DE3208680A1 - Anordnung fuer federaufhaengungssysteme, insbesondere fuer fahrzeuge - Google Patents

Anordnung fuer federaufhaengungssysteme, insbesondere fuer fahrzeuge

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DE3208680A1 DE19823208680 DE3208680A DE3208680A1 DE 3208680 A1 DE3208680 A1 DE 3208680A1 DE 19823208680 DE19823208680 DE 19823208680 DE 3208680 A DE3208680 A DE 3208680A DE 3208680 A1 DE3208680 A1 DE 3208680A1
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Description

Patentanwälte · European Patent Attorneys
Dlpl.-Ing. Joachim Strasse, München . Dlpl.-Phyu. Dr. Hans-Herbert Stoffregen, Hanau Zweibrückenstraße IS ■ D-8OOO München 2 (Gegenüber dem Patentamt) · Telefon (08Θ) 22 2ΒΟΘ . Telex 5 22 004
Mining Transportation Co AB München, 10. März 1982 981 22 Kiruna (Schweden) pu-ks 14 049
Anordnung für Federaufhängungssysteme,
insbesondere für Fahrzeuge *
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in Federaufhängungssystemen, insbesondere für Fahrzeuge, die Bewegungen in mehreren oder allen Freiheitsgraden zwischen zwei Körpern in einem Frequenzbereich von bis herunter zu 1 Hz und nach oben bis zu 5 000 Hz oder mehr gestattet, wobei die Anordnung zumindest ein mit einer starren zylindrischen äußeren Oberfläche versehenes Federglied umfaßt, daß axial arbeitet und zwischen dem Paar von Körpern angebracht ist.
Aus dem schwedischen Patent 7710603-7 ist ein Federsystem oder eine Aufhängung vorbekannt, die hauptsächlich für ein Fahrerhaus in schweren Baufahrzeugen oder ähnlichen Fahrzeugen mit ungefederten Radaufhängungen angepaßt ist, wobei das Fahrerhaus Schwingungen ausgesetzt ist. Um eine Anpassung an alle Schwingungsfrequenzen bis herunter auf ungefähr 1 Hz zu erreichen, ist eine spezielle Anordnung von Federvorrichtungen vorgeschlagen worden, die gleichmäßig um die Peripherie des Fahrerhauses verteilt sind, so daß ihre Wirkungsachsen in spitzem Winkel zur Vertikalen stehen. In einer Ausführungsform der vorbekannten Erfindung sind als Federvorrichtung hauptsächlich spiralförmig gewundene Druckfedern verwendet worden, es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß bei einigen Anwendungen immer noch gewisse Schwierigkeiten auftreten. Daher wird die Feder zu lang und transversal instabil, falls sie in dem Bereich unterhalb von 2 Hz noch wirksam
— 2—
sein soll, d. h. in der Nähe der unteren Grenze von 1 Hz. Zur Berechnung der Feder ist in diesem Fall auch ein erheblicher Rechenaufwand nötig, und weiterhin, so weit spiralförmig gewundene Druckfedern betroffen sind, ist die Auswahl der Abmessungen der Federdrähte und der Windungsparameter außerordentlich kritisch.
Bei der weiteren Entwicklung des Grundkonzeptes gemäß der voranstehend genannten Patentschrift wurde herausgefunden, daß eine andere Art von Federvorrichtungen tatsächlich besser für Anwendungen in dem untersten Grenzbereich der Schwingung ist, bei ungefähr 1 Hz, nämlich hydropneumatische Federn von grundsätzlich derselben Art,- die beispielsweise in einigen, modernen Personenwagen Verwendung findet. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Federvorrichtungen ist jedoch ihre Unfähigkeit, höhere Frequenzen aufzunehmen, ohne daß gleichzeitig eine Erhöhung des Gasdrucks auf extrem hohe Werte erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung steht unter der Aufgabe, die voranstehend genannten Beschränkungen zu überwinden und eine einfache Federvorrichtung bereitzustellen.- Die vorliegende Erfindung basiert daher auf Überlegungen, wie auf wirksame Weise eine hydropneumatische Feder mit einer anderen Art von Federvorrichtung kombiniert werden kann, die die höheren Frequenzen aufnehmen kann und derart die notwendige Ergänzung schafft und Bewegungen zwischen zwei Körper zuläßt, während mehrere oder alle Bewegungsfreiheitsgrade zwischen diesen erhalten bleiben. Es hat sich herausgestellt, daß die Lösung der Aufgabe auf eine überraschend einfache und zufriedenstellende Weise möglich ist, die daher die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildet.
Die wesentlichen die vorliegende Erfindung kennzeichnenden Merkmale bestehen darin, daß das Federglied mit einem der Körper über eine zusätzliche elastomere Federvorrich-
-3-
Ol tung an diesem Körper verbunden ist, wobei die zusätzliche Federvorrichtung die zylindrische äußere Oberfläche des Federgliedes umgibt, um beschränkte universelle Bewegungen des Federgliedes von einer zentralen Lage aus gegen eine vorbestimmte und nicht unerhebliche Gegenkraft zu gestatten, während das Federglied mit dem anderen der Körper über einen Anlenkzapfen verbunden ist.
Die zusätzliche Federvorrichtung gemäß der Erfindung, bildet ein außerordentlich vorteilhaftes Komplement zu dem Federglied, da es nicht nur Bewegungen in allen Freiheitsgraden ermöglicht, sondern auch eine Federendbegrenzung für Bewegungen axial zum Federglied bildet. In seiner Gesamtheit ist das Federaufhängungssystem kompakt, einfach und verläßlich, in den meisten Anwendungsfällen eine unerläßliche Forderung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand mehrerer zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur.1 eine Seitenansicht und
Figur 2 eine Hinteransicht der erfindungsgemäßen Anordnung, angewendet auf ein federnd aufgehängtes Fah
rerhaus eines Baufahrzeuges,
Figur 3 eine vergrößerte Teilansicht, teilweise im Schnitt, eines der Federglieder der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2,
Figur 4 eine Seitenansicht und
Figur 5 eine Hinteransicht der erfindungsgemäßen Anordnung, angewendet auf die federnde Aufhängung ei
nes Sitzes.
—4—
Ol In den Figuren 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung in der Anwendung bei einem Federsystem zur Aufhängung eines Fahrerhauses 1 an der Vorderseite eines Schwerlast-Transportfahrzeuges mit ungefederten Vorrädern 2 und einem nach vorne ragenden Rahmenabschnitt 3 gezeigt. Wie ■ dargestellt, wird das Fahrerhaus 1 von einem es umgebenden rahmenartigen Schutzkäfig 4 mit dazwischen angeordneten Federgliedern 5 gehalten, die in Abständen um den Umfang der Kabine angeordnet sind, die in ihrem Inneren einen Fahrersitz 6 aufweist.
Die Form und Anordnung der Federglieder 5 ist näher in der vergrößerten Teilansicht der Figur 3 dargestellt. In diesem Fall besteht das Federglied aus einer an sich bekannten hydropneumatischen Feder und weist einen zylindrischen Körper 6 mit einem darin gleitbar angebrachten Kolben 7 und eine Kolbenstange 8 auf, die von einem Ende des Zylinders 6 hervorragt. Am entgegengesetzten Ende des Zylinders 6 befindet sich eine Druckkammer 9, in der ein Volumen von Hydraulikflüssigkeit festgehalten ist, die von einem Gaspuffer 10 druckbeaufschlagt wird. Der Gaspuffer ist von der Flüssigkeit mittels einer Membrane 11 getrennt. An ihrem freien Ende ist die Kolbenstange 8 mit einem der beiden Körper verbunden, zwischen denen das Federsystem zum Betrieb angepaßt ist, im vorliegenden Fall über eine Stütze 12 an dem Fahrerhaus 1. Die Verbindung zwischen dem freien Ende der Kolbenstange 8 und der Stütze 12 ist als ein Gelenk 13 geeigneter Art ausgebildet, im vorliegenden Fall als Drehzapfen. Bei vielen Anwendungen kann jedoch das Gelenk 13 als Universalgelenkausgebildet sein.
Die hydropneumatische Feder 5 ist mit dem anderen der beiden Körper, nämlich dem Schutzkäfig 4, über eine buchsenartige elastomere Vorrichtung 14 verbunden, die die äußere Oberfläche des Zylinders 6 der hydropneumatischen
-5-
•Γ"
Ol Feder 5 umgibt und von einer hülsenartigen Stütze 15, die am Käfig 4 befestigt ist, gestützt wird. Vorzugsweise ist die elastomere Vorrichtung 14 aus einem Gummi vorbestimmter Härte und/oder Federkonstante hergestellt, die dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt ist, und als solches ein kommerziell erhältliches standardisiertes Teil darstellt. Für eine einfache Justierung der Vertikalstellung der hydropneumatischen Feder 5 in der elastomeren Vorrichtung 14 und daher der Stütze 15 zur Einstellung der Hebelhöhe 11 zwischen der Stütze 15 und dem Gelenk 13 und daher der Federcharakteristik des gesamten Aufhängungssystems ist es vorteilhaft, daß die elastomere Vorrichtung 14 entlang der äußeren Oberfläche des Zylinders 6 beweglich ist und daß zwischen einem Kragen 16 am Kolben an dessen kolbenstangenseitigen Ende und der elastomeren Vorrichtung 14 eine oder mehrere abnehmbare Abstandsvorrichtungen 17, falls gewünscht, angebracht werden können, wobei die Äbstandsvorrichtungen 17 als geschlitzte Klammern ausgeführt sind. In den Zeichnungen ist daher eine derartige Abstandsvorrichtung 17 dargestellt, die oberhalb der elastomeren Vorrichtung 14 angebracht ist, während zwei entsprechende Äbstandsvorrichtungen 17 verwendet wurden, um den verbleibenden freistehenden Restabschnitt des Zylinders -6 zwischen der unteren Fläche der elastomeren Vorrichtung 14 und einem Kragen 18 am Ende des Zylinders 6 auszufüllen, an dem sich die Druckkammer 9 befindet, so daß der Zylinder 6 auch daran gehindert ist, nach oben in die elastomere Vorrichtung 14 getrieben zu werden.
Die in den Zeichnungen dargestellte hydropneumatische Feder 5 ist mit passenden Vorrichtungen versehen, um auch eine stoßdämpfende Wirkung zu erzielen, die bei der dargestellten Ausführungsform vorteilhaft ist. Die elastomere Vorrichtung 14, an deren inneren und äußeren peripheren
-6-
Ol Flächen durch an sich bekannte Vulkanisation metallene Hülsen 19, 20 starr befestigt sind, gestattet nun Bewegungen in allen Freiheitsgraden des federnd unterstützten Systemkörpers, d. h. des Fahrerhauses 1. Zur selben Zeit wirkt dies auch als Stoßendanschlag nach unten in vertikaler Richtung, wobei gleichzeitig mit dem elastomeren Material die Gesamtfrequenz des Federaufhängungssystems gegenüber der Frequenz der hydropneumatischen Feder allein gesenkt wird. Daher wird eine sehr wirksame und einfache Lösung des Problems erhalten, mehrere Teile federnd abzustützen, insbesondere in Verbindung mit Fahrzeugen unterschiedlicher Art und insbesondere Fahrerkabinen von Schwerlast-Baufahrzeugen, Maschinen für die Holzwirtschaft u. ä. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in bezug auf die Befestigungsbedingungen und die Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Fahrbedingungen und das Gewicht von Fahrerkabinen. Eine einfache Anpassung kann beispielsweise durch an sich bekannte Änderung des Gasdrucks der hydropneumatischen Feder 5 erfolgen. Daher können dieselben Komponenten einfach an die Anforderungen aller Kabinen angepaßt werden, und die einzige hierfür notwendige Anpassung ist der Öldruck der Feder 5, um eine gewünschte Charakteristik des Federaufhängungssystems zu erhalten.
In den Figuren 1 und 2 wurde die Kabine 1 so dargestellt, daß sie von vier hydropneumatischen Federn 5 gehalten wurde, die um den Umfang der Kabine im Abstand gehalten sind, nämlich eine an jeder Ecke der Kabine. Die Federn 5 sind ungefähr in der Mitte der Höhe der Kabine 1 angeordnet, nämlich so, daß die Verbindung zwischen dem Federglied 5 und der Kabine, also das Gelenk 13, in einer vorbestimmten Höhe oberhalb des Schwerpunktes der Kabine mit dem Fahrer an seinem Platz liegt. Alle Verbindungspunkte oder Gelenke 13 sollten in einer gemeinsamen Ebene liegen. Da die hydropneumatische Feder nach ihrer Be-
—7—
Ol triebsweise eine Druckfeder ist, liegt die Verbindung zwischen dem Federglied 5 und dem Fahrzeugrahmen 3 mit dazwischen angebrachtem Käfig 4, d·. h. der Stütze 15, senkrecht unterhalb des Gelenks 13, so daß die Kabine 1 durch ihr Eigengewicht immer die Federglieder 5 beaufschlagt.
Es sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Detailanordnungen und Positionierungen der Federaufhängungseinheiten möglich. Bei beschränktem Platz kann das Federglied 5 daher mit seinen Befestigungen in umgekehrter Richtung montiert werden, d. h. so, daß die Stütze 15, die die elastische Vorrichtung 14 abstützt, die wiederum den Zylinder 6 der hydropneumatisehen Feder 5 umgibt, an dem Fahrerhaus 1 angebracht wird, wogegen die Kolbenstange mit ihrem freien Ende gelenkig mit dem Käfig 4 verbunden wird. Weiterhin können anstelle von vier jeweils in einer Ecke der Kabine 1 angebrachten Federgliedern -5 drei Federglieder 5 in einer geeigneten Anordnung verwendet werden, beispielsweise eines in der Mitte der Rückwand der Kabine und jeweils eines an jeder Seite der Kabine, so daß die Federglieder 5 in einer Horizontalebene die Ecken eines gleichschenkeligen Drei-
/-N ecks bilden.
25
Es ist jedoch auch möglich, nur zwei Federglieder 5 vorzusehen, eines an jeder Seite der Kabine, mit einer imaginären Verbindungslinie zwischen den Federvorrichtungen, die durch den Schwerpunkt der Kabine geht, in einer ebenen Darstellung gesehen. Beide der zuletzt genannten alternativen· Zahlen von Federgliedern" sind vorteilhaft einsetzbar in besonderen Fällen, insbesondere bei asymmetrischer Form.
Auch wenn ein Fahrerhaus oder ein ähnlicher Raum als solcher nicht in seiner Gesamtheit federnd aufgehängt
-8-
-/If-
Ol werden kann, sind dieselben Bewegungsbedingungen und Anforderungen zur Dämpfung in ihren wesentlichen Punkten immer noch gültig für den Fahrersitz als solchen, und in einem derartigen Fäll kann die vorliegende Erfindung auch nur bei einem Fahrersitz Verwendung finden, wie nachstehend unter Bezug auf die Figuren 4 und 5 weiter ausgeführt wird.
In diesen Figuren ist ein Sitz 22 dargestellt, der durch eine unterstützende Rahmenkonstruktion 23, die auch Armlehnen ausbildet, von einer Basis unter Zwischenschaltung von vier Federgliedern 5 derselben Art, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 dargestellt, unterstützt wird, obwohl die Federglieder eine entsprechend verringerte Größe aufweisen und in jeweils einer Ecke des Sitzes angeordnet sind. Genau ausgedrückt sind diese Federglieder hydropneumatische Federn 5, die am freien Ende der zugehörigen Kolbenstange bei 13 an die Rahmenkonstruktion 23 angelenkt sind. Über.eine ihn umgebende elastomere Vorrichtung oder Körper 14 ist der Zylinder 6 des Federgliedes 5 seinerseits mit einem Stützrahmen 25 verbunden, der sich auf die Basis 24 abstützt. Die elastomere Vorrichtung 14 ist von derselben buchsenartigen Ausführung wie in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform und ist auf eine ähnliche Weise an einer Stütze oder einem Halter in dem Stützrahmen 25 befestigt. Durch eine passend gewählte Hebellänge 1 der Entfernung zwischen der geteilten Befestigung 13 der Kolbenstange im Rahmen 23 und der Befestigung des Zylinders 6 im Stützrahmen 25 und der Höhe h des Gelenks 13 oberhalb des Schwerpunktes TP können alle Erfordernisse in bezug auf gewünschte Federbewegungen einfach erfüllt werden. Im Normalfall müßten die Federglieder 5 nicht mit einer Dämpferwirkung versehen werden. Auch insoweit dieses Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer federnden Aufhängung
—9—
An ·
Ol eines Stuhles oder Sitzes betroffen ist, sind dieselben Möglichkeiten für verschiedene Ausführungen anwendbar wie bei dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Da der Schwerpunkt TP des Sitzes immer in einer ausgewählten vorbestimmten Entfernung h unterhalb der Gelenkverbindung 13 des Federgliedes 5 liegt, ist der Sitz selbstverständlich selbststabilisierend, falls gewünscht, können jedoch weitere Dämpfungsglieder 26 zwischen dem Stützrahmen 25 und dem Sitzrahmen 23 angebracht werden, wie in den Zeichnungen dargestellt.
.In der voranstehenden Beschreibung wurde im Zusammenhang mit beiden Ausführungsbeispielen als Federglied 5 eine hydropneumatische Feder bekannter Art mit im wesentlichen zylindrischer Außenfläche verwendet. Es ist jedoch auch möglich, im Rahmen der Erfindung " andere Federvorrichtungen zu verwenden, die im wesentlichen die gleiche zylindrische Außenfläche aufweisen, beispielsweise eine spiralförmig gewundene Druckfeder, die von einer passenden zylindrischen Führungshülle umgeben ist. Weitere Abänderungen und Anpassungen von Teilen der Anordnung gemäß der Erfindung sind für Fachleute selbstverständlich und offenbar.
-10-
■a-
Leerseite

Claims (4)

  1. STRASSB & STÖFFREGfiN 3 2 0 8 6 8
    Patentanwälte · Kuropoun I'ntont Attorneys
    iig. Joachim Strasee( München · Dipl.-Pliys. Df. Iluns-Ilerbert Stoffrogen, Hanau Zweibrückenstraße 15 · D-8OO0 München 2 (Gegenüber dem Patentamt) · Telefon (089) 22 26 θβ ■ Telex 5 22 004
    Mining Transportation Co AB München, 10. März 1982 22 Kiruna (Schweden) pu-ks 14 049
    Anordnung für Federaufhängungssysteme,
    insbesondere für Fahrzeuge
    Patentansprüche
    Anordnung für Federaufhängungssysteme, insbesondere für Fahrzeuge, die Bewegungen mit mehreren oder sämtlichen Freiheitsgraden zwischen zwei Körpern in einem Frequenzbereich von bis herunter zu 1 Hz und herauf bis zu 500 Hz und mehr gestatten, wobei die Anordnung· zumindest ein mit einer starren zylindrischen äußeren Fläche versehenes Federglied umfaßt, daß axial wirkt und zwischen diesem Paar von Körpern angebracht ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Federglied (5) mit einem der Körper (4) unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen elastomeren Federvorrichtung (14) an dem einen Körper (4) verbunden ist, daß die zusätzliche Federvorrichtung (14) die zylindrische äußere Oberfläche (6) des Federgliedes
    (5) umgibt und beschränkte universelle Bewegungen des Federgliedes (5) von einer zentralen Lage gegen eine vorbestimmte, nicht unerhebliche Gegenkraft gestattet, während das Federglied (5) mit dem anderen der Körper (1) über eine Gelenkvorrichtung (13) verbunden ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Federglied mit einer starren zylindrischen
    -11- ■
    Ol Oberfläche aus einer hydropneumatisehen Feder (5) mit einem zylindrischen Körper (6) besteht, daß die zusätzliche Federvorrichtung (14) die den zylindrischen Körper (6) umgibt, eine buchsenartige Form aufweist und mit metallischen Hülsen (19, 20) versehen ist, die an der äußeren und inneren Umfangsflache angebracht sind, und daß die zusätzliche Federvorrichtung (14) an einer korrespondierenden Stelle in einer Stütze (15) gehaltert ist, die starr mit einem der beiden Körper (4) verbunden ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Bereitstellung einer axial einstellbaren Festlegung der Lage der zusätzlichen Federvorrichtung (14) eine oder mehrere Abstandsvorrichtungen (17) zwischen einer oder beider Seiten der Stütze (15) und einem radialen Endanschlag (16, 18) am zylindrischen Körper
    (6) angebracht sind, wobei die Abstandsvorrichtungen
    (17) vorzugsweise in einer zentralen longitudinalen Ebene teilbar sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die hydropneumatische Feder (5) stoßabsorbierend ausgebildet ist.
DE19823208680 1981-03-10 1982-03-10 Anordnung fuer federaufhaengungssysteme, insbesondere fuer fahrzeuge Granted DE3208680A1 (de)

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