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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herabsetzung der Seitenführungskräfte an Kraftfahrzeugen zum Zwecke des Fahrtrainings mit mindestens einer an einer nicht angetriebenen Radnabe einer Radaufhängung anflanschbaren, eine Lenkrolle tragenden Haltevorrichtung, wobei die Lenkrolle um eine zu ihrer Drehachse und zur Achse der Radnabe senkrechte Lenkachse an der Haltevorrichtung schwenkbar gelagert ist und wobei die Haltevorrichtung mit einem nicht drehenden Teil der Radaufhängung verbunden ist, wobei die Haltevorrichtung eine die Radnabe gegen Verdrehung sperrende Radnabensperre und ein an der Radnabe befestigbares Adapterteil für die Lenkrolle aufweist.
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Ein Kraftfahrzeug sollte so ausgelegt sein, dass es den Lenkbewegungen des Fahrers, der einen gewünschten Kurs einhalten möchte, folgt, und zwar so, dass dem Fahrer die Handhabung leicht fällt. Bei der Konstruktion des Kraftfahrzeugs ist deshalb darauf zu achten, dass die an der Hinterachse wirkenden Seitenführungskräfte in ihrer Gesamtheit größer sind als die, welche an der Vorderachse wirken. Nur so ist das Fahrzeug richtungsstabil und für den Fahrer leicht beherrschbar. Durch den Einfluss von dynamischen Radlaständerungen und durch einen auftretenden Schlupf kann sich das Verhältnis der momentan auf die Achsen wirkenden Seitenführungskräfte jedoch ändern. Tritt dabei der Fall ein, dass die momentan wirkenden Seitenführungskräfte an der Vorderachse größer sind als an der Hinterachse, so verliert das Fahrzeug seine Richtungsstabilität. Es wird dabei durch die an der Vorderachse wirkenden größeren Seitenführungskräfte aus der Spur gedrückt. Dabei wird eine Gierbewegung um die Hochachse des Fahrzeugschwerpunkts eingeleitet, die sich zunehmend beschleunigt. Das Fahrzeug gerät hierdurch ins Schleudern.
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Um das Fahrzeug wieder in einen stabilen Fahrzustand zurückzuführen, muss der Fahrer durch Gegenlenken, Gas geben oder Bremsen sehr rasch in der richtigen Weise reagieren. Das Erkennen der durch einen instabilen Fahrzustand ausgelösten Signale und die richtigen Reaktionen hierauf können nur durch eingehendes Training unter realistischen Fahrbedingungen erlernt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Hinterräder eines Fahrzeugs durch eine Vorrichtung mit Lenkrollen ersetzt werden. Bei einer gattungsgemäßen bekannten Vorrichtung dieser Art (
DE 199 28 375 A1 ) wird die Radnabe notwendigerweise gegen Verdrehen gesichert und die Rolle über einen Ausleger an der Nabe befestigt, wobei eine gewisse Verstellmöglichkeit der Drehachse der Lenkrolle bezüglich der Senkrechten vorgesehen ist, um ein veränderliches Maß an Richtungsstabilisierung erreichen zu können. Bei der dort gewählten Geometrie der Befestigungskomponenten für die Laufrolle können jedoch unerwünschte Verspannungen zwischen der Rolle und dem Achskörper des Fahrzeugs auftreten. Weiterhin ist dort zur Verstellung des Nachlaufwinkels der Lenkrolle eine vergleichsweise aufwendige Teildemontage der Vorrichtung erforderlich.
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Aus
DE 199 28 375 A1 ,
WO 89/01678 A1 ,
DE 3500904 A1 und
US 6024381 A sind weitere Vorrichtungen der vorgenannten Art bekannt. Alle diese Vorrichtungen sind für ältere Fahrzeugtypen bestimmt, die vergleichsweise massive Halbstarrachsen (Verbundlenker-, Koppellenker- oder Torsionskurbelachsen) aufweisen. Neuere Fahrzeuge weisen jedoch Mehrlenker-Hinterachskonstruktionen auf, die mehrere, jeweils jedoch mechanisch weniger belastbare Lenker aufweisen. Die bekannten Vorrichtungen lassen sich an den neueren Achskonstruktionen nicht befestigen, ohne diese im Betrieb zu beschädigen.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein als Mehrlenker-Hinterachse ausgebildetes Aufhängungssystem des Fahrzeugs nicht beschädigt und bei der eine einfache Verstellung der Lenkrolle möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht vor allem von dem Gedanken aus, dass die bekannten Vorrichtungen bei den modernen Mehrlenker-Hinterachskonstruktionen, die über fünf vergleichsweise filigrane Lenker verfügen, zu unzulässig hohen Belastungen führen könnte. Diese Belastungen entstehen durch eine Krafteinleitung in die Aufhängung des Fahrzeugs außerhalb der konstruktiv dafür vorgesehenen Mittelachse der Radnabe. Um dies zu vermeiden ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Radaufhängung als Mehrlenkerachse ausgebildet ist und dass die Radnabensperre an Anlenkstellen eines oder mehrerer Lenker der Mehrlenkerachse fixiert ist. Bevorzugt ist die Radnabensperre an drei Punkten eines Radnabenträgers der Mehrlenkerachse, insbesondere an für die Lenker der Mehrlenkerachse bestimmten Befestigungsaugen des Radnabenträgers fixiert. Vorteilhafterweise ist die Radnabensperre teilweise in unterschiedlichen Winkellagen an dem Adapterteil für die Lenkrolle befestigbar. Das Adapterteil ist konzentrisch zur Radnabenachse angeordnet, so dass von der Lenkrolle keine die Komponenten der Radaufhängung unzulässig belastenden Kräfte eingeleitet werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Adapterteil für die Lenkrolle als Adapterflanschscheibe ausgebildet, die mindestens zwei in definierten Winkelabständen voneinander angeordnete Durchbrüche für den Durchgriff von in Schraubbohrungen der Radnabe eindrehbare Kopfschrauben oder in die Radnabe eingeschraubte Gewindestifte für Mutter aufweist. Die Durchbrüche dienen also der Befestigung des Adapterteils an der Radnabe. Dabei sind die Durchbrüche bevorzugt als radial verlaufende Langlöcher ausgebildet, um das gleiche Adapterteil an Radnaben mit unterschiedlichen Befestigungskreisdurchmessern verwenden zu können. Beispielsweise können die Langlöcher Lochkreisdurchmesser von 90 bis 140 mm überdecken.
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Heutige Fahrzeuge weisen fast ausschließlich entweder 4 oder 5 Radbolzen auf bzw. die Radnaben 4 oder 5 Gewindestifte, auf die ein Fahrzeugrad aufgesetzt und mit Muttern gesichert werden kann. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das Adapterteil in einer ersten Alternative drei Durchbrüche für die Befestigung an Radnaben mit fünf Radschraubenbohrungen oder Radgewindestiften auf, wobei zwei der Durchbrüche einen Winkelabstand von 72° zueinander aufweisen und diese zum dritten Durchbruch jeweils einen Winkelabstand von 144°. Grundsätzlich könnte für jede Radschraubenbohrung bzw. jeden Radgewindestift ein Durchbruch vorgesehen sein, d. h. also insgesamt fünf Durchbrüche, jedoch hat sich gezeigt, dass eine Befestigung des Adapterteils an der Radnabe über drei Durchbrüche mit den angegebenen Winkelabständen ausreichend ist. Bei Radnaben mit vier Radschraubenbohrungen oder Radgewindestiften weist das Adapterteil gemäß einer zweiten Alternative vier Durchbrüche mit einem Winkelabstand von jeweils 90° zueinander auf. Um eine durchgehend ebene Flanschfläche für die Befestigung der Lenkrolle zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn im Bereich der Durchbrüche der Adapterflanschscheibe Vertiefungen zur formschlüssigen Aufnahme und Abstützung der Kopfschrauben oder Mutter eingeformt sind.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Lenkrolle über eine Flanschverbindung an dem Adapterteil befestigt. Das Adapterteil für die Lenkrolle weist daher zweckmäßig mehrere in definierten Winkelabständen voneinander angeordnete Schraubbohrungen zum Anflanschen eines Befestigungsflansches der Lenkrolle auf. Beispielsweise können vier derartige Schraubbohrungen mit einem Winkelabstand von etwa jeweils 90° zueinander vorgesehen sein.
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Die Verbindung zwischen dem Adapterteil für die Lenkrolle und der Radnabensperre erfolgt bevorzugt ebenfalls über eine Verschraubung. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Adapterteil für die Lenkrolle daher eine radial außen an eine Befestigungspartie für den Befestigungsflansch der Lenkrolle anschließende, diese zumindest teilweise kreisförmig umschließende Verbindungspartie zur Befestigung der Radnabensperre aufweisen. Die Verbindungspartie weist dabei vorteilhafterweise eine Mehrzahl von in definierten Winkelabständen voneinander angeordnete Gewindebohrungen auf, von denen jeweils eine Gruppe von mindestens zwei Gewindebohrungen mit korrespondierenden Bohrungen einer die Verbindungspartie überdeckenden Flanschpartie der Radnabensperre in vorbestimmten, wahlweise einstellbaren Winkellagen bezüglich einer vertikalen Achse, d. h. der Hochachse des Fahrzeugs, fluchten. Bevorzugt sind die Gewindebohrungen dabei auf mindestens zwei unterschiedlichen Radien angeordnet, wobei sowohl radial als auch in Umfangsrichtung ein vorbestimmter Mindestabstand zwischen je zwei benachbarten Bohrungen vorgesehen ist. Dies ist erforderlich, da insgesamt bis zu zwanzig oder mehr Bohrungen vorgesehen sein können und die Bohrungen nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein sollten, um eine Schwächung des Materials und damit mögliche Materialbrüche zu vermeiden. Die Gruppen von Bohrungen in der Flanschpartie der Radnabensperre und die Gewindebohrungen in der Verbindungspartie des Adapterteils sind derart angeordnet, dass eine Verstellung des Neigungswinkels der Lenkachse der Lenkrolle gegenüber der Fahrzeughochachse beispielsweise in Schritten von 5° ermöglicht wird. Größere oder kleinere Winkelabstände sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Als praxisgerecht hat sich erwiesen, wenn vier oder fünf Gruppen von Bohrungen vorgesehen werden, woraus sich ein Winkelverstellbereich von insgesamt 20° oder 25° ergibt. Jede einzelne Gruppe von Gewindebohrungen sollte dabei aus Stabilitätsgründen einen Winkelbereich von mindestens 120°, bevorzugt etwa 180° überdecken.
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Zur Festlegung der Radnabensperre gegen eine Verdrehung weist diese in bevorzugter Ausgestaltung eine an der Radnabe angeordnete Bremsschreibe oder -trommel übergreifende, an einem Achsschenkel oder Radnabenträger der Radaufhängung festlegbare Fixierpartie auf. Fixierpunkte sind bevorzugt die Anlenkstellen eines oder mehrerer der Lenker der Mehrlenkerachse oder eine andere geeignete Struktur des Radnabenträgers. Da in diesem Bereich ausschließlich das Drehmoment um die Nebenachse und keine weiteren, außerhalb dieser Achse liegende Momente aufgenommen werden müssen, hat sich eine Festlegung an drei Punkten als praxisgerecht und ausreichend erwiesen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass fahrzeugspezifisch jeweils mit einer unterschiedlichen Achskonstruktion zu rechnen ist, so dass die Gestaltung der Fixierpartie der Radnabensperre fahrzeugspezifisch zu erfolgen hat.
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Das in der Radnabe zentral angeordnete Radlager weist oftmals eine über die Befestigungsfläche überstehende Radlagerkappe auf. Bevorzugt weist daher das Adapterteil für die Lenkrolle eine Zentralöffnung für den Durchtritt dieser Radlagerkappe auf.
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Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es unter anderem möglich, die beim Autofahren einzuhaltenden Grenzen aufzuzeigen und damit die Verkehrssicherheit zu fördern. Denn in kritischen Situationen, wenn durch Überforderung des Fahrverhaltens die auf die Hinterachse wirkenden Seitenführungskräfte soweit reduziert werden, dass die Richtungsstabilität verloren geht, giert das Fahrzeug um die Hochachse des Fahrzeugsschwerpunkts mit einer so hohen Winkelgeschwindigkeit, dass das menschliche Auge der Drehbewegung nicht mehr konturenscharf folgen kann (sakkadische Supression). Der Fahrer verliert dadurch die räumliche Orientierung und die Kontrolle über das Fahrzeug. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, das Fahrertraining stufenweise von „leicht beherrschbar” über „schwer beherrschbar” bis zu „unbeherrschbar” aufzubauen und dadurch die Grenzen von Fahrzeug und Mensch aufzuzeigen, und dies bei vergleichsweise geringen absoluten Fahrzeuggeschwindigkeiten. Da die erfindungsgemäßen Maßnahmen einen schnellen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Winkelstellungen der Lenkachse der Lenkrolle gegenüber der Fahrzeughochachse ermöglicht, können die entsprechenden Fahrübungen in zeitlich nah aufeinander folgender Weise durchgeführt werden. Längere Umbaupausen wie bei der bekannten Vorrichtung fallen nicht mehr an, so dass die Trainingsdauer effektiver genutzt werden kann und der Lerneffekt gesteigert wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schaubildliche Darstellung eines frontgetriebenen Kraftfahrzeugs mit an den hinteren Radaufhängungen montierten Lenkrollen zur Simulation instabiler Fahrzustände;
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2a bis d eine perspektivische Ansicht eines Radnabenträgers mit Radnabe und montierter Bremsscheibe sowie den sukzessive daran montierten Komponenten des Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3a und b schematische Ansichten des Adapterteils für die Lenkrolle und der Flanschpartie der Radnabensperre.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zum Zwecke des Fahrtrainings zur Herabsetzung oder Eliminierung der Seltenführungskräfte von Kraftfahrzeugen mit nicht angetriebenen Hinterädern bestimmt 1 zeigt ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist eine Karosserie 10, angetriebene lenkbare Vorderräder 12 sowie an Radaufhängungen 14 für die Hinterräder montierte Haltevorrichtungen 16 mit je einer Lenkrolle 18 auf. Die Lenkrolle 18 ist um eine zu ihrer Drehachse 20 (2d) und zur Achse 22 der Radnabe 24 senkrechte Lenkachse 26 schwenkbar gelagert. Die Neigung der Achse 26 ist in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber der Fahrzeughochachse verstellbar. Hierdurch wird eine variable Einstellung der an der Lenkrolle angreifenden Rückstellkräfte in Vorwärtsrichtung ermöglicht. Je größer die Neigung der Achse 26 eingestellt wird, desto größer wird der Kraftaufwand, um die Lenkrolle aus ihrer Spur zu bringen, da dabei das auf der Rolle lastende Gewicht des Fahrzeugs angehoben werden muss. Hierdurch wird eine größere Seitenführungskraft an der Hinterachse simuliert.
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2a bis 2d zeigt beispielhaft die Montagereihenfolge der Vorrichtung an einem Radnabenträger 28, typischerweise ein Gussteil aus Leichtmetall, und der Radnabe 24. Die an dem Radnabenträger befestigten Lenker der Mehrlenkerachse sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Auf der Radnabe 24 ist eine Bremsscheibe 30 montiert, deren Bremssattel ebenfalls nicht näher dargestellt ist. Die Radnabe 24 weist fünf in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnete Gewindebohrungen 32 auf, die für die Montage eines Rads mittels Radschrauben bestimmt sind. Alternativ können Gewindestifte in die Gewindebohrungen eingeschraubt sein, auf die das Rad aufgesteckt und mit Mutter gesichert wird.
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In 2b ist ein Adapterteil 34 für die Montage der Lenkrolle auf die Nabe 24 aufgeschraubt. Hierzu weist das Adapterteil 34 drei Langlöcher 36 auf, die den Lochkreis der Gewindebohrungen 32 überdecken und den Zugang zu drei der Gewindebohrungen 32 ermöglichen. Das Adapterteil besteht im wesentlichen aus einer zentralen, ringartigen Befestigungspartie für einen entsprechenden Befestigungsflansch der Lenkrolle und eine radial außen an die Befestigungspartie 38 anschließende und diese zumindest teilweise kreisförmig umschließende Verbindungspartie 40 zur Befestigung der Radnabensperre.
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Nach der Montage des Adapterteils für die Lenkrolle wird die Radnabensperre 42 (2c) montiert. Zum Fixieren der Radnabensperre gegen Verdrehungen wird zunächst die hintere Strebe 44 an einer geeigneten Stelle des Radnabenträgers 28 angesetzt. Hierbei befindet sich die Radnabensperre 42 noch nicht in der in den 2c und 2d dargestellten Endstellung, sondern in einer in der perspektivischen Darstellung nach hinten verschwenkten Stellung. Danach wird die Radnabensperre 42 derart in Drehrichtung der Nabe verschwenkt, dass das Rohrstück 46 mit seinem offenen Ende auf den Schraubenkopf einer Befestigungsschraube eines Lenkers an dem Befestigungsauge 48 aufsetzt. Die Radnabensperre 42 kann sich nun in dieser Richtung nicht weiter drehen. Um die Drehmöglichkeit auch in der entgegengesetzten Richtung zu blockieren wird die in Richtung des Doppelpfeils 50 verschiebbare Strebe 52 derart verschoben, dass der kurze Rohrstutzen 54 mit seinem offenen Ende auf der Spitze der Befestigungsschraube des Lenkers aufsetzt. Die Strebe 52 wird mittels einer Verschraubung fixiert und die Radnabensperre ist somit in beiden Drehrichtungen der Nabe blockiert. Um die Nabe und das Adapterteil 34 für die Lenkrolle gegen Verdrehung zu sichern, muss die Radnabensperre 42 noch mit dem Adapterteil verschraubt werden. Hierzu wird das Adapterteil 34 soweit verdreht, bis eine gewünschte Gruppe von Bohrungen in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 mit einer entsprechenden Gruppe von Gewindebohrungen in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils fluchten. Eine nähere Erläuterung dieser Befestigungsweise und der Stützwinkeleinstellung erfolgt anhand der 3a und 3b.
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Schließlich wird, wie in 2d dargestellt, die Lenkrolle 18 an dem Ringteil 38 des Adapterteils 34 befestigt. Hierzu weist die Lenkrolle einen mit einer Haltestrebe 58 für die eigentliche Rolle verbundenen Befestigungsflansch 60 auf. Dieser wird über vier Bohrungen 62 mit dem Adapterteil verschraubt. Grundsätzlich ist es auch möglich, zunächst die Lenkrolle 18 an dem Adapterteil zu befestigen und dann die Montage der Radnabensperre 42 vorzunehmen.
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Die 3a und 3b zeigen Ansichten des Adapterteils 34 (3a) für die Lenkrolle und der Befestigungsflanschpartie 56 der Radnabensperre 42 (3b). In 3b sind fünf unterschiedliche, jeweils um 5° verdrehte Winkellagen L1 bis L5 angedeutet, die durch Ausrichtung jeweils einer Gruppe aus vier Bohrungen 64 bis 64''', 68 bis 68''' und 72 bis 72''' zu den Gewindebohrungen in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils 34 erreicht werden. In der Stellung L1 gehören die Bohrungen 64 bis 64''' in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 zu den Gewindebohrungen 66 bis 66''' in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils 34. In der Stellung L2 werden die Bohrungen 68 bis 68''' in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 den Gewindebohrungen 70 bis 70''' in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils 34 zugeordnet. In der Stellung L3 werden die Bohrungen 72 bis 72''' in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 den Gewindebohrungen 74 bis 74''' zugeordnet. In der Stellung L4 werden die Bohrungen 64 in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 den Gewindebohrungen 76, 76', 66'' und 76''' in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils 34 zugeordnet In der Stellung L5 schließlich werden die Bohrungen 72 in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 den Gewindebohrungen 78 bis 78''' in der Verbindungspartie 40 des Adapterteils 34 zugeordnet. Die Bohrungen in der Flanschpartie 56 der Radnabensperre 42 und die Gewindebohrungen in der Verbindungspartie des Adapterteils 34 sind jeweils auf zwei Bohrungskreise verteilt, wobei die Durchmesser der Bohrungskreise 80 und 82 des Adapterteils 34 den Durchmessern der Bohrungskreise 84 bzw. 86 der Flanschpartie 56 entsprechen.
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Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herabsetzung der Seitenführungskräfte an Kraftfahrzeugen zum Zwecke des Fahrtrainings mit mindestens einer an einer nicht angetriebenen Radnabe 24 einer Radaufhängung 14 anflanschbaren, eine Lenkrolle 18 tragenden Haltevorrichtung, wobei die Lenkrolle um eine zu ihrer Drehachse 20 und zur Achse 22 der Radnabe 24 senkrechte Lenkachse 26 an der Haltevorrichtung schwenkbar gelagert ist und wobei die Haltevorrichtung mit einem nicht drehenden Teil der Radaufhängung 14 verbunden ist. Um das Aufhängungssystem des Fahrzeugs nicht zu belasten und eine einfache Verstellung der Schwenkachse der Lenkrolle bezüglich der Fahrzeughochachse zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Haltevorrichtung eine die Radnabe 24 gegen Verdrehung sperrende Radnabensperre 42 und ein an der Radnabe befestigbares Adapterteil 34 für die Lenkrolle 18 aufweist.
