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Kraftfahrzeugsteuerung mittels Zahnstange und Ritzels Die Erfindung
bezieht sich auf die Steuerung eines Kraftfahrzeuges, die eine Zahnstange und ein
Ritzel enthält.
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Es ist bekannt, eine derartige Steuerung mit den Steuerarmen der vorderen
Fahrzeugräder zu verbinden, wobei eine hin und her quer zum Fahrzeug bewegbare Zahnstange
und ein Paar quer verlaufende Zug- und Druckstangen, die eine Verbindung zwischen
der Zahnstange und den Steuerarmen herstellen, vorgesehen sind. Jede Zug- und Druckstange
weist an beiden Enden Drehverbindungen auf. Weiterhin enthält die Steuerung eine
Steuersäule und ein Zahnritzel, das mit der Zahnstange im Eingriff steht. Dieses
Ritzel kann von der Steuersäule betätigt werden. Die Anordnung ist derart, daß,
wenn der Fahrer des Fahrzeuges die Steuersäule um einen Winkel dreht, die Zahnstange
um ein entsprechendes Stück bewegt wird.
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Diese Bewegung der Zahnstangen wird über, die Stangen als eine Druckkraft
auf einen Steuerarm und als eine Zugkraft auf den anderen übertragen.
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Die Steuersäule und das Getriebe mit Zahnstange und Ritzel sind an
dem Fahrgestell befestigt.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuerung, bei der federnd
aufgehängte Schwinghebel Verwendung finden, die schwenkbar am Fahrgestell und schwenkbar
an den vorderen Fahrzeughalbachsen angelenkt sind, so daß die Hebel auf und ab um
die Schwenkverbindungen beim Heben und Senken des Fahrgestells relativ zu den Fahrzeugrädern
schwingen. Hier knüpft die Erfindung an und schlägt eine Steuerung der obengenannten
Art vor, die sich dadurch auszeichnet, daß die Zahnstange und das Ritzel in an sich
bekannter Weise an der äußeren Seite des Fahrzeugrahmens und vor dem Schwinghebel
angeordnet und mit einer quer liegenden Verbindungsstange befestigt sind, die mit
beiden Zug- und Druckstangen gelenkige Verbindungen hat, wobei eine Anordnung getroffen
isst, derzufolge an jeder Seite des Fahrzeuges die inneren und äußeren gelenkigen
Verbindungen der Zug- und Druckstangen und die inneren und äußeren gelenkigen Verbindungen
des Schwinghebels die Eckpunkte eines angenäherten Parallelogramms bilden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung - für das kein selbständiger Schutz
beansprucht wird- besteht darin, daß die Längsteile des Fahrzeugrahmens am vorderen
Ende des Fahrzeuges durch ein röhrenförmiges Verstärkungsglied verbunden, sind und
die Zahn.- und Verbindungsstange eine Einheit bilden, die in dem genannten Verstärkungsglied
untergebracht ist.
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Die Erfindung ist vorzugsweise, obgleich nicht ausschließlich, für
ein. Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb anwendbar. Das bedeutet, daß die: vorderen
Fahrzeughalbachsen und die mit dem Fahrgestell verbundenen Aufhängemittel sich drehenden
motorgetriebenen Teilen benachbart angebracht sind.
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Ein Beispiel der Steuerung, das den Gegenstand der Erfindung offenbart,
ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar bei einem Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb.
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Fig. 1 ist ein teilweise geschnittener Grundriß der vorderen Fahrzeugradachsenanordnung,
die an der rechten Seite des Motorfahrzeuges liegt; Fig. 2 ist eine entsprechende
Seitenansicht; die Steuerung ist in einem Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1
dargestellt; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1, der das Verbindungsglied
und. die Zahnstange zeigt; Fig. 4 ist ein ähnlicher Schnitt nach der Linie 4-4 der
Fig. 3 und zeigt nähere Einzelheiten von dem Verbindungsstück und der Zahnstange
im Vergleich zu den anderen Figuren; Fig. 5 ist ein Längsschnitt, von. der Vorderseite
des Fahrzeuges aus betrachtet., durch die Dreh ,achsei einer Welle, die! die vorderen.
Fahrzeugräder antreibt; Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5 und
stellt eine konstruktive Einzelheit dar; Fig. 7 ist eine schaubildliche Darstellung
von. Steuerungsteilen und Aufhängemitteln, die an der rechten Seite! des Fahrzeuges
angeordnet sind, in einem vorderen Aufriß dargestellt.
Die vorderen
Halbachsen enthalten Wellen, durch die die vorderen Fahrzeugräder angetrieben werden.
Die mit diesen verbundenen. Aufhängemittel sind auf beiden Seiten der Mittelebene
des Fahrzeuges gleich. Aus diesem Grunde werden diese Teile nur an der rechten Fahrzeugseite
dargestellt, an der im Beispiel die Steuerung angeordnet ist.
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Das Fahrzeug weist einen Rahmen oder ein Fahrgestell auf, das ein
Paar Gußformstücke 10 enthält (davon ist nur eins dargestellt). Diese sind an den
üblichen nach vorn und hinten verlaufenden Gestellteilen 9 (Fig. 5) befestigt. Der
Motor wird. von den Gußformstücken 10 getragen,. Die Aufhängung des Fahrgestells
wird noch beschrieben werden. Beim Fahrzeug liegt der Motor oberhalb der vorderen
Halbachsenanordnungen, und zwar derart, daß er die übliche Lage nach hinten der
Fahrzeugsteuerung nicht zuläßt. Als Bezugslinie ist in Fig. 1 die Mittelebene des
Motors mit der Linie. 14 und die Mittelebene des Fahrzeugs mit der Linie 16 bezeichnet.
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Die vorderen Halbachsen verlaufen von. einem vorderen, Differentialgetriebe
(nicht dargestellt), von dem eine der zwei Antriebswellen mit 18 bezeichnet wird.
Die Welle 18 trägt eine ringförmige Scheibe! 22, die als Bremsscheibe ausgebildet
ist, deren andere Teile nicht aufgezeigt sind. Die Scheibe ist über Bolzen mit einem
Universalgelenk vereinigt, das in einer Vertiefung des Gußformstückes 10 untergebracht
ist. Dieses Gelenk kann irgendeine bekannte Ausführung haben. Das Gelenk ist in
Fig. 1 dargestellt und sieht eine federnde Scheibe 26 vor, die z. B. aus Gummi gefertigt
ist, ferner einen treibenden Flansch 28 und Bolzen 27, die die Glieder des Flansches
und die getriebene Bremsscheibe 22 mit der dazwischenliegenden federnden Scheibe
26 verbinden.
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Der Mittelpunkt des Universalgelenkes, um welchen der Flansch 28 drehbar
ist, ist durch sich schneidende Linien aufgezeigt und mit der Bezugszahl 29 versehen.
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Eine Welle oder Halbachse 30 wird von einen Gehäuse 30a umgeben. Der
äußere Teil der Welle ist in einem sich einstellenden. Lager 31 (Fig. 5) befestigt,
<las von einem inneren Teil 32 eines Kugelgelenkes aufgenommen wird. Der Teil
32 liegt auf dem Gehäuse 30 a und bildet . im Zusammenwirken mit einem äußeren Kugelgelenkteil
34 ein. hohles Universalgelenk 36 eines vorderen Fahrzeugrades. Der Mittelpunkt
dieses Gelenkes ist mit der Bezugszahl 36a versehen.
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Das vordere Fahrzeugrad ist auf eine. Achsstummelanordnung 40 montiert:
Diese weist ein nicht drehbares Rohrstück 39 für die Montage des Rades auf. Das
Rohrstück bildet mit dem äußeren Kugelgelenkteil 34 des Universalgelenkes 36 einen
zusammenhängenden Teil. Ein. Achsstummellager 41 (Fig. 5) wird von der Achstummelanordnung
40 auf dem nicht drehbaren. Rohrstück 39 für die Nabe 42 des vorderen Rades vorgesehen.
Die sich: drehende Welle 30 hat an ihrem inneren Ende eine biegsame oder gleitende
Verbindung mnit dem Flansch 28 des Universalgelenkes, so daß die Möglichkeit einer
kleinen Vergrößerung oder Verkleinerung der wirksamen Länge der Welle 30 gegeben
ist. An ihrem äußeren Ende ist die sich drehende: Welle 30 innerhalb des Hohlraumes
des Universalgelenkes 36 mit einem sich. drehenden Achsstummel 44 über ein Universalgelenk
45 verbunden, das bei der Abtriebsübertragung die Geschwindigkeit konstant hält.
Dieses Gelenk 45 hat denselben Mittelpunkt wie das Gelenk 36, das das Gehäuse bildet.
Die Konstruktion ist so. ausgeführt, daß die gesamte Hallbachsenanordnung um den
Mittelpunkt 29 des Universalgelenkes 26 bis 28 und die vordere Radanordnung um den
gemeinsamen Mittelpunkt der äußeren Universalgelenke 36 und 45 schwingen kann.
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An jeder Seite des Fahrzeuges ist zwischen einem ebenen Federteller
46a, der am Gehäuse 32a der Halbachse befestigt ist und einem nach unten gerichteten
Federteller 46b, der am Fahrgestell oberhalb des Gußformstückes 10 (wie in Fig.
7 dargestellt) angebracht ist, eine Schraubenfeder 46 angeordnet.
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Weiterhin ist ein Flüssigkeitsdämpfer (nicht dargestellt) an dem Fahrgestell
in. Verbindung mit der Feder 46 angebracht. Über eine Stange 47 ist er mit dem Federteller
46 a schwenkbar verbunden. Die Feder und der Dämpfer bilden eine weiche Stoßdämpfung
für den Vorderteil des Fahrgestells, das auf der Halbachsenanordnung ruht.
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Am vorderen Fahrzeugrad ist eine Unterstützungskonstruktion mit einem
radial zum Universalgelenk 36 verlaufenden Arm 48 vorgesehen, dessen Achse 48a in
einer nach unten und nach außen gerichtetem Neigung von dem Gelenkteil 34, auf dessen.
Rohrstück 39 das Rad angeordnet ist, liegt. Der Arm 48 läuft in einem gelenkig gelagerten
Drehzapfen 48b aus, der ein Schwenken in allen Richtungen, um einen auf der Achse
48a liegenden Mittelpunkt 48c zuläßt. Die Unterstützungskonstruktion ist schwenkbar
am Auslauf des Gußformstückes 10 über ein Hebelsystem gelagert. Dieses Hebelsystem
besteht aus einem Doppelhebel 49 (auch in Fig. 6 sichtbar), einem Bügel 50 und einen
innenliegenden. Glied 51. Der Hebel 49 und das Glied 51 sind zueinander und zu dem
Bügel um einen Drehbolzen 50a schwenkbar. Der Bügel 50 ist auf einem Drehbolzen
52a gelagert, der den. Bügel mit einem an das Gehäuse 30a der Halbachse geschweißten
Lager verbindet. Der außenliegende Doppelhebel 49 ist an seinem äußeren Ende über
Bolzen 49a mit dem gelenkig gelagerten. Drehzapfen 48b am Auslauf des Unterstützungsarmes
verbunden. Das innenliegende Glied 51 ist an seinem inneren Ende in einer niedrigen
Höhenlage mit denn Gußformstück 10 verbunden., das am Fahrgestell befestigt ist:
Die vorderen Aufhängemittel enthalten auch ein. in bekannter Weise senkrecht schwingendes
Glied. Es ist ausgeführt als zweiarmiger Hebel 56, der zwischen lem Gußformstück
10 und dem Gehäuse 30a der Halbachse angeordnet ist. Dieser Hebel 56 umgreift mit
seinem Hebelkörper in der Nähe des Bügels 50 das Gehäuse 30 a der Halbachse und
ist an diesem' angeschweißt. Die seitlich ausgreifenden. Arme 58 sind drehbar an
entfernten Stellen. mit dem Formstück 10 durch Bolzen 59 verbunden.. Diese Bolzen
haben eine gemeinsame Achse 59 a, die durch den Mittelpunkt 29 des inneren Universalgelenkes
26 bis 28 der Halbachsenanordnung geht, das den Abtrieb überträgt. Somit bildet
der zweiarmige Hebel 56 ein schwingendes Glied, das eine drehbare Verbindung an
-seinem inneren Ende am Fahrgestell 9, 10 aufweist. Ein Auf- und. Niederschwingen
um die gemeinsame Achse der genannten Drehverbindung ist damit gegeben: An seinem
äußeren Ende. ist der zweiarmige Hebel dem montierten Fahrzeugrad 38 benachbart
angeordnet: Die Drehverbindung ist notwendigerweise seitlich von der Mittelebene
16 des Fahrzeuges zum Faserzeagrad hin. angel')racht.
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Die; Steuerung . des vorderen Fahrzeugrades wird" durch Schwenken
des Teiles 34 des Universalgelenkes um die, Achse, 48 a der Unterstützungskonstruktion.
48 erzwungen. Ein. Steuerarm 60 ist über Bolzen mit einem Halter 62 des Teiles 34
des Universalgelenkes
verbunden. Der Arm 60 ist an seinem Ende.
über ein Kugelgelenk bei 64 mit einer quer verlaufenden Zug-und Druckstange 63 verbunden.
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Die Steuerung 68 des Fahrzeuges sieht eine Zahnstange mit Ritzel vor.
Diese Teile sind vor der vorderen Halbachsenanordnung eingebaut. Mit Rücksicht auf
die vorderen Aufhängungsmittel sind sie so angebracht, daß keine unbeabsichtigte
Steuerbewegung dem Fahrzeug infolge Hebens und Fallens des Fahrgestells aufgezwungen
wird.. Diese Bewegung des Fahrgestells wird durch Heben und Fallen der Räder bewirkt,
wenn diese Erhebungen und Vertiefungen in dem Fahrweg befahren. Weiterhin sieht
die Steuerung 68 eine rohrförmige Steuersäule 70 (Fig. 2) vor, die an einer Seite
des montierten Gußformstückes 10 angebracht ist. Die Säule verläuft aufwärts bis
in den Fahrerraum des Fahrzeuges. Mit der Säule fluchtend ist eine untere Welle
71 über ein Universalgelenk 72 verbunden. Als Hauptunterstützung für die Steuersäule
70 ist ein hohles T-förmiges Gehäuse 74 vorgesehen" in dem die Welle 71 der Steuersäule
gelagert ist. Das Gehäuse hat einen quer verlaufenden Teil 74a, der an dem Gußformstück
10 mittels eines rohrförmigen Stutzens 76 befestigt ist. Dieser Stutzen verläuft
nach innen durch eine Öffnung des Formstückes 10, an dem er durch Bolzen. 77 (Fig.
4) befestigt ist.
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An dem äußeren unteren Ende der Steuerwelle 71 ist ein Ritzel 78 angeordnet,
das mit einer Zahnstange: 80; die quer im Fahrzeug angebracht und in dem quer verlaufenden
Teil 74a des Zahnstangengehäuses bewegbar ist, zusammenarbeitet. Um die Zähne der
Zahnstange und des Ritzels 78 im Eingriff zu halten, wirkt auf die Zahnstange 80
ein Druckhebel 82, der in 82, der in einem oberen Anbau 83 des Zahnstangengehäuses
74 untergebracht ist. Der Druckhebel wird durch eine Druckfeder 84 in Kontakt mit
der glatten Oberfläche der Zahnstange gehalten. Die Druckfeder liegt zwischen der
Spitze des Druckhebels 82 und einer Kappe:, die dein oberen Anbau 83 abschließt.
Das Zahnstangengehäuse bildet für alle Teile, die darin angeordnet sind, ein Ölbad
und ist an den verschiedenen Öffnungen mit Öldichtungen versehen.. Das äußere Ende
der Zahnstange 80 ist - wie dargestellt - mit einer Dichtung 86 in der Art einer
Ziehharmonika versehen. Die Dichtung erstreckt sich von. dem Zahnstangengehäuse
74 und umschließt vollständig die Länge der Zahnstange, die im Betrieb aus dem Gehäuse
geführt wird. Die Dichtung 86 wird bei 90 an. dem äußeren Ende des quer verlaufenden
Teiles 74a des Gehäuses gehalten.
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Wegen. der seitlichen Anordnung der Steuersäule 70 von dem in der
Mitte liegenden Formstück 10 würde es unpraktisch sein, die Zug- und Druckstange
63 direkt mit den, Enden der Zahnstange 80 zu verbinden. Somit werden Mittel vorgesehen,
die die Elemente 63, 80 wirksam verbinden, und zwar eine Querverbindung 92 aus einer
langen rohrförmigen Stange, die symmetrisch als ein steifer Teil des quer verschieblichen
Steuergetriebes mit Zahnstange und Ritzel angeordnet ist. Das innere Ende: der Zahnstange
80 erstreckt sich. durch den rohrförmigen Stutzen 76 in ein Gehäuse 94 mnit einem
ovalen Querschnitt, das durch Schrauben 77 befestigt ist. Das Gehäuse verbindet
die zwei voneinander entfernt =geordneten Formstücke 10 des Fahrgestells. Es dient
nicht nur als Umhüllung für die Zahnstange, sondern stellt auch eine starke: Querstütze
für das vordere Ende des Fahrgestells dar. Die Verbindungsstange ist im wesentlichen
innerhalb des Gehäuses 94 angeordnet. Sie ist etwas unterhalb der Zahnstange angebracht
und in der Nähe ihrer Enden in einem sich selbst ausrichtenden und schmierenden
Lager 96, das innerhalb von Vertiefungen in dem Formstück 10 angeordnet ist, gleitbar.
Die Mitte der Stange 92 ist über einem starken Verbindungsglied 98 mit dem inneren
Ende der Zahnstange 80 (Fig. 1, 3 und 4) verbunden.
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Das Verbindungsglied 98 ist über einen Gummikranz 99 (Fig. 4) an der
Zahnstange 80 befestigt. Das Glied 98 hat ein Rohr stück 98a, in dem die Stange
92 durch. Schrauben 98b festgelegt ist. Die Konstruktion ist so ausgeführt, daß
die: Zahnstange 80, Querverbindungsstange 92 und das Verbindungsglied 98 eine Einheit
bilden, die quer zum Fahrzeug bewegbar ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, fällt die
Mitte: der Querverbindungsstange92 in der Mittelstellung der Steuerung mit der Mittelebene
16 des Fahrzeuges zusammen.
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Jedes Ende. der Stange 92 ist mit dem benachbarten Ende der Zug- und
Druckstangen. 63 über ein Kugelgelenk 100 verbunden. Wieder wird eine Dichtung 102
nach der Art einer Ziehharmonika. vorgesehen" die das Ende der Stange 92 und des
Gelenkes 100 umschließt. Die Dichtung 100 ist zwischen Verbindungsringen 104, 106
angebracht, die an der Druck- und Zugstange 63 und an dem Formstück 10 in der Nähe
der Verbindungsstange 92 entsprechend vorgesehen sind.
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Die. Anordnung ist so getroffen, daß die. Verbindungsstange 92, beide
Zug- und Druckstangen 63 und beide Steuerarme 60 eine Einrichtung bilden, die in
bezug auf die Fahrzeugmittelebene in der Mittelstellung der Steuerung symmetrisch
ist, während Zahnstange und Ritzel beträchtlich seitlich angeordnet sind.
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Die: Begrenzung des Steuerausschlages wird durch ein paar einstellbare
Schrauben gewährleistet, von denen. eine: mit 108 bezeichnet ist. Diese Schrauben
sind in Querrichtung an dem Formstück 10 innerhalb des ovalförmigen Gehäuses 94
angebracht, derart, daß sie die Bewegung des Verbindungsgliedes 98 anhalten, wenn
die Grenze für eine Wendung erreicht ist.
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Wie schon, vorher festgestellt wurde, muß gewährleistet sein, daß
die schwingende Relativbewegung zwischen dem Fahrgestell und den Fahrzeugrädern
nicht eine bedeutsame Bewegung der Zug- und Druckstangen 63 verursacht. Dies wird
durch eine ungefähre Parallelogrammanordnung der vier durch Glieder verbundenen
Punkte erzwungen.. Diese sind: Der Mittelpunkt 36a des Gelenkes 36 der Halbachsenanordn.ung,
die Mittelpunkte der Gelenke der Druck-und Zugstangen 64, 100 und. der Querachse
59a der drehbaren Verbindungen 59 des Schwinghebels, wie es in dem Schaubild nach
der Fig. 7 dargestellt ist. In diesem Schaubild sind die vier Mittelpunkte als große
schwarze Punkte aufgezeigt, und die vier Seiten des Parallelogramms sind durch strichpunktierte:
Linien angedeutet. In der theoretischen ideal-geometrischen Anordnung müßte: der
Mittelpunkt 100 so liegen, da,ß eine Entfernung von dem äußeren Drehpunkt 64 gleich
der zwischen den. inneren und, äußeren Mittelpunkten 59a und 36a der Schwingliebelfo,rrn
56, 30a ist. Somit ist die: theoretische Lage des Mittelpunktes 100 durch die zwei
äußeren Mittelpunkte 36 a und 64 und durch die Lage der Verbindungen 59, deren Achse:
59a. durch den Punkt 29 geht, bestimmt. Für eine. gute praktische Anordnung müßte
der innere Drehn_ unkt 100 - wie; a,ufgeze;igt - um ein wesentliches Maß na,cli,
der inneren Seite, der Ste:uersäu.le 70 vorlegt werden. Felglich würde es praktisch
unmöglich sein, die Zug- und Druckstangen 63 direkt mit den Enden
der
Zahnstange zu verbinden. Daher ist die Aufgabe, drehbare Verbindungen zwischen der
Zahnstange 80 und den zwei Zug- und Druckstangen 63 zu schaffen, zufriedenstellend
durch die Anwendung einer Verbindungsstange 92 als. ein Teil einer quer bewegbaren
Zahnstangeneinheit 80, 92, 98 gelöst.
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Es ist offenbar, daß die Einheit 80, 92, 98 den Vorteil der vollständigen
Unterstützung der Stange 92 durch die Lager 96, die in den zwei voneinander entfernten
Formstücken 10 des Fahrgestells angeordnet sind, hat. Somit wird die Zahnstange
80 nur axial beansprucht; denn das Ritzel 78 ist gegen schräg wirkende Reaktionskräfte
von den Zug- und Druckstangen. 63 geschützt. Die Arbeit der Feder 84, um einen vollen,
und ständigen Eingriff zwischen: der Zahnstange und dem Ritzel zu erreichen, ist
daher sehr gering.
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Weiterhin ist zu bemerken, daß das untere Gliedersystem 49, 50, 51
mit der verbundenen Halbachsenanordnung zusammenarbeitet, um ein anderes urigefähres
Parallelogramm - wie in den Fig. 5 und 7 gezeigt - zu bilden. In Fig. 7 sind die
Ecken: dieses angenäherten. Parallelogramms mit großen schwarzen Punkten kenntlich
gemacht. Diese Punkte stellen. folgende Drehpunkte dar: die zwei inneren und äußeren.
Mittelpunkte 29 und 36a der Universalgelenke 26 bis 28 der den Antrieb. übertragenden
Halbachse und des Teils 45 (der innere Mittelpunkt liegt auf der Achse 59a des Schwinghebels),
der innere Drehpunkt 51 a. des Gliedes 51 und der äußere Drehpunkt 48c des Hebels
49. Die Seiten des Parallelogramms sind strichpunktiert dargestellt.