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Knickgelenktes Fahrzeug
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Die Erfindung betrifft ein knickgelenktes Fahrzeug, insbesondere einen
Schlepper mit einer hinter der Hinterachse angeordneten Aufnahme für eine Last wie
einen Spritzbrühbehälter, wobei ein Fahrzeugvorder- und ein Fahrzeug-Hinterteil
um eine vertikale Lenkachse sowie zur Anpassung an Geländeunebenheiten um eine horizontale
Pendelachse relativ zueinander schwenkbeweglich sind.
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Wenn in diesem Zusammenhang von vertikalen und horizontalen Achsen
die Rede ist, so soll damit nur die Lage dieser Achsen in einer neutralen Fahrzeugposition
beschrieben werden. Außerdem versteht sich natürlich von selbst, daß jedes der Fahrzeugteile
über mindestens eine Radachse verfügt.
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Obwohl es bei derartigen Fahrzeugen bekannt ist, eine Last entweder
am Fahrzeughinterteil oder am Fahrzeugvorderteil aufzusatteln, sollen die folgenden
Betrachtungen*) auf den Fall beschränkt werden, daß die Last außerhalb der Radachsen
auf das Fahrzeughinterteil aufgesattelt wird. Selbstverständlich können aber alle
Überlegungen entsprechend auf Fahrzeuge übertragen werden, bei denen einen Last
auf das Fahrzeugvorderteil aufgebracht werden soll.
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*) der Einfachheit halber
Eine außerhalb der Radachsen
auf das Fahrzeughinterteil aufgebrachte Last ist bestrebt, das Fahrzeug um die Auflagestellen
der hinteren Fahrachse zu schwenken, so daß die Vorderachse entlastet wird. Jedes
Einschlagen der Fahrzeuglenkung verringert nicht nur den wirksamen Hebelarm des
Fahrzeugvorderteils bezüglich der hinteren Fahrachse, sondern bei Fahrzeugen mit
der beschriebenen Pendelachse verringert sich das bezüglich der hinteren Fahrachse
wirksame Abstützmoment des Fahrzeugvorderteils mit der Vergrößerung des Lenkwinkels.
Schließlich ist bei eingeschlagener Lenkung die Last bestrebt, das kurvenäußere
Rad der vorderen Fahrachse vom Boden abzuheben. Beim Schwenken wird durch Schwerpunktsverlagerung
schon im Normalfall ohne aufgesattelte Last das kurvenäußere Rad entlastet und das
kurveninnere Rad entsprechend belastet, da die Fahrzeugteile um die Pendelachse
relativ zueinander schwenkbar sind.
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Deshalb sind schon Vorrichtungen bekannt geworden, durch die ein einem
Pendelausschlag des einen Fahrzeugteils relativ zum anderen Fahrzeugteil um die
horizontale Pendelachse entgegenwirkendes Rückstellmoment erzeugt wird.
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Bei einer ersten bekannten Konstruktion (DE-OS 25 11 446, Figur 4,
in Verbindung mit Seite 9, letzter Absatz) sind symmetrisch zu der mit der Fahrzeug-Längsmittelachse
zusammenfallenden Pendelachse zwei aufrechtstehende Schraubenfedern vorgesehen,
die zwischen keilförmigen Widerlagern
angeordnet sind, von denen
das jeweils untere zusammen mit dem Fahrzeugvorderteil einen Lenkeinschlag mitmacht.
Die Keilflächen sind so orientiert, daß die jeweils kurvenäußere Schraubenfeder
mit zunehmendem Lenkeinschlag immer stärker zusammengepreßt wird und so ein das
kurvenäußere Rad des Fahrzeugvorderteils nach unten drückendes, einem Pendelausschlag
entgegenwirkendes Rückstellmoment erzeugt, welches mit zunehmendem Lenkeinschlag
und mit zunehmenden Pendelausschlag größer wird.
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Wegen der keilförmigen Federwiderlager, gegenüber welchen die Federn
beim Lenken verschoben werden müssen, ist diese bekannte Konstruktion jedoch unbefriedigend,
ganz abgesehen davon, daß immer nur eine der beiden Federn wirksam werden kann.
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Bei einem anderen bekannten knickgelenkten Fahrzeug mit einem Pendelausschlag
entgegenwirkender Federrückstellvorrichtung (DE-OS 26 58 932) ist bezüglich der
im Fahrzeugvorderteil angeordneten Pendelachse dem Fahrzeughinterteil ein sich in
Fahrzeuglängsrichtung erstreckendes Widerlager zugeordnet, zu dessen beiden Seiten
ungefähr quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufende und als Druckfedern ausgebildete
Rückstellfedern angeordnet sind.
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Diese weisen schon in der neutralen Stellung der Fahrzeugteile eine
Vorspannung auf, und es kann immer nur eine der Rückstellfedern auf das zusammen
mit dem Fahrzeugvorderteil um die vertikale Lenkachse schwenkende Widerlager einwirken,
da sich die Druckfedern nicht über die in der neutralen Fahrzeugstellung eingenommene
Längserstreckung hinaus ausdehnen können. Nachteilig an dieser bekannten Konstruktion
ist vor allem der Umstand, daß die vorgespannten Rückstellfedern Pendelbewegungen
des einen Fahrzeugteils relativ zum anderen auch schon dann entgegenwirken, wenn
die Lenkung gar nicht eingeschlagen ist und ein einem Pendelausschlag entgegenwirkendes
Rückstellmoment deshalb nicht notwendig wäre; die Pendelmöglichkeit ist aber eine
durchaus erwünschte Eigenschaft der in Rede stehenden Fahrzeuge, damit sie sich
Geländeunebenheiten anpassen können, so daß man diese Anpassungsfähigkeit nicht
unnötig beschränken sollte.
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Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein knickgelenktes Fahrzeug
der erwähnten Gattung zu schaffen, bei dem das Pendel nur für Fahrzustände erschwert
wird, bei denen dies auch wirklich erforderlich ist, und das außerdem einen einfachen
und dauerhaft funktionsfähigen Aufbau besitzt, so daß die Nachteile der geschilderten
bekannten Fahrzeuge nicht gegeben sind.
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Ausgehend von einem knickgelenkten Fahrzeug der eingangs erwähnten
Art, welches eine Federvorrichtung zur Erzeugung eines einem Pendelausschlag entgegenwirkenden
Rückstellmoments aufweist, läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine am
Fahrzeugvorder- sowie am Fahrzeughintertei.l jeweils außerhalb der Lenkachse um
zu dieser ungefähr parallele Achsen schwenkbar angelenkte sowie im Querabstand von
der Pendelachse angeordnete Strebe lösen, welche derart mit wenigstens einer quer
zu ihr verlaufenden, in der neutralen Stellung der beiden Fahrzeugteile zueinander
zumindest nahezu vorspannungsfreien Feder gekoppelt ist, daß die letztere bei einem
Lenkeinschlag so vorgespannt und bei einem Pendelausschlag im Sinne eines Anhebens
eines kurvenäußeren Rades so weitergespannt wird, daß sie über die Strebe ein dem
Pendelausschlag entgegenwirkendes Moment erzeugt.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird also auf einfachste Weise
erreicht, daß sich das Fahrzeug bei Geradeausfahrt relativ leicht Bodenunebenheiten
anpassen kann, indem es sich um die Fahrzeuglängsachse verwindet, was im Gegensatz
zu der Lehre nach der DE-OS 26 58 932 steht, gemäß der schon bei der geringsten
Verwindung um die horizontale Pendelachse das Rückstellmoment sofort voll zur Wirkung
kommt, auch wenn das Fahrzeug geradeausfährt. Gegenüber der Konstruktion nach der
DE-OS 25 11 446 besitzt das erfindungsgemäße Fahrzeug den
Vorteil,
daß die für die Erzeugung des Rückstellmoments herangezogene Federvorrichtung weit
einfacher aufgebaut und deshalb robuster und weniger störanfällig ist. Auch kann
man durch die Wahl des Angriffspunkts der Feder beziehungsweise der Federn an der
Strebe und des Abstands der Strebe von der horizontalen Pendelachse die Abhängigkeit
des Rückstellmoments von der Größe des Lenkeinschlags und des Pendelausschlags in
weiten Grenzen relativ einfach variieren. Gegenüber der Konstruktion nach der DE-OS
25 11 446 fällt außerdem noch die sehr viel flachere Bauweise ins Gewicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
sind zu beiden Seiten der Strebe Federn vorgesehen, die alle bei jeder Auslenkung
der Strebe aus ihrer Nullstellung heraus durch die letztere insbesondere gleichsinnig
beansprucht werden. Im Gegensatz zu allen vorstehend beschriebenen bekannten Konstruktionen
wirken dann stets alle Federn am Aufbau des Rückstellmoments mit, während beim Stand
der Technik immer eine der beiden Federn unwirksam bleibt. Die Erfindung ermöglicht
also auch aus diesem Grund eine billigere und raumsparendere Konstruktion.
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An die Stelle von Zug- oder Druckfedern kann auch eine oder mehrere
Torsionsfedern treten, die beim Auslenken der Strebe durch Einschlagen der Lenkung
vorgespannt wird, dadurch einen Radlastausgleich bewirkt, und beim Pendeln gleichfalls
belastet wird, so daß das von ihr erzeugte Rückstellmoment einem Pendelausschlag
entgegenwirkt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sind die Federn der Federvorrichtung
so ausgelegt, daß selbst bei unbelastetem Fahrzeug das Maschinengewicht in jedem
Fall dazu ausreicht, daß sich die Fahrzeugteile Bodenunebenheiten anpassen, d.h.
daß alle Fahrzeugräder Bodenkontakt behalten.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den beigefügten Ansprüchen und/ oder der nachfolgenden Beschreibung sowie
der beigefügten zeichnerischen Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Fahrzeugs; es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Schleppers, wobei der mittlere Fahrzeugbereich, in dem sich die die
Lenk- und die Pendelachse definierenden Gelenke befinden, aufgebrochen wurde; Fig.
2 einen Schnitt durch die vertikale Fahrzeuglängsmittelebene zwecks größerer Darstellung
des in Fig. 1 mit "A" gekennzeichneten Bereichs; Fig. 3 eine Ansicht der erfindungsgemäßen
Federvorrichtung gemäß Pfeil "B" in Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie
4-4 in Fig. 3; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 2; Fig. 6 eine der
Fig. 3 entsprechende Darstellung, jedoch bei eingeschlagener Lenkung und um die
Pendelachse relativ zueinander verschwenkten Fahrzeugteilen, und Fig. 7 einen Ausschnitt
aus Fig. 2, jedoch für eine zweite Ausführungsform mit einer Torsionsfeder.
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Der in Fig. 1 gezeigte Schlepper besitzt ein Fahrzeugvorderteil 10
mit Motor 12 und Vorderachse 14 sowie ein Fahrzeughinterteil 16 mit Fahrerkabine
18 und Hinterachse 20.
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Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel nimmt das Fahrzeughinterteil
auch das Schaltgetriebe für den Fahrantrieb auf.
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Wie die Figuren 1 und 2 erkennen lassen, definieren ein oberer und
ein unterer Gelenkbolzen 22a bzw. 24a eine Lenkachse 26; beiden ist jeweils ein
balliger Lagerring 22b bzw. 24b zugeordnet, welcher von einer Lagerschale 22c bzw.
24c umfaßt wird. Die Lagerflächen der
Lagerringe und Lagerschalen
haben die Form der Flächen von Kugelabschnitten, so daß das Fahrzeugvorderteil 10
nicht nur um die Lenkachse 26 verschwenkt werden kann, sondern innerhalb gewisser
Grenzen auch um eine horizontale, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Pendelachse
28 relativ zum Fahrzeughinterteil 16 pendeln kann, da die Teile 22a, 22b, 22c ein
als Ganzes mit 22 bezeichnetes Kugelgelenk bilden. Dieser Pendelbewegung, die zu
einem Verwinden des Fahrzeugs um die Fahrzeuglängsachse führt, sind natürlich durch
die Gelenkausbildung und andere Bauteile des Fahrzeugs Grenzen gesetzt, so zum Beispiel
durch die mit Kardangelenken versehenen Wellen 30, bei denen es sich um eine vom
Motor 12 zu dem im Fahrzeughinterteil angeordneten Schaltgetriebe führende Antriebswelle,
die vom Schaltgetriebe zur Vorderachse 14 führende Antriebswelle und um eine Antriebswelle
für vom Schlepper betriebene Aggregate handelt.
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Während das Kugelgelenk 22 Fahrzeugvorder- und Fahrzeughinterteil
10 bzw 16 unmittelbar gelenkig miteinander verbindet, dient das von dem unteren
Gelenkbolzen 24a, dem balligen Lagerring 24b und der Lagerschale 24c gebildete Kugelgelenk
24 der Anlenkung einer Strebe 32 am Fahrzeugvorderteil 10. Ihr hinteres Ende ist
über ein in gleicher Weise wie das Kugelgelenk 24 aufgebautes Kugelgelenk 34 am
Fahrzeughinterteil 16 angelenkt und sie dient dem Zweck, ein "Zusammenfallen" der
beiden Fahrzeugteile 10, 16 um das Kugelgelenk 22 herum nach unten zu verhindern.
Andererseits erlauben die Kugelgelenke 24 und 34 ein Verwinden des Fahrzeugs um
die Fahrzeuglängsachse (Pendelachse 28), wobei allerdings streng genommen das Zentrum
des Kugelgelenks 24 sich auf einem Kreisbogen um das Zentrum des Kugelgelenks 34
bewegt und deshalb
keine reine Kreisbewegung um die Pendelachse
28 herum durchführen kann.
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Soweit das Fahrzeug bis jetzt beschrieben wurde, entspricht es dem
Stand der Technik. Die im folgenden erläuterten Merkmale stellen jedoch einzeln
und in beliebiger Kombination miteinander wesentliches Gedankengut der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung dar.
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An einer am Fahrzeugvorderteil 10 befestigten und deshalb alle Relativbewegungen
des Fahrzeugvorderteils relativ zum Fahrzeughinterteil mitmachenden Platte 38 ist
erfindungsgemäß in geringem Abstand hinter der Lenkachse 26 eine Strebe 40 angelenkt,
und zwar wiederum mit Hilfe eines Kugelgelenks 42, während das hintere Ende der
Strebe 40 mit Hilfe eines in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar geführten und eine
vertikale Achse aufweisenden Gelenks 44 am Fahrzeughinterteil 16 angelenkt ist.
Wie die Figuren 2, 3 und 5 erkennen lassen, ist nämlich am Fahrzeughinterteil 16
eine Platte 48 befestigt, welche ebenso wie eine an ihr befestigte Brücke 50 einen
sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Schlitz 52 zur Führung eines Gelenkbolzens
44a besitzt. Um diesen Gelenkbolzen ist die Strebe 40 schwenkbar. Wie ein Vergleich
der Figuren 3 und 6 zeigt, wird beim Einschlagen der Lenkung die erfindungsgemäß
vorgesehene Strebe 40 entgegengesetzt zum vorderen Bereich des Fahrzeugvorderteils
ausgelenkt, und durch die Wahl des Abstands zwischen den Kugelgelenken 24 und 42
läßt sich das Untersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkeinschlagwinkel und dem Auslenkwinkel
der Strebe 40 festlegen.
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Andererseits führt die erfindungsgemäße Anordnung der Strebe 40 aber
auch dazu, daß beim Pendeln des Fahrzeugvorderteils um die Pendelachse 28 die Strebe
40 gleichsinnig angelenkt wird, und durch die Wahl des Abstands der Strebe 40 vom
Kugelgelenk 22 bzw. von der Pendelachse 28 sowie der Länge der Strebe 40 läßt sich
das Verhältnis zwischen Pendelwinkel und Ausschlag der Strebe 40 festlegen.
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Wie sich am besten aus den Figuren 3, 4 und 6 ergibt, ist zu beiden
Seiten der Strebe 40 je eine sich erfindungsgemäß quer zur Fahrzeuglängsachse und
horizontal erstreckende Druckfeder 60 bzw. 62 angeordnet, und der Führung sowie
dem Schutz dieser Federn dienen rohrförmige Gehäuse 64. Den beiden Enden einer jeder
dieser Druckfedern ordnet man zweckmäßigerweise je ein in Richtung der Federkraft
verschiebbares Widerlager 66 bzw. 68 zu, von denen das jeweils äußere Widerlager
66 durch einen Sprengring 70 daran gehindert wird, aus dem Gehäuse 64 herauszugleiten,
während die inneren Widerlager 68 gegen im Gehäuse 64 angebrachte Anschläge 71 anlaufen.
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Ferner ist an der Strebe 40 für jede der Druckfedern 60 und 62 erfindungsgemäß
ein Zuganker 72 angelenkt, welcher einen Anschlag 74 für das innere Widerlager 68
bildet, das letztere durchsetzt und mit dem äußeren Widerlager 66 derart verbunden
ist, daß er dieses nur in Zugrichtung
mitnehmen kann. Zu diesem
Zweck wurde am Widerlager 66 ein sich in das Federinnere hineinerstreckendes Rohr
78 befestigt, dessen inneres Ende bis auf eine Öffnung 80 verschlossen ist. Durch
diese Öffnung hindurch erstreckt sich derZuganker 72, und zwar mit einem Gewindeabschnitt
72a, auf dem eine Mutter 72b vorgesehen ist. Diese Konstruktion weist zwei wesentliche
Vorteile auf: Zum einen können die Zuganker 72 trotz der verhältnismäßig kurz gehaltenen
Gehäuse 64 nicht aus diesen Gehäusen hinausragen, und zum anderen läßt sich die
nur
in einer Richtung wirksame Verbindung zwischen dem äußeren
Federwiderlager und dem Zuganker genau einstellen, insbesonde derart, daß in der
in Fig. 3 gezeigten neutralen Stellung jeder der Zuganker kraftlos ist - selbstverständlich
vorausgesetzt, daß die Feder nicht auf den vom Zuganker gebildeten Anschlag 74 einen
Druck ausübt.
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Wie die Fig. 6 deutlich erkennen läßt, ist es ein besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Konstruktion, daß bei jeder Auslenkung der Strebe 40 aus ihrer
neutralen Mittelstellung beide Druckfedern wirksam werden, und zwar werden sie bei
der bevorzugten Ausführungsform beide zusammengepreßt, die eine deshalb, weil das
äußere Widerlager 66 nach innen gezogen wird, die andere deshalb, weil das innere
Widerlager 68 nach außen gedrückt wird.
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Fährt das Fahrzeug geradeaus, so nimmt die Strebe 40 ihre neutrale
Mittelstellung ein, gleichzeitig sind aber erfindungsgemäß die Federn 60 und 62
zumindest nahezu spannungsfrei. In diesem Zustand setzt die erfindungsgemäße Federvorrichtung
Pendelausschlägen, jedenfalls kleineren Pendelausschlägen, keinen nennenswerten
Widerstand entgegen.
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Wird hingegen die Lenkung eingeschlagen, so schwenkt das Fahrzeugvorderteil
das vordere Ende der Strebe nach außen, die jeweils kurvenäußere Druckfeder wird
nach außen gedrückt, die jeweils kurveninnere Druckfeder nach innen gezogen, so
daß beide Federn auch ohne einen Pendelausschlag unter Spannung stehen. Sie können
also in denjenigen Fahrzuständen, in denen eine Verwindung des Fahrzeugs um die
Fahrzeuglängsachse nachteilige Folgen haben kann, einem Pendelausschlag sofort mit
erheblichen Kräften und damit Rückstellmomenten entgegenwirken.
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Vorteilhaft ist ferner, daß man durch die Wahl der Angriffsstelle
der Federkräfte an der Strebe 40 die Hebelarmverhältnisse und damit die Charakteristik
der erfindungsgemäßen Federvorrichtung festlegen kann.
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An die Stelle einer Feder könnte natürlich auch ein anderer Kraftspeicher
treten, ja sogar ein Druckmittelzylinder mit in Abhängigkeit vom Lenkeinschlag und
Pendelaus schlag gesteuerter Druckmittelbeaufschlagung. Einfacher, billiger und
robuster sind jedoch mechanische Federn, bei denen es sich aber auch um Federn anderer
Art wie zum Beispiel Druckluftfedern handeln kann.
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Wenn vorstehend von Kugelgelenken die Rede war, so brauchen diese
nicht vollständig den Charakter eines Kugelgelenks zu haben, da ja nur begrenzte
Schwenkwinkel erforderlich sind.
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Da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Rückstellfedern quer
zu dem durch Lenkeinschlag und 7endelausschlag ausgelenkten Element, nämlich der
Strebe 40, verlaufen, stehen die Federkräfte voll als Rückstellkräfte zur Verfügung.
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Wegen des großen Vertikalabstands der Strebe 40 von dem die Pendelachse
definierenden Kugelgelenk 22 steht für die von den Federn erzeugten Rückstellkräfte
ein großer Hebelarm zur Verfügung.
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Da stets beide Federn ausgenutzt werden, spart man gegenüber einer
Konstruktion mit jeweils nur einer wirksamen Feder bei jeder Feder die halbe Federlänge
ein.
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Ersichtlich wurde also mit einfachsten Mitteln eine außerordentliche
zweckmäßige und wirksame Rückstellvorrichtung geschaffen, die nur in denjenigen
Fahrzuständen wirksam wird, in denen sie auch wirklich einen Vorteil mit sich bringt.
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Die Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform, die mit der ersten Ausführungsform
nach den Fig. 1 - 6 bis auf die Ausbildung des Gelenks 44 der Strebe 40 übereinstimmen
kann. Deshalb wurde in Fig. 7 lediglich die Strebe mit ihren beiden Anlenkstellen
im Schnitt entsprechend Fig. 2 dargestellt.
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Auch bei dieser Variante ist eine Strebe 40' mit einem Kugelgelenk
42' mit dem Fahrzeugvorderteil 10 gelenkig verbunden, und eine Bohrung 43' am anderen
Ende der Strebe wird von einem Gelenkbolzen 44a' durchsetzt, der an die Stelle des
Gelenkbolzens 44a der ersten Ausführungsform tritt und in gleicher Weise wie der
letztere längsverschiebbar geführt und unverdrehbar gehalten ist. Anders als bei
der ersten Ausführungsform kann sich die Strebe 40' jedoch um den Gelenkbolzen 44a'
nicht frei drehen, sondern es ist eine Gummi-Torsionsfeder 44b' vorgesehen, welche
zwei zu beiden Seiten der Strebe 40' liegende Teile aufweist, die einerseits mit
an den Gelenkbolzen 44a' angeformten Flanschen 44c'und andererseits mit der Oberseite
bzw. Unterseite der Strebe 40' fest verbunden sind, zum Beispiel durch Anvulkanisieren.
Bei jeder Auslenkung der Strebe 40' wird also die Torsionsfeder 44b' beansprucht
und erzeugt ein rückdrehendes Moment, welches sich in der gleichen Weise auswirkt
wie die Druckfedern 60 und 62 der ersten Ausführungsform.
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Selbstverständlich könnte man das Gelenk 44 der ersten Ausführungsform
und das Gelenk 43', 44a', 44b',44c' der zweiten Ausführungsform ebenso als Kugelgelenk
ausbilden wie das Gelenk 42 der ersten Ausführungsform.
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