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Lenkhebelsystem mit Ausgleichvorrichtung zum Lenken von Kraftfahrzeugvorderrädern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkhebelsystem mit Ausgleichvorrichtung zum
Lenken von Kraftfahrzeugvorderrädern, die in in senkrechten Ebenen zueinander gelagerten,
teleskopartig ausgebildeten Quer- und Längslenkerpaaren aufgehängt sind, sowie mit
übertragung der Lenkbewegung durch zwei Spurstangen.
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Die Bestrebungen, eine immer größere Genauigkeit der übertragung der
Lenkbewegungen an die Drehachsen der Radachsschenkelträger zu erzielen, indem die
Zahl der Gelenke auf ein Minimum verringert wird, wobei durch die Verminderung der
Reibungen eine größere Weichheit der Übertragung gesichert wird, sind bekannt. Ein
Zahnstangenlenkgetriebe vermindert zwar die Reibungen und paßt sich sehr gut den
beweglichen Viereckaufhängungen an, aber es überträgt die Reaktionswirkungen der
Straße selbst sehr stark. Ein Schraubenlenkgetriebe, das aus Schraube und Mutter,
Schraube und Zahnstangenmutter oder aus Schraube und Rolle, Nocken oder Finger besteht
und bei denen unter Einschalten von Kugeln die Reibung weitgehend verringert ist,
enthält anschließend ein Lenkgestänge, um einen identischen Lenkausschlag nach rechts
und nach links zu sichern.
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Es ist bereits bekannt, bei Lenkhebelsystemen für Kraftfahrzeuge Gestänge
mit veränderlicher Länge für den Fall vorzusehen, daß bei einer Lenkbetätigung zwei
Gelenkverbindungspunkte ihren Abstand voneinander ändern.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Lenkhebelsystem
von Kraftfahrzeugen einer Aufhängevorrichtung anzupassen, bei welcher die Verstellung
der unabhängig voneinander aufgehängten Räder nach einer geradlinigen Bewegung in
einer zur Fahrbahn senkrecht stehenden Ebene erfolgt. Bei einer solchen Aufhängevorrichtung
wird diese geradlinige Bewegung mittels zweier schwenkbarer, in der Länge veränderlicher
Verbindungsgruppen erzielt, an denen das Rad aufgehängt ist. Die eine Gruppe erstreckt
sich quer zur Fahrzeuglängsachse, und die andere verläuft parallel dazu. Beide sind
über zwei am Fahrzeugrahmen feste Drehzapfenpaare mit den Achsschenkeln verbunden.
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Bei einer solchen Aufhängevorrichtung, welche das Rad zwingt, mit
einer geradlinigen Bewegung anzusteigen, wobei sich der Achsschenkelträger in Bleicher
Weise hebt, muß die Verbindungsstange für die Radlenkung notwendigerweise längenveränderlich
ausgebildet sein, und jede erzwungene Verlängerung muß gesteuert und geführt werden,
wobei aber jeder seitliche Stoß zu vermeiden ist. Hierbei wird ein Lenkhebelsystem
geschaffen, welches infolge seiner neuartigen Ausbildung ein günstiges Verhalten
im Betrieb zeigt und zugleich ein Höchstmaß an Betriebssicherheit selbst unter stärkster
Beanspruchung sowie Einfachheit des Aufbaues bietet.
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Diese Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß jede
Spurstange zweigeteilt ist und etwa parallel zu dem Querlenkpaar verläuft, wie dieses
längenveränderlich ausgebildet und mit den Querlenkern zur Steuerung der Längenänderung
in Abhängigkeit von deren Längenänderung verbunden ist. Hierdurch wird eine enge
funktionelle Verbindung zwischen den Querlenkern und der zugehörigen. Spurstange
erzielt, wodurch die zweigeteilten Spurstangen nur dann ihre Länge verändern, wenn
sich die Länge der Querlenker des Systems verändert.
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Die Ausbildung des Lenkhebelsystems gemäß der Erfindung sieht bei
einer ersten Ausführungsform vor, daß zwischen dem Querlenkerpaar und der Spurstange
eine mechanische Verbindung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine selbsttätig wirkende
unmittelbare Abhängigkeit zwischen diesen beiden Organen geschaffen,
die
jede Längenkorrektur des einen Elements dem anderen mitteilt.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Anordnung nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung so zu treffen, daß jeder Querlenker und die Spurstange je
eine teleskopisch aufweisen, die mit je einem Zahnrad kämmt, wobei die Zahnräder
der Querlenker über eine längenveränderliche Gelenkweile mit dem Zahnrad der Spurstange
verbunden sind. Bei entsprechender Ausbildung dieser Verbindung kann das Spiel so
gering gehalten werden, daß es sich nicht nachteilig auf die Lenkbewegungen auswirken
kann.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Zahnräder unter
Zwischenschaltung von Kardan-oder Kugelgelenken über eine Teleskopwelle miteinander
verbunden. Auf diese Weise wird eine besonders große Bewegungsfreiheit erzielt,
so daß sich das System auch größeren Lenkbewegungen ohne weiteres anzupassen vermag.
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Eine andere Lösungsmöglichkeit, die nicht weniger vorteilhaft ist,
zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß das Querlenkerpaar und die Spurstange
durch ein hydraulisches System miteinander verbunden sind. Hiermit macht sich das
neue Lenkhebelsystem auch die Vorteile einer hydraulischen Kraftübertragung zunutze.
Hierzu kann in die Querlenker und in die Spurstange ein Zylinder mit ausfahrbarer
Kolbenstange eingeschaltet und jeder Zylinderraum beiderseits des Kolbens der Querlenker
mit den entgegengesetzten, durch den Kolben gebildeten Zylinderräumen der Spurstange
verbunden sein. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in den Zylinderräumen der Spurstange
D"ämpfungsvorrichtungen vorzusehen.
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Die hydraulische Kupplung der gleichzeitig miteinander zu verstellenden
Elemente des Lenkhebelsystems gestattet die Verwendung von in Abhängigkeit von der
Kolbenbewegung mechanisch oder elektrisch betätigten Ventilen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des neuen Lenkhebelsystems zeichnet
sich dadurch aus, daß die Spurstangen der beiden Räder an je einem am Rahmen gelagerten
Zahnsegment od. dgl. angreifen, welche mit einer gemeinsamen Zahnstange kämmen,
die ihrerseits wiederum mit einem Ritzel der Lenksäule kämmt.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann schließlich die Zahnstange
um den Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen der Achsen beider Zahnsegmente
gekrümmt sein.
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In der Zeichnung sind einige besonders zweckmäßige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig.l eine Draufsicht auf das erfindungsgemäß
ausgebildete Lenkhebelsystem mit zwei in senkrechter Ebene zueinander angeordneten
Lenkerpaaren, Fig. 2 eine schematische Draufsicht, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht
des Systems, Fig.4 ein einfache mechanische Verbindung der Querlenker mit einer
Halbspurstange, Fig.5 eine einfache hydraulische Verbindung der Querlenker mit einer
Spurstange, Fig. 6 eine schematische Darstellung der Bewegungsverhältnisse beider
Querlenker sowie der Halbspurstange bei hydraulischer Verbindung, Fig. 7 eine mechanische
Ventilbetätigung, Fig.8 eine elektrische Ventilbetätigung, Fig. 9 eine vorzugsweise
verwendetes Kugelgelenk und Fig.10 das Zusammenwirken der Spurstangen mit dem Lenkgetriebe.
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Fig.1 zeigt die Aufhängung eines Kraftfahrzeugvorderrades am Rahmen.
Das hierzu dienende Lenkhebelsystem besteht aus zwei Gruppen, deren eine die sich
in Längsrichtung des Rahmens erstreckenden, mit X bezeichneten Längslenker bilden
und deren andere, die Querlenker L 1 und L2, sich seitlich erstrecken. Beide Lenkerpaare
sind teleskopartig ausziehbar. Die Querlenker L 1 und L 2 bilden einen
Teil einer seitlichen trapezförmigen Verbindungsgruppe, deren Anlenkstellen am Fahrzeugrahmen
mit P und P 1 bezeichnet sind. Bei S ist die Achsschenkeldrehachse angedeutet. In
der Draufsicht nach Fig.1 erscheint nur je ein Lenkerpaar, von denen aber jeweils
zwei übereinanderliegen.
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Durch diese Aufhängung wird das Rad gezwungen, bei der Auf- und Abwärtsbewegung
eine geradlinige Bewegung auszuführen. Die Lenkung erfolgt durch eine an dem Achsschenkelträger
befestigte Verbindungsstange Bc, eine daran aasgelenkte ausziehbare HalbspurstangeB,
an die sich ebenfalls gelenkig eine Hebelstange Br anschließt, die mit einem Zahnsegment
46 drehfest verbunden ist, deren Funktion bei der Erläuterung der Fig.10 noch erklärt
wird. Das mit G bezeichnete Gestänge stellt die Verbindung zur Lenksäule her.
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Diese Anordnung sowie die Bewegungsverhältnisse ergeben sich besonders
anschaulich aus Fig. 2 und 3, die die Verhältnisse bei einem Lenkausschlag und die
dadurch bedingten Verstellungen der Teile, von oben und seitlich gesehen, in strichpunktierten
Linien wiedergeben. Hierbei ist das in Längsrichtung des Rahmens verlaufende Lenkerpaar
der Einfachheit halber fortgelassen. Fig.3 läßt erkennen, wie sich das LenkhebeIsystem
bei einer Aufwärtsbewegung des Rades um die Strecke h verstellt, woraus auch hervorgeht,
daß die Halbspurstange B sich nach B'
verlagert und dadurch eine Verlängerung
um r erfährt.
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Fig. 4 zeigt eine mechanische Verbindung zwischen dem Querlenkerpaar
und der Spurstange B, die dadurch hergestellt ist, daß ein Ritzel l im Eingriff
mit einer Zahnstange 2 steht, welche mit der aus dem Teil 4 der Spurstange ausziehbaren
Gleitschiene 3 kraftschlüssig verbunden ist. Durch ein Kardangelenk 5 wird die Verbindung
mit einer ebenfalls teleskopischen Übertragungswelle 6 hergestellt, welche mit einer
Gummischutzhülle oder Manschette 7 versehen ist. Über ein zweites Kardangelenk 8
ist diese Welle 6 mit einer weiteren Welle 9 verbunden, die zwei Ritze110 und 11
trägt, die ihrerseits mit Zahnstangen 12 und 13 im Eingriff stehen.
Diese Zahnstangen bilden je einen Teil der beiden ausziehbaren Gleithebel 14 und
15 der Querlenker L 1 und L 2.
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Bei jedem Ansteigen des Rades ruft die Verschiebung der Zahnstangen
12 und 13 die Drehung der Wellen 9 und 6 hervor und dadurch die Verlängerung der
Spurstange B. Umgekehrt blockieren beim Lenkausschlag die Ritze110 und 11 die Länge
der Spurstange. Das Spiel der beiden Kardangelenke 5 und 8
und der
Welle 6 ermöglicht es ohne weiteres, dem Lenkausschlag zu folgen.
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Ein hydraulisches Verbindungssystem beseitigt den Nachteil, der sich
mit der Zeit aus dem Spiel der Verzahnungen und der Gelenke ergeben kann. Eine
einfache
Verbindung dieser Art ist durch das Schema nach Fig.5 erläutert, in der der besseren
Übersicht halber nur ein Lenker L wiedergegeben ist.
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Der ausziehbare Teil des Querlenkers L ist hier mit 17 und der ausziehbare
Teil der Halbspurstange B ist mit 21 bezeichnet. Auf diesen Teilen 17 und 21 ist
je ein Kolben 16 bzw. 19 aufgesetzt, der in einem Zylinder 18 bzw. 20 gleitet. Die
Zylinder ihrerseits sind fest mit dem Teil 48 des Lenkers L bzw. dem Teil
49 der Spurstange B verbunden. Die beiden Zylinder stehen durch Druckmittelleitungen
A 1 und B 1
in Verbindung, und zwar verbindet die Leitung A 1 den Zylinderraum
auf der Vorderseite des Kolbens 16 mit dem Zylinderraum auf der Rückseite des Kolbens
19. Die Leitung B 1 hingegen stellt eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum auf
der Rückseite des Kolbens 16 und dem Zylinderraum auf der Vorderseite des Kolbens
19 her. Die Verschiebung des Kolbens 16 in Pfeilrichtung verdrängt das Druckmittel,
welches über die Leitung A 1 in den Zylinder 20 eintritt und dort eine gleichsinnige
Verschiebung des Kolbens 19 zur Folge hat. Die umgekehrte Bewegung des Kolbens 16
erzeugt demgemäß ebenfalls eine gleichsinnige Bewegung des Kolbens 19, jedoch in
der umgekehrten Richtung.
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In Fig.6 sind die Bewegungsverhältnisse des mit einer hydraulischen
Verstellvorriehtung versehenen Lenkhebelsystems dargestellt, die sich beim Ansteigen
des Rades um den Weg h ergeben. Hierbei verlängert sich sowohl der Querlenker L
als auch die Halbspurstange B um das Maß R. Dieser Vorgang drückt sich in einer
Bewegung des Kolbens P nach rechts aus. Die Verbindung des Zylinderraums vor diesem
Kolben mit dem Zylinderraum hinter dem entsprechenden Kolben der ausziehbaren Spurstange
B gestattet einen Abfluß des durch die Kolbenbewegung verdrängten Druckmittels,
welches nun seinerseits den Kolben der Halbspurstange B beaufschlagt und dieser
eine gleichsinnige Verlängerungsbewegung um den Weg r erteilt. Das an einem solchen
Lenkhebelsystem aufgehängte Kraftfahrzeugvorderrad bewegt sich somit in einer vertikalen
Ebene aufwärts bzw. im umgekehrten Fall abwärts. Die hierbei auftretenden Schubkräfte
werden von dem System aufgenommen und können sich nicht nachteilig auf die Lenkung
auswirken.
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Eine besondere Ausführungsform dieses Systems weist mit Ventilen versehene
Steuerungsöffnungen der Druckmittelzylinder auf. Hierzu ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich,
der Kolben mit einem die Zylinderwandung 21 durchsetzenden Vorsprung 20 versehen,
in dessen Bewegungsbereich der Anschlagkopf 22 eines um seinen Winkelpunkt drehbar
angeordneten Winkelhebels 23 liegt. Dieser Winkelhebel wirkt auf einen unter der
Wirkung einer Feder 24 stehenden Stößel des Ventils 25 ein. Bei entsprechender Kolbenbewegung
wird daher über den Winkelhebel 23 das Ventil 25 geöffnet und die Speisung
des Zylinders 21 mit dem Druckmittel ermöglicht. Zweckmäßig ist an der der Speiseöffnung
des Zylinders 21 zugewandten Kolbenseite eine Dämpfungsfeder R vorgesehen. Das Öffnen
dieses Ventils erfolgt unabhängig vom Öldruck.
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An die Stelle der mechanischen Ventilbetätigung nach Fig.7 kann auch
eine elektrische Betätigung treten, und zwar vermittels eines Elektromagneten 29
(Fig. 8). In dieser Figur sind die mechanischen und die elektrischen Ventilbetätigungsanordnungen
in Vergleich gestellt. Auch hierbei besitzt der Kolben einen die Zylinderwandung
durchsetzenden Vorsprung (entsprechend 20 in Fig. 7), der in .einer bestimmten Kolbenstellung
einen elektrischen Kontakt betätigt. Hierdurch wird wiederum der Elektromagnet 29
beeinflußt, der seinerseits auf das Ventil S bzw. S' einwirkt, so
daß der Zylinder mit dem Druckmittel gespeist wird. Die in der rechten Hälfte in
Fig. 8 dargestellte, der links gezeigten elektrischen Ventilbetätigung analoge mechanische
Betätigungsvorrichtung entspricht in a11 ihren Einzelheiten der in Zusammenhang
mit Fig.7 oben erläutertent Vorrichtung.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkhebelsystem kann ein Kugelgelenk
mit selbsttätig nachstellbarem Spiel (Fig.9) vorgesehen sein, welches durch einen
Käfig 34 aus zwei Halbkugeln gebildet ist, die durch Schweißung, Nietung oder Verschraubung
verbunden sind, nachdem zuvor der Fuß der Stange 31 eingeführt ist. Die Stange ist
in dem besonderen Fall mit einem Rohr 32 versehen, in welchem eine Feder 33 untergebracht
ist. Der Käfig 34 umschließt weiter eine Kugel aus zwei gleichen Teilen 30 und 30'.
Die Feder 33 sichert die Anlage der beiden Halbkugeln in dem Käfig 34, der mit einer
Durchbrechung versehen ist, um die ,gewünschte Einstellung der Stange zu erlauben,
und der mit einer Schutzhülle 35 versehen ist. Schmiernuten auf der Innenwand des
Käfigs sichern die Schmierung.
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Das Zusammenwirken der Spurstangen mit dem Lenkgetriebe ist am besten
aus Fig.10 ersichtlich. Die Zahnstange 40 bildet den Teil eines Kreisbogens, der
senkrecht zu der Ebene des Fahrgestells liegt. Der Mittelpunkt 0' dieses Kreisbogens
fällt mit dem Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen der Achsen 41 und 42 zweier
Zahnsegmente 46 und 47 zusammen, die mit der Zahnstange 40 kämmen. Die Zahnstange
40 ist zwischen paarweise angeordneten Ritzeln 43 und 43' bzw. 44 und 44' geführt.
Hiervon ist das Ritzel 44 auf der Lenksäule 45 befestigt. Die Bewegungen der Zahnstange
40 werden auf die beiden Zahnsegmente 46 und 47 übertragen, an deren jedem eine
der beiden Halbspurstangen angreift.