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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufhängung eines
gefederten Fahrzeug-Fahrerhauses an einem Fahrzeugrahmen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
Lastkraftwagen und anderen Schwerfahrzeugen ist heutzutage ein Fahrerhaus üblich, das an
drei oder vier Punkten federnd am Rahmen aufgehängt ist.
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Bei
der großen
Mehrheit der Fälle
sind solche Fahrzeuge mit einem Stabilisator ausgerüstet, dessen
Funktion die Dämpfung
der heterogenen Auslenkungsbewegungen ist, die an den verschiedenen
Auflagerungspunkten auftreten können.
Ein vorderer Stabilisator dieser Art enthält eine Quertorsionsstange,
die an jedem axialen Ende einen sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckenden
Gelenkarm aufweist. Jeder Gelenkarm stützt sich direkt oder indirekt
mit einem Ende am Fahrerhaus und mit dem anderen Ende am Rahmen
ab.
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Bei
diesen Lagerungen handelt es sich häufig um den Gleit-, Kugel-
oder Rollenlagertyp. Solche Lager sind vorteilhaft, da sie keine
Auslenkungsenergie aufnehmen, die wünschenswerterweise über Stabilisatoren
zur Lagerung an der anderen Seite übertragen werden soll. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß eine evtl.
Auslenkungsbewegung nicht gedämpft wird,
und daß sie
gleichzeitig bei einer Torsionsdrehung nahezu verlustfrei sind,
die an der Befestigung des Gelenkarms auftritt. Ihre steife Konstruktion
ist jedoch nachteilig, da Schwingungen des Rahmens ohne weiteres
auf das Fahrerhaus übertragen
werden, wodurch der Fahrer gestört
wird.
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Eine übliche alternative
Lösung
ist die Verwendung von Gummibuchsen. Eine steife Buchse bewirkt
eine geringe Dämpfung
der Auslenkungsbewegungen und kann daher für den Fahrer nur unzureichenden
Komfort bringen. Eine weiche Buchse bewirkt eine gute Dämpfung,
was hinsichtlich der Schwingung und des Komforts vorteilhaft ist,
hat jedoch häufig
schlechte Festigkeitseigenschaften und absorbiert außerdem Auslenkungsenergie,
wodurch die Gefahr einer Beeinträchtigung
der Stabilisatorfunktion gegeben ist. Bei zwischen diesen beiden
Extremen liegenden Steifigkeitsgraden der Buchsen besteht die Gefahr
von durch die Hinterachsaufhängung,
Rahmenschwingungen oder dgl. angeregten Schwingungen.
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Aus
dem Dokument
SE 9203909
A ist es bekannt, einen Lagerzapfen einer Torsionsstange
mittels eines Klemmstücks
an einem am Rahmen befestigten Lagerbock anzubringen. Der Gesichtspunkt
eines maximalen Komforts für
den Fahrer ohne Beeinträchtigung
der Stabilitätsfunktion
wurde dabei jedoch nicht berücksichtigt.
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Das
Prinzip, eine Buchse mit unterschiedlichen Steifigkeiten in verschiedenen
Richtungen bereitzustellen, ist z.B. aus dem Dokument
SE 485 552 C2 bekannt, wo
die Buchse für
die Radaufhängung verwendet
wird.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Anordnung zur Aufhängung eines
gefederten Fahrzeug-Fahrerhauses an einem Fahrzeugrahmen bereitzustellen,
durch die die obengenannten Nachteile verringert werden, so daß der größtmögliche Komfort
für den
Fahrer hinsichtlich Federung erzielt werden kann, ohne daß Schallschwingungen
vom Rahmen in das Fahrerhaus übertragen
werden.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß mindestens
eine der Stabilisatorlagerungen am Fahrzeug so ausgeführt ist,
wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben. Das Resultat
ist eine Buchse, die sich in Längs-
und Querrichtung weich, in senkrechter Richtung jedoch starr verhält.
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Der
weiche Teil sorgt für
die Dämpfung
der Längs-
und Querschwingungen, die beispielsweise beim Ziehen von Anhängern oder
beim sog. Schlaglochfahren auftreten, während der steife Teil die Dämpfung der
Rollbewegungen im Fahrerhaus durch den Stabilisator ermöglicht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der anschließenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen,
in denen identische Bezugszeichen einander entsprechende Teile kennzeichnen.
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Liste der
Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht des vorderen Abschnitts eines Lastkraftwagens.
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2 zeigt
eine Ansicht der vorderen Aufhängung
des Fahrerhauses und die Federungsanordnung.
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3 zeigt
eine Seitenansicht im Teilschnitt einer Buchse, die Bestandteil
der Aufhängung
ist.
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4 zeigt
einen Schnitt durch die Buchse entlang der Linie IV-IV in der 3.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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Auf
dem in der 1 angedeuteten Lastkraftwagen
ist ein kippbares Fahrerhaus 1 angeordnet. Das Fahrerhaus 1 ist
an einem Fahrzeugrahmen 5 federnd aufgehängt, der
hauptsächlich
zwei parallele Längsträger (von
denen in 1 nur der linke dargestellt
ist) umfaßt,
die miteinander durch eine Reihe von Querträgern (nicht dargestellt) verbunden sind.
Am Lkw-Rahmen 5 ist auf herkömmliche Weise ein Motor 6 befestigt.
Am vorderen Teil des Fahrerhauses 1 ist ein Flüssigkeitskühler 8 angeordnet,
um den Motor 6 auf herkömmliche
Weise mit Kühlmittel zu
versorgen. Um den Motor 6 für Inspektionen und evtl. Reparaturen
leicht zugänglich
zu machen, ist das Fahrerhaus 1 relativ zum Rahmen 5 nach
vorne kippbar.
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1 zeigt
außerdem
eine Aufhängungsanordnung 9.
Sowohl das vordere als auch das hintere Ende des Fahrerhauses 1 sind
relativ zu dem Rahmen 5 federnd aufgehängt. Das hintere Ende des Fahrerhauses 1 ist
auf beliebige herkömmliche
Weise, z.B. durch eine Luftfederanordnung, federnd aufgehängt, die
hier folglich nicht mehr detailliert beschrieben wird.
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Die
vordere Aufhängungsanordnung 9 umfaßt eine
am Fahrerhaus 1 befestigte gegossene Auflage 10,
einen am Rahmen befestigten Befestigungsabschnitt 21, ein
Federelement 13 und einen Stabilisator 17.
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Die
genannte vordere Fahrerhaus-Aufhängungsanordnung 9 ist
in der 2 am deutlichsten dargestellt und ist zu einer
senkrechten Ebene durch die Fahrzeugmitte in Längsrichtung symmetrisch aufgebaut,
so daß nur
ein Teil (der linke Teil) dargestellt ist.
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Das
Federelement 13, das einen nicht dargestellten zentralen
Stoßdämpfer und
eine Luftfeder 14 umfaßt,
verbindet die am Fahrerhaus 1 befestigte Auflage 10 mit
dem Befestigungsabschnitt 21, der am Rahmen befestigt ist
und der eine senkrechte Platte am vorderen Rand des Rahmens 5 bildet.
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Der
Stabilisator 17, der in 2 am deutlichsten
dargestellt ist, hat die Aufgabe, heterogene Auslenkungsbewegungen
des Federelements 13 auf herkömmliche Weise zu dämp fen und
umfaßt
eine Torsionsstange 18, die in Querrichtung des Fahrzeugs
zwischen den beiden oberen Enden des Lagerbocks 21 angeordnet
ist und an ihren Enden einen Gelenkarm 19 trägt, der
nichtdrehbar an ihm befestigt ist und in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist,
was in diesem Fall eine Erstreckung nach hinten bedeutet. Ein hinterer
Teil 20 des Gelenkarms ist über eine Buchse 11,
die eine gewisse Drehung zwischen dem Gelenkarm 19 und
der Auflage 10 um einen sich im wesentlichen quer zum Fahrzeug
erstreckendes horizontalen Bolzen gestattet, im unteren Teil der
Auflage 10 drehbar gelagert.
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Am
Endabschnitt der Torsionsstange 18 ist ein Lagerzapfen 25 drehbar
gelagert, der jedoch gegen eine Axialbewegung relativ zum Stabilisator 17 fixiert
ist, vorzugsweise mittels eines herkömmlichen Kugellagers. Der Lagerzapfen 25 ist
mittels eines Klemmstücks 35 und
zweier Schrauben 39 an dem am Rahmen befestigten Lagerbock 21 gehalten.
Diese Ausführung
ist detaillierter in der SE 92 03 909-8 beschrieben.
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Das
obere Ende des Federelements 13 ist über eine Gummibuchse 16 an
der Auflage 10, und sein unteres Ende ist über ein
Kugelgelenk 15 am Lagerzapfen 25 gesichert.
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Die
Buchse 11 besteht vorteilhafterweise aus einer vorgefertigten
Einheit, wie sie am deutlichsten in 3 und 4 dargestellt
ist, und umfaßt
eine Außenhülse 40 mit
einer nach innen gerichteten zylindrischen Mantelfläche, die
zum Einpressen in eine Bohrung im Gelenkarm 19 vorgesehen
ist. Ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren kann das Gießen oder Schmieden
des Gelenkarms 19 als einstückiges Teil und das anschließende Bohren
einer Bohrung zum Aufnehmen der Buchse 11 in seinem hinteren
Teil 20 vorsehen. Die axiale Länge der Außenhülse 40 ist nicht kleiner
als die axiale Länge
der Bohrung.
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Im
wesentlichen konzentrisch zur Außenhülse 40 ist eine Innenhülse 41 der
Buchse 11 angeordnet. Die Innenhülse 41 ist fest an
der am Fahrerhaus befestigten Auflage 10 befestigt. In
diesem Ausführungsbeispiel
ist sie auf einen nicht dargestellten Bolzen aufgepreßt, der
parallel zu der Torsionsstange 18 verläuft und fest mit der Auflage 10 verbunden
ist.
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In
senkrechter Richtung zwischen den Hülsen 40, 41 ist
eine elastische Einrichtung 50 mit zwei einander diametral
gegenüberliegend
angeordneten elastischen Teilen 42, 43 angeordnet.
Diese elastischen Teile 42, 43 bestehen aus Gummielementen 48,
zwischen denen Versteifungsscheiben 44 fest einvulkanisiert
sind. Die Scheiben 44 können
aus Metall oder Kunststoff bestehen und dienen dazu, die Steifigkeit
in senkrechter Richtung zu erhöhen.
Zwischen den Hülsen 40, 41 ergeben
sich in Fahrzeug-Längsrichtung
zwei diametral gegenüberliegende
Hohlräume 45, 46.
Die Innenhülse 41 besitzt elastische
Abschnitte 47, die sich in die Hohlräume 45, 46 erstrecken
und die vorteilhafterweise aus demselben Material wie die Gummielemente 48 bestehen
und mit diesen einstückig
ausgeformt sind. Diese elastischen Abschnitte 47 stellen
Dämpfungselemente
dar, die eine Kollision der Hülsen 40, 41 während der
Relativbewegung in Längsrichtung
des Fahrzeugs verhindern.
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Die
Innenhülse 41 besteht
vorzugsweise aus Metall und hat quer zur Achse einen elliptischen Querschnitt,
wobei sich die Hauptachse im wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt,
damit die Gummielemente 48 und die Versteifungsscheiben 44 geraden
Blöcken
möglichst ähnlich aus geführt werden
können,
d.h. mit einem möglichst
großen
Krümmungsradius.
Dies führt
zu einer maximalen Druckbelastung der Gummielemente 48 bei gleichzeitiger
Minimierung der Schubspannung, wenn die Buchse in senkrechter Richtung
wirkenden Kräften
ausgesetzt ist. Zur optimalen Klemmung ist eine gewisse Krümmung dennoch
wünschenswert.
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Wie
in 4 dargestellt, erstrecken sich die Gummielemente 48 weiter
in axialer Richtung der Buchse als sowohl die Versteifungsscheiben 44 als auch
die Außenhülse 40,
wodurch ein Kontakt zwischen den steifen Teilen 40, 44 der
Buchse und der Auflage 10 vermieden wird, der sonst zu
Geräuschen führen würde. Die
Kanten der steifen Teile 40, 44 und die Form der
Gummielemente 48 sollten so ausgeführt sein, daß die Gefahr
einer Rißbildung
in den Gummielementen 48 bei Belastung in Querrichtung des
Fahrzeugs minimiert wird.
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Ausführung und
Anordnung der Buchse 11, wie oben beschrieben, resultieren
in einer harten Federung in senkrechter Richtung und in einer weichen Federung
in Längs-
und Querrichtung.
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Entsprechend
der erfindungsgemäßen Anordnung
dämpft
der weiche Teile die Schwingungen in Längs- und Querrichtung. Die
Federkonstante, d.h. das Verhältnis
zwischen Kraft und Federhub, muß so sein,
daß die
Eigenfrequenz niedriger bleibt als die Schwingungsfrequenzen, die
in diesen Richtungen auftreten können.
Solche Schwingungen können durch
Auslenkungsbewegungen der Vorderachse oder durch Rahmenschwingungen
bedingt sein, die beim Ziehen von Anhängern oder beim sog. Schlaglochfahren
angeregt werden. Eine derartige Federkonstante führt zu sog. überkritischen
Schwingungen, die unter dem Gesichtspunkt der Dämpfung wünschenswert sind. Die Forschung
im Fall eines Lkw-Typs war darauf gerichtet, eine Federkonstante zu
erzielen, bei der die Eigenfrequenz unter 7 Hz bleibt.
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Gleichzeitig
ist die Buchse in senkrechter Richtung steif. Während des sog. Rollens des
Fahrerhauses, d.h. wenn das Fahrerhaus auf der rechten und linken
Seite unterschiedlich federt, während
das Fahrzeug in Bewegung ist, werden die auftretenden heterogenen
senkrechten Bewegungen auf herkömmliche
Weise über
den Stabilisator auf die andere Seite übertragen. Das Ergebnis ist
ein Ausgleich des Federhubs an beiden Seiten. Die beste Möglichkeit,
dies zu erzielen ist dann gegeben, wenn die Buchse in der senkrechten
Richtung so steif wie möglich
ist, da andernfalls die Gefahr besteht, daß die Bewegungen des Fahrerhauses
durch Relativbewegung zwischen den Hülsen in senkrechter Richtung
gedämpft
werden, wodurch ein Verlust der Stabilisatorfunktion entsteht.
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Rein
praktisch hat es sich mit Gummibuchsen dieses Typs als schwierig
erwiesen, Unterschiede von mehr als ca. 10/1 der Federkonstanten
in verschiedenen Richtungen zu erzielen. Der weiche Teil erhält deshalb
eine bestimmte maximale ver tikale Federkonstante. Die Buchse muß außerdem so
bemessen werden, daß sie
der Belastung, der sie ausgesetzt ist, standhält. Festigkeit der Buchse kann
dadurch erreicht werden, daß eine
größere Gummimenge
verwendet wird, was jedoch nicht nur einen größeren Raumbedarf, sondern auch
eine niedrigere Federkonstante mit sich bringt.
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Gemäß dem obenbeschriebenen
Ausführungsbeispiel
wird das Eigengewicht des Fahrerhauses durch das Federelement 13 aufgenommen,
so daß die
Buchse 11 nur durch die dynamischen Kräfte belastet wird, die beim
Rollen des Fahrerhauses auftreten. Die Buchse 11 sollte
deshalb ohne übermäßige Festigkeit
dimensioniert werden, was zu einer hinreichend niedrigen Federkonstante
in Längs-
und Querrichtung führt,
ohne daß die
Buchse in senkrechter Richtung zu weich oder von unzureichender Festigkeit
ist.
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Bei
dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, Federkonstanten in
der Größenordnung
von 3000 kN/m in senkrechter Richtung und von 280 kN/m in Längsrichtung
zu verwirklichen, womit ein Verhältnis
von reichlich 10/1 zwischen den Steifigkeiten erzielt wird. Für optimalen Komfort
sollte dieses Verhältnis
mindestens 8/1 betragen.
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Die
obenbeschriebene Ausführung
der Buchse 11 bringt einen weiteren Vorteil in Form einer niedrigen
Torsionsfederkonstanten in Drehrichtung, was für die Minimierung von Verlusten
wünschenswert
ist, die eine rein senkrechte Federung langsamer machen. Der Stabilisator
sollte eine rein senkrechte und gleichseitige Auslenkung nicht beeinflussen,
die durch das Federelement 13 geleitet wird.
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Das
obenbeschriebene Ausführungsbeispiel stellt
keine Einschränkung
der Erfindung dar, die in einer Vielzahl von alternativen Formen
angewendet werden kann; z.B. braucht die Buchse nicht notwendigerweise
zylindrisch zu sein oder eine konzentrisch angeordnete Innenhülse zu haben,
und die Form der elastischen Einrichtung kann variiert werden. Versuche
haben auch ergeben, daß Versteifungsscheiben bei
bestimmten Fahrzeugen nicht notwendig sind.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist der an der Torsionsstange befestigte Gelenkarm des Stabilisators
gegen Bewegungen relativ zum Rahmen gesichert, während sich das andere Ende
am Fahrerhaus abstützt.
Selbstverständlich
ist eine umgekehrte Situation ebenfalls möglich.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist außerdem
der Gelenkarm nach hinten gerichtet, aber die Anordnung kann selbstverständlich umgedreht
werden, so daß der
Gelenkarm nach vorne gerichtet ist.