit einer Schnecke
118 zusammenwirkt, die ihrerseits über eine Betätigungswelle 124 von einem Steuermotor
127 aus in beiden Drehrichtungen - entweder rechts- oder linksherum - verdrehbar
ist.
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Die Führungsbahn 113 ist im Bereich ihrer beiden Enden mit je einem
Druckschalter 128 bzw. 129 versehen, von denen sich der Druckschalter 128 am äußeren
und der Druckschalter 129 am inneren Ende der Führungsbahn befindet, wenn man als
»inneres« Ende gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das dem Anlenkpunkt 102 der
Schwinghalbachse 103 nächstgelegene Ende der Führungsbahn ansieht. Im Stromkreis
der Druckschalter 128, 129 befindet sich je ein (nicht dargestelltes) Solenoid;
das bei betätigtem Druckschalter die Einschaltung des elektrischen Steuermotors127
jeweils im einen oder anderenDrehsinn der Betätigungswelle 124 bewirkt. Außerdem
kann der Steuermotor 127 zur richtigen Grundeinstellung der Abfederung auch noch
vom Lenker des Fahrzeuges aus im einen oder anderen Drehsinn ein-und ausgeschaltet
werden.
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Die Einstellung und Wirkung des zuletzt beschriebenen Abfederungssystems
ist ganz ähnlich wie die Einstellung und Wirkung des dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechenden, wobei jedoch Korrekturen einer einmal vorgenommenen Einstellung
im allgemeinen unterbleiben können, weil diese selbsttätig von den beschriebenen
Druckschaltern 128, 129 aus vorgenommen werden.
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Vor Inbetriebnahme des Fahrzeuges wird der Steuermotor 127 vom Lenker
des Fährzeuges aus so betätigt, daß die Blattfeder 109' in eine solche Stellung
zur Führungsbahn 113' gelangt, bei der sich die Schwinghalbachse 103 in ihrer Ausgangsstellung
befindet, bei der wiederum die frei schwenkbar gelagerte Blattfeder 109 mit ihrer
Abstützrolle 112 etwa in der in Fig. 9 unteren Stellung - bei Höchstbelastung des
Fahrzeuges gerade unter dem Längsträger des Fahrzeugrahmens 101 - kurz vor dem Druckschalter
128 liegt (bei zunehmender Entlastung kann sich auch ein zunehmender Abstand von
diesem Schalter ergeben). Federt die Schwinghalbachse beim Fahrbetrieb nach oben
aus, so weicht dabei auch die frei schwenkbare Blattfeder 109 entsprechend der Schwenklage
der Schwinghalbachse nach der Längsmittelebene des Fahrzeuges hin aus. Solange dabei
der Druckschalter 129 nicht betätigt wird, ändert sich an der Grundeinstellung des
Abfederungssystems nichts. Die Blattfeder 109; deren Federkraft im ausgeschwenkten
Zustand der Feder nur noch unter einem entsprechend kleineren Hebelarm an der Schwinghalbachse
103 angreifen kann, bewirkt eine entsprechend weiche Abfederung und langsame Rückkehr
der Schwinghalbachse in ihre Ausgangsstellung, wie sie sie sonst auch bei stehendem
Fahrzeug einnimmt. Die langsame Rückkehr schließt schnelle Pendelbewegungen, wie
sie bei üblichen Abfederungssystemen auftreten, wenn kein Stoßdämpfer vorgesehen
ist, praktisch aus, so daß sich auch bei einem Abfederungssystem gemäß den Fig.
8 bis 10 die Anordnung eines besonderen Stoßdämpfers erübrigt.
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Wird das Fährzeug, dessen einstellbare Blattfeder 109' bei der vorgenannten
Einstellung beispielsweise in die in Fig. 9 strichpunktierte Lage kam, stärker belastet,
so gelangt durch die entsprechende Schrägstellung der Schwinghalbachse 103 auch
die Blattfeder 109 auf der Kurvenbahn 113 etwas weiter nach der Längsmittelebene
des Fahrzeuges hin. Schwingt nun die Schwinghalbachse 103 bei Fahrbahnunebenheiten
nach oben aus, so kann sie schon bei normalen Unebenheiten der Fahrbahn in eine
solche Winkelstellung gelangen, bei der die Abstützrolle 112 den Druckschalter 129
betätigt. Diese Betätigung hat zur Folge, daß der Steuermotor 127 so lange im Sinne
einer Auswärtsschwenkung der Blattfeder 109' (über das Schneckengetriebe 117;118
und die Verbindungsstange 115) betrieben wird, bis der Druckschalter 129 von der
Abstützrolle 112 wieder freigegeben wird. Diese Auswärtsschwenkung der Blattfeder
109' hat eine stärkere Einwirkung der Federkraft dieser Blattfeder zur Folge,
weil die zugehörige Abstützrolle 112' nunmehr mit einem größeren Hebelarm (von der
Anlenkstelle 102 der Schwinghalbachse 103 aus) an der zugehörigen Führungsbahn 113'
angreift. Dadurch schwenkt auch die Schwinghalbachse 103 entsprechend nach unten,
bis sie wieder die aus Fig. 8 hervorgehende Ausgangsstellung erreicht hat, bei der
auch die frei schwenkbare Blattfeder 109 selbsttätig in ihre vorstehend beschriebene
Ausgangslage gelangt. Die Abfederung arbeitet daraufhin wieder genauso, als wenn
das Fahrzeug nur weniger belastet wäre.
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Die Handbeeinflussung der Arbeit des Steuermotors 127 kann. vom Lenker
aus auch als Korrektur während der Fahrt vorgenommen werden, wenn das Fahrzeug z.
B. auf einer stark unterschiedlichen Fahrbahn fährt. Verläßt das Fahrzeug etwa eine
normale Straße und soll auf freiem Gelände gefahren werden, so verbringt der Lenker
die Abfederung in ihre härteste Einstellung, bei der das Fahrzeug selbsttätig seine
größtmögliche Bodenfreiheit erreicht.
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Dieselbe Handeinstellung der Abfederung kann schließlich auch zu einem
erleichterten Radwechsel ausgenutzt werden. Wird nämlich nach Einstellung der größten
Bodenfreiheit der Rahmen 101 an einer geeigneten Stelle unterstützt, gesichert und
die Federung anschließend wieder auf eine weichste Abfederung umgestellt, dann kann
das auszuwechselnde Rad 106 - nach Lösen der entsprechenden Befestigungsmittel -
leicht von der Schwinghalbachse 103 abgezogen und das entsprechende Ersatzrad ebenso
leicht auf die Achse aufgeschoben werden.
Bei der in den Fig. 11
und 12 dargestellten, dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechenden Radaufhängung
ist eine Abfederung über Schraubenfedersysteme 209 und 209' vorgesehen, die in üblicher
Weise zwischen den beiden übereinander b--findlichen Lenkern 203 und 203' des Lenkersystems
angeordnet sind. Jedes Schraubenfedersystem besteht aus zwei ineinander angeordneten
Schraubenfedern, die zwischen zwei - zugleich die zugehörigen Abstützkörper bildenden
- Federtellern 211a, 211b bzw. 211'a und 211'b gehalten sind. Damit
die Federsysteme 209, 209' zugleich axial geführt sind, sind die jeweils zusammengehörigen
Federteller 211a, 211b sowie 211'a und 211'b durch je einen axialen
Zapfen 230 und eine axiale Buchse 231 teleskopisch zueinander geführt. Der obere
Lenker 203 des Lenkersystems ist etwa dreieckförmig gestaltet, wobei der eine Schenkel
durch den am Fahrzeugrahmen 201 gelagerten Gelenkbolzen 202 gebildet wird. Wie aus
Fig. 12 hervorgeht, ist der entsprechend lange Gelenkbolzen 202 dabei zugleich zur
Lagerung der oberen Federteller 211a und 211'a der beiden Federsysteme 209 und 209'
ausgenutzt.
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Der untere Lenker 203' ist wiederum nach seiner Anlenkstelle 202'
hin gabelförmig verzweigt, wobei jeder Arm der Vergabelung eine Führungsbahn 213
bzw. 213' bildet. Die Anlenkung des unteren Lenkers 203' am Fahrzeugrahmen 201 entspricht
der Anlenkung des ersten Ausführungsbeispieles. Die jeweils unteren Federteller
211b und 211'b tragen je eine Abstützrolle 212 (in der Zeichnung nicht sichtbar)
bzw. 212', mit denen die Federsysteme 209 und 209' auf der jeweils zugehörigen Führungsbahn
213 bzw. 213' abgestützt sind.
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Bei der in Fig. 11 dargestellten Entlastungsstellung der Radabfederung
und des. Lenkersystems (nicht zu verwechseln mit einem entlasteten Fahrzeug; die
Einstellung des Federsystems entspricht vielmehr einer starken Fahrzeugbelastung)
verläuft die Führungsbahn 213 entlang einer spiralförmigen Kurve, deren Mittelpunkt
mit dem Gelenkbolzen 202 zusammenfällt und die nach der Anlenkstelle des unteren
Lenkers 203' hin nach einwärts (zum Gelenkbolzen 202 hin überhöht) verläuft. Bei
derselben Ausgangsstellung verläuft die Führungsbahn 213' dagegen in einem Kreisbogen,
dessen Mittelpunkt mit der Achse des Gelenkbolzens 202 zusammenfällt. Während die
Führungsbahn 213' an ihren beiden Enden feststehende Anschläge für die zugehörige
Abstützrolle 212' aufweist, gehören die Anschläge 228 und 229 zu einem Gabelhebel
232, der unmittelbar neben der Führungsbahn 213 auf einem am dortigen Arm des Lenkers
203' befindlichen Gelenkzapfern 233 gelagert ist. An einem zusätzlichen Hebelarm
234 des Gabelhebels 232 ist eine Zugstange 235 angelenkt, die in nachstehend noch
näher beschriebener Weise zur selbsttätigen Steuerung eines gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
hydraulischen Steuermotors 227 zur Einstellung des einstellbaren Federsystems 209
dient.
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Am unteren Federteller 211'b ist .eine der Verbindungsstange 15 des
ersten Ausführungsbeispiels entsprechende 'Verbindungsstange 215 angelenkt, die
anderseits an der Kolbenstange 236 eines Steuerkolbens 237 des hydraulischen Steuermotors
227 angelenkt ist. Der an eine (nicht dargestellte) Druckölquelle des Fahrzeuges
- z. B. an die Ölpumpe des. Schmierölkreislaufes - angeschlossene Steuermotor 227
weist zur Steuerung des Steuerkolbens 237 ein mit dem zugehörigen Arbeitszylinder
238 in Verbindung stehendes Steuerventil 239 auf, dessen Betätigungshebel
240 an die genannte Zugstange 235 angeschlossen ist. Der Betätigungshebel 240 wird
durch zwei Zugfedern 241 derart in seine aus Fig. 11 hervorgehende Mittelstellung
vorgespannt, daß das Steuerventil 239 bei nicht betätigtem Gabelhebel 232 in seiner
Mittelstellung verbleibt, bei der Drucköl weder in den Arbeitszylinder 238 hinein
noch aus diesem heraus gelangen kann und das Federsystem 209' demgemäß über die
Verbindungsstange 215 in seiner jeweiligen Winkelstellung festgehalten wird.
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Der Steuermotor 227 kann außerdem in nicht besonders dargestellter
Weise auch noch vom Lenker des Fahrzeuges aus verstellt werden, wie es grundsätzlich
bereits beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
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In den Fig. 11 und 12 ist neben dem beschriebenen hydraulischen Steuermotor
227 für die dargestellte Radabfederung auch noch ein weiterer gleichartiger Steuermotor
sichtbar, der der Abfederung des anderen Rades derselben Fahrzeugachse zugeordnet
ist. Da auch dieser Steuermotor genauso wie der bereits beschriebene arbeitet, erübrigt
sich seine zusätzliche Beschreibung.
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Das dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende Abfederungssystem
arbeitet grundsätzlich genauso wie das dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende.
Vor Fahrtbeginn wird zunächst die (in den Fig. 11 und 12 für ein verhältnismäßig
stark belastetes Fahrzeug dargestellte) Ausgangsstellung der Federsysteme 209 und
209' eingestellt. Beim anschließenden Fahrbetrieb schwingt sodann das Federsystem
209 - bei Ausschwenkbewegungen des Lenkersystems nach oben - nach der Längsmittelebene
des Fahrzeuges zu, wodurch sich die, angestrebte weiche Abfederung ergibt und auf
einen besonderen Stoßdämpfer verzichtet werden kann. Sollte das Fahrzeug stärker
belastet werden, so gelangt das Federsystem 209 mit seiner (nicht sichtbaren) Abstützrolle
212 an den inneren Anschlag 229 des Gabelhebels 232, wodurch dieser gemäß Fig. 11
entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird. Dieses hat zur Folge, daß der Kolben
237 über das Steuerventil 239 und die Zugstange 235 weiter aus ,dem Steuerzylinder
238 herausgehoben und dementsprechend das einstellbare Federsystem 209' über die
Kolbenstange 236 und die Verbindungsstange 215 nach auswärts geschwenkt wird. Sowie
die Abstützrolle 212 des Federsystems 209 den Anschlag 229 des Gabelhebels 232 wieder
verlassen hat, kehrt der Gabelhebel 232 durch d ie Kraft der Zugfeder 241 selbsttätig
wieder in seine dargestellte Mittelstellung zurück, bei der auch das Steuerventil
239 wieder abgeschlossen ist. Infolgedessen hört auch die Ausschwenkbewegung des
einstellbaren Federsystems.209' in diesem Augenblick auf, und das Federsystem bleibt
in der neuen Stellung stehen, bei der die Abfederung - entsprechend der vergrößerten
Belastung - insgesamt etwas härter ist.
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Die entsprechenden Vorgänge ergeben sich bei einer Entlastung des
Fahrzeuges, wobei lediglich der Kolben 237 in den Arbeitszylinder 238 hinein und
dadurch das Federsystem 209' nach innen (nach der Längsmittelebene des Fahrzeuges
zu) zurückgeschwenkt wird. Schließlich kann die Abfederung vom Lenker des Fahrzeuges.
aus in gleicher Weise zusätzlich beeinflußt werden, wie es für das zweite Ausführungsbeispiel
bereits beschrieben wurde.
Das in Fig. 13 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel
veranschaulicht, wie das angestrebte Abfederungsprinzip auch mit einem einzigen
Federsystem erreicht werden kann. An einem Fahrzeugrahmen 301 eines Kraftwagens.
ist eine Hinterradachse 303, die sowohl als Starrachse oder als Schwinghalbachse
ausgebildet sein kann, über einen Führungsarm 303' angelenkt. Im Falle einer Starrachse
befindet sich an jeder Seite derselben ein solcher Führungsarm 303', während im
Falle der Anordnung zweier Schwinghalbachsen jede dieser Halbachsen im Bereich ihres
äußeren Endes an einem Führungsarm 303' geführt ist.
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Der Führungsarm 303' entspricht etwa einem üblichen Längslenker; der
unterhalb eines Längsträgers des Fahrzeugrahmens 301 angeordnet ist und an seinem
vorderen Ende über einen in Querrichtung des Fahrzeuges verlaufenden Gelenkbolzen
302' am Fahrzeugrahmen 301 angelenkt ist. Der die Hinterradachse 303 über einen
hinteren Tragbolzen 342 tragende Führungsarm 303' weist an seiner Oberseite eine
Führungsbahn 313' auf, auf der die Abstützrolle 312' eines Wagens 343 geführt ist,
der seinerseits an seiner Oberseite eine Führungsbahn 313 aufweist. Auf der Führungsbahn
313 ist wiederum eine Abstützrolle 312 geführt, die zu einem Federsystem 309 gehört,
wie es grundsätzlich bereits in Verbindung mit den Fig. 11 und 12 beschrieben wurde.
Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß das Federsystem 309 nicht aus zwei,
sondern aus drei ineinandergeschachtelten Schraubenfedern zusammengesetzt ist.
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Zur Führung des Federsystems 309 dienen zwei Federteller 311a und
311b, von denen der obere (311a) über einen Gelenkbolzen 307 am Fahrzeugrahmen 301
aufgehängt ist und der untere (311 b) die Abstützrolle 312 trägt. Beide Federteller
311a und 311 b sind in der bereits beschriebenen Weise teleskopisch zueinander geführt,
so daß ein Auskrümmen der Achse des Federsystems. 301 unmöglich ist.
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Am Gelenkbolzen 307 ist außerdem noch eine Führungsstange 344 angelenkt,
die das. Federsystem 309 an seiner (in Fahrtrichtung des Fahrzeuges) vorderen Seite
umgreift und mit seinem unteren freien Ende am vorderen Ende des Wagens 343 mittels
eines Gelenkbolzens 345 angelenkt ist und dadurch das vordere Ende des Wagens 343
konzentrisch zur Schwenkachse des Federsystems 309 führt.
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Außerdem ist am Gelenkbolzen 345 noch eine Kolbenstange 336 angelenkt,
die Bestandteil eines hydraulisch arbeitenden Steuermotors 327 ist, wie er grundsätzlich
an Hand der Fig. 11 und 12 beschrieben ; wurde. Damit die Kolbenstange den kreisbogenförmigen
Bewegungen des Gelenkbolzens 345 ohne Verklemmungen folgen kann, ist das Gehäuse
des. Steuermotors mit seinem der Kolbenstange 336 gegenüberliegenden Ende an der
Stelle 346 gelenkig am Fahrzeugrahmen 301 gelagert. Anden Steuerzylinder des Steuermotors
327 ist über zwei flexible Leitungen 347 ein Steuerventil 339 angeschlossen, welches
dem in Fig. 11 dargestellten Steuerventil 239 entspricht. Im Gegensatz zum Steuerventil
239 wird das Steuerventil 339 jedoch elektromagnetisch gesteuert, wobei sein Betätigungshebel
340 an: ein Solenoid 348 artgelenkt ist, über dessen Magnetspule 349 die Verstellung
des Steuerventils 339 - entgegen: der Kraft nicht dargestellter Federn (vgl. Fig.
11) - aus seiner Mittelstellung verstellt werden kann.
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Während die Führungsbahn 313' des Führungsarmes 303' bei der dargestellten
Ausgangsstellung konzentrisch zum Gelenkbolzen 307 verläuft, verläuft die Führungsbahn
313 des Wagens 343 spiralförmig genauso wie die beschriebene Führungsbahn 213 des
dritten Ausführungsbeispiels. An den beiden Enden der Führungsbahn 313 befinden
sich Druckschalter 328 und 329, so wie sie bereits in Verbindung mit dem zweiten
Ausführungsbeispiel erläutert wurden. Die Druckschalter 328, 329 können dabei in
nicht besonders dargestellter Weise in ihrer Lage zur Kurvenbä'h-n 313 eingestellt
werden, so daß die freien Enden ihrer Druckstifte sowohl in ihrer Höhe über der
Führungsbahn als auch in ihrer Lage entlang der Führungsbahn verändert werden können,
falls eine solche Änderung zur besseren Anpassung der Arbeit des Steuermotors 327
an die Bedingungen einer gut arbeitenden Abfederung erforderlich sein sollte. Im
Stromkreis der beiden Druckschalter 328, 329 befindet sich je ein Solenoid 348,
von denen der eine (dargestellte) zur Schwenkung des Betätigungshebels 340 des Steuerventils
339 im einen und der andere zur Betätigung im anderen Drehsinn dient.
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Das voll belastete Fahrzeug macht eine Einstellung der in Fig. 13
dargestellten Abfederung notwendig. Beide Abstützrollen 312 und 312' befinden sich
im Bereich der äußeren Enden der zugehörigen Führungsbahnen 313 bzw. 313'. Solange
beim Fahrbetrieb des Fahrzeuges die beiden Druckschalter 328 und 329 von der Abstützrolle
312 aus nicht betätigt werden, bleibt die dargestellte Grundeinstellung erhalten,
d. h., die Abstützrolle 312' verbleibt an der dargestellten Stelle der Führungsbahn
313', während die Abstützrolle 312 etwa im Mittelbereich der Führungsbahn 313 -
je nach der Größe der Ausfederung des Führungsarmes 303' - hin- und herrollt. Wird
das Fahrzeug jedoch entlastet und schlägt demgemäß die Abstützrolle 312 gegen den
Druckschalter 328 an, so wird dadurch zunächst das Steuerventil 339 durch den einen
Sölenoid 348 so verstellt, daß der Steuermotor 327 die Kolbenstange 326 nach dem
Steuermotor 327 hin verschiebt. Dadurch wird auch der Wagen 343 nach dem Steuermotor
327 hin verschoben, wodurch die Abstützrolle 312' des Wagens nunmehr zu einer mittleren
Stelle der Führungsbahn 313' gelangt. Die Folge davon ist, daß der Angriffspunkt
des Federsystems 309 am Führungsarm 303' etwas mehr nach dem Gelenkbolzen 302' hin
verschoben wird, wodurch sich auch das Moment der Federkraft - entsprechend dem
verkürzten Hebelarm - verringert. Die Folge davon ist, daß die durch die geringere
Belastung vom Fahrzeugrahmen 301 aus zunächst nach unten verlagerte Achse 303 wieder
nach oben zurückschwingen. kann, wodurch die Abstützrolle 312 selbsttätig aus ihrer
Anschlagstellung am Druckschalter 328 zu einer etwa der Darstellung in. Fig. 13
entsprechenden (bei ganz unbelastetem Fahrzeug sogar zu einer etwa mittleren) Stellung
auf der Führungsbahn 313 gelangt. Nunmehr kann die Abfederung wieder in derselben
Weise vor sich gehen, wie sie an Hand der Ausführungsbeispiele bereits mehrfach
beschrieben wurde.
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Selbstverständlich läßt sich auch das Steuerventil 339 zusätzlich
vom Lenker des Fahrzeuges aus verstellen, damit die Abfederung den Straßenverhältnissen
günstig augepaßtwerden kann. Vberdies weist das Abfederungssystem gemäß Fig. 13
jedoch noch den weiteren Vorteil auf, daß das Abfederungssystem jedes Fahrzeugrades
unabhängig von den übrigen Abfederungssystemen einstellbar ist: Sollte das Fahrzeug
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etwa als Lastwagen ausgebildet - z. B. einseitig belastet sein, so bewirkt die beschriebene
Abfederung völlig selbsttätig eine entsprechend härtere Einstellung der dieser Fahrzeugseite
zugeordneten Abfederungssysteme, wodurch auch jegliche Schräglagen des Fahrzeuges,
durch ungleichmäßige Belastung hervorgerufen, ausgeschlossen sind. Die gleiche selbsttätige
Änderung der Härte des Abfederungssystems ergibt sich bereits schon in Kurven, so
daß das Fahrzeug trotz der angestrebten weichen und angenehmen Abfederung in Kurven
verhältnismäßig stabil geführt bleibt und sich also weit weniger nach der Außenseite
der Kurve hin neigt, als es einer solchen weichen Abfederung sonst entsprechen würde.
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Die ausgleichende Wirkung der zuletzt beschriebenen Radabfederung
in Kurven kann auch dadurch noch verbessert werden, daß die Steuerventile 339 bzw.
die zu deren Betätigung dienenden Solenoide 348 - in jeder Fahrzeugseite zugeordneten
Paaren -zusätzlich von einem bereits in zahlreichen Ausführungsformen vorgeschlagenen
Pendelapparat oder auch vom Lenkerrad aus - in Abhängigkeit von desgen Auslenkung
- betätigt werden. Auf diese Weise kann die Anpassung der Härte des Abfederungssystems
an die Fliehkraftbeanspruchung des Fahrzeugaufbaus noch beschleunigt werden.
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Aus dem in Fig. 14 dargestellten letzten Ausführungsbeispiel geht
schließlich hervor, wie das beschriebene Abfederungssystem auch vorteilhaft für
Motorräder oder sonstige Zweiradfahrzeuge ausgenutzt werden kann.
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Das Vorderrad 406 des dargestellten Motorrades ist an einer bei modernen
Motorrädern üblichen Schwinggabel 403 gelagert, die an ihrem hinteren Ende über
einen Gelenkbolzen 402 an der Vorderradgabe1450 angelenkt ist. Die Vorderradgabel
450 weist unmittelbar unterhalb eines üblichen Lenkkopfe 451 des Motorradrahmens
401_ ein Querlager 407 auf, an dem beiderseits des Vorderrades 406 je ein Federelement
409 angelenkt ist, wie es etwa an Hand der Fig. 11 und 12 beschrieben wurde. Zu
jedem Federelement 409, welches in diesem Falle lediglich aus einer einzigen Schraubenfeder
besteht und wiederum über die beiden Federteller 411 a und 411 b - zugleich zwangläufig
axial - geführt ist, gehört eine am unteren Federteller 411 b gelagerte Abstützrolle
412, die auf einer an der Oberseite jedes Armes der Schwinggabel 403 angeordneten
Führungsbahn 413 entlang einem Teil der Schwinggabel abrollen kann. Bei der dargestellten
Ausgangsstellung der Abfederung verläuft auch die Führungsbahn 413 spiralförmig,
beispielsweise genauso wie die Führungsbahn 313 des vierten Ausführungsbeispieles.
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Damit auch das Federelertient 409 in seiner Härte eingestellt werden
kann, ist die mit dem unteren Federteller 4.=11_ b verbundene axiale Buchse 43'
mit Außengewinde versehen und trägt darauf die eigentliche untere Abstützscheibe
45'2 für das Federelement 409. Soll die Härte des Abfederungselementes 409 vergrößert
werden, so braucht lediglich die Abstützscheibe 452 entlang der Buchse 431 nach
oben geschraubt zu werden, bis die gewünschte Härte erreicht ist. Eine selbsttätige
Anpassung der Federelemente an die Fahrzeugbelastung erübrigt sich hier, weil bei
Motorrädern nicht mit häufigeren, größeren Belastungsänderungen gerechnet zu werden
braucht. Im allgemeinen werden solche Fahrzeuge nur von ein und demselben Besitzer
benutzt, der die Härte der Abfederung einmal seinen Wünschen encsprechend einstellt.
Lediglich im Falle, daß mit dem Motorrad noch ein Sozius mitgenommen werden soll,
wird eine Anpassung der Abfederung an die neue Fahrzeugbelastung erforderlich, die
sich jedoch vor allem auf die nachstehend näher beschriebene Hinterradabfederung
bezieht.
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Das Hinterrad 406' des in Fig. 14 dargestellten Motorrades ist am
Fahrzeugrahmen 401 mittels einer Schwinggabel 403' geführt, die am Fahrzeugrahmen
401 mittels eines vorderen Gelenkbolzens 40d' angelenkt ist. Im Bereich der Achse
453 des Hinterrades 406 befindet sich an der Oberseite jedes Armes der Schwinggabel
403' eine grundsätzlich gleiche Führungsbahn 413, wie sie sich an den beiden Armen
der vorderen Schwinggabel 403 befindet. Auf jeder Führungsbahn 413 der Schwinggabel
403' ist eine Abstützrolle 412 geführt, die an einem etwa dem Wagen 343 des vierten
Ausführungsbeispiels entsprechendere Wagen 443 gelagert ist. Während die Führungsbahn
313 des Wagens 343 jedoch spiralförmig gekrümmt ist, verläuft die Führungsbahn 413'
des Wagens 443 bei der dargestellten Ausgangsstellung der Abfederung konzentrisch
zu einem am Fahrzeugrahmen 401 oberhalb des Hinterrades 406' gelagerten Gelenkbolzen
407, an dem beiderseits des Hinterrades 406' je ein Federelement 409'
mittels oberer Federteller 411.'a angelenkt ist.
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Jedes Federelement 409' entspricht etwa den Federelementen
409 der Vorderradabfederung, wobei hier jedoch die Federhärte durch Verstellen
der Lage der Abstützrolle 412' gegenüber der Führungsbahn 41.3' verändert wird.
Zu dieser Veränderung weist der die Abstützrolle 412' tragende untere Federteller
411'b einen seitlich der Abstützrolle nach unten ragenden Ansatz auf, der mit einer
(nicht sichtbaren) Querbohrung versehen ist. Außerdem weist auch der Wagen 443 entlang
einem der Führungsbahn 413' parallelen Kreisbogen eine Anzahl Querbohrungen 454
auf. Durch einen Kupplungsstift 455 kann nun der Federteller 411'b je nach der gewünschten
Federhärte über den Kupplungsstift 455 an einer der genannten Querbohrungen 454
des Wagens 443 festgelegt werden. Die dargestellte Einstellung entspricht der härtesten
Federeinstellung, während die Abfedr-.-ung um so weicher wird, je mehr das Federelement
409' nach dem inneren Ende der Führungsbahn 413' hin verstellt wird.
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Zur weiteren Festlegung des Wagens 443 dient eine gleiche Führungsstange
444, wie sie beim vierten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 13) beschrieben ist. Die
das Federsystem 4-09' nach der Vcrderseite des Motorrades hin umgreifende Führungsstange
444 ist oben am Gelenkbolzen 407 angelenkt, während an ihrem unteren freien Ende
das vordere Ende des Wagens 443 mittels eines Gelenkbolzens 445 angelenkt ist.
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Die Wirkungsweise der Abfederung des Motorrades geht aus der vorstehenden
Beschreibung der übrigen Ausführungsbeispiele ohne weiteres hervor, so daß hier
auf eine wiederholende Funktionsbeschreibung verzichtet werden kann. Es sei nur
darauf hingewiesen, daß die Hinterradabfederung im Falle der Mitnahme eines Sozius
durch entsprechendes Umstecken der Kupplungsstifte 445 - was in der Regel ohne Werkzeuge
von Hand möglich sein wird - leicht der neuen Belastung angepaßt werden kann.
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Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen
erkennen, daß sich das erfindungsgemäße
Abfederungssystem bei
allen üblichen Radaufhängungen und in. Verbindung mit allen gebräuchlichen Federelemente',
und überhaupt mit allen üblichen Straßenfahrzeugen, insbesondere auch solchen geländegängigen
Fahrzeugen vorteilhaft anwenden läßt. Wie schon erwähnt, könnten über die dargestellten
Federelemente hinaus sogar auch pneumatische oder sonstige Federelemente verwendet
werden, die eine progressive Federcharakteristik aufweisen. Die offenbarten Einzelelemente,
z. B. zur selbsttätigen Steuerung des einstellbaren Federsystems, lassen sich selbstverständlich
auch unabhängig von dem jeweiligen Ausführungsbeispiel, zu dem sie beschrieben sind,
in Verbindung mit den übrigen Ausführungsbeispielen anwenden, wodurch sich weitere
zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten ergeben. Die Abstützrollen könnten durch Verwendung
von Wälzlagern besonders leichtgängig gemacht oder durch seitliche Ränder zusätzlich
geführt werden.
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Weiterhin könnte der die Betätigungswelle aufweisende Feinantrieb
für die Verstellung der Schwenkhebel des Abfederungssystems gemäß Fig.7 durch einen
am zugehörigen Rohr über ein Kettenrad angreifenden Kettentrieb ersetzt werden.
Statt des Kettentriebes könnte das Rohr auch ein Sperrad mit symmetrischer Verzahnung
aufweisen, das vermittels eines dauernd im Eingriff mit der Verzahnung stehenden
Klinkenhebels mit umstellbarer Klinke etwa nach Arteiner »Ratsche« zur Verdrehung
des Rohres ausgenutzt wird. In einfachster Weise würde jedoch schon ein einfacher
Sechskant auf dem Rohr genügen, der dann mit Hilfe eines normalen Schraubenschlüssels
zum Verdrehen des Rohres dient. Außerdem könnte das Abfederungssystem auch noch
durch übliche Stoßdämpfer ergänzt werden, obgleich solche Dämpfer in der Regel kaum
notwendig sein werden und zumindest nur sehr schwach zu wirken brauchen.-Weitere
Ausgestaltungen könnten in der zusätzlichen Anwendung von Gummilagerungen, selbstschmierenden
Lagerstellen und in der Anwendung von Gummimanschetten liegen, die insbesondere
zum Schutz von Schraubenfederelementen der Abfederung dienen können. Es könnten
gemeinsam mit dem beschriebenen Abfederungssystem auch noch übliche Stabilisatoren
verwendet werden, um Seitenneigungen des Fahrzeugaufbaus noch besser begegnen zu
können.
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Im Rahmen anderer Ausgestaltungen könnte man mit einem beschriebenen
Abfederungssystem ein am Instrumentenbrett des Fahrzeuges angeordnetes Anzeigegerät
kombinieren, welches über entsprechende Übertragungsmittel den Belastungsgrad des
Fahrzeuges bzw. die jeweilige Bodenfreiheit desselben anzeigt: Weiterhin könnte
der Steuermotor, der in den Ausführungsbeispielen entweder als Elektromotor oder
als hydraulisch arbeitender Motor beschrieben ist, auch als pneumatisch arbeitender
Motor ausgebildet sein, der dann in einfacher Weise an ein übliches Druckluftsystem,
z. B. an den Bremsluftbehälter des Fahrzeuges angeschlossen ist. Zur Steuerung könnte
-über eine entsprechende Kupplung - der Antriebsmotor des Fahrzeuges ausgenutzt
sein.
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Endlich könnten die aus verschiedenen Federn zusammengesetzten Federsysteme
einiger Ausführungsbeispiele auch anders als dargestellt ausgebildet sein, um eine
bessere Anpassung der Abfederungscharakteristik an die Belastungsverhältnisse zu
schaffen. So könnte eine einzige Schraubenfeder mit unterschiedlicher Steigung oder
mit kegelmantelförmiger Gestalt oder schließlich auch eine Kombination ineinandergefügter
Schraubenfedern verwendet werden, von der ein Teil erst nach einer bestimmten Durchfederung
anderer Federn zum Tragen kommt.