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Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf
Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge und betrifft insbesondere Zahnstangen und Rit
zei umfassende Lenkvorrichtungen. Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist sowohl bei
mit der Hand zu betätigenden Lenkvorrichtungen als auc bei Servolenxvorrichtungen
gegeben.
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Gemäß der Erfindung soll eine Lenkvorrichtung geschaffen werden,
die so ausgebildet ist, daß sich die Schwierigkeiten verringern, die sich ergeben,
wenn eine Lenkvorrichtung konstruiert werden soll, die in Fahrzeuge einer bestimmten
Bauart ein gebaut werden soll. Außerdem ermöglicht es eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung,
eine Zahnstangen- und Ritzelanordnung auch dann zu verwenden, wenn die Lenkvorrichtung
durch relativ große Lenkkräfte betätigt werden muß, wie es z.B. bei Lastkraftwagen
oder dergl. der Fall ist.
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Eine Kraftfahrzeug-Lenkvorrichtung mit einer ersten Zahnstange, bei
der mindestens eines ihrer Enden mit zwei lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs
verbunden oder verbindbar ist, sowie mit einem mit den Zähnen der ersten Zahnstange
kämmenden ersten Ritzel, das z.B. mit Hilfe eines Lenkrades gedreht werden kann,
ist gemäß der Erfindung mit einer zweiten Zahnstange versehen, ferner mit einem
mit den Zähnen der zweiten
Zahnstange zusammenaroeitunden zweiten
Ritzel, einer das erste Ritzxel mit dem zweiter Kitzel verbindenden Kraftübertrangungsvorrichtung
sowie einem dritten Ritzel, das mit den Zännen der zweiten Zannstange kämmt und
mit dem Krafteinleitungsteil verbunden ist, so daß doe Zahnstantgen und die lenbbaren
Räder mit Hilfe des brafteinleitungst ils bzw. Benhr als betatigt werden können.
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Beim Gebrauch der Lenkvorrichtung überträgt somit das Krafteihleitungen
@@@, z.B. ih@mehurad oder dergl. bei einem Fahrzeug, das mit der erfndungsgemä en
Vorrichtung ausgeräßtet iost, eine Bewegung auf das dritte Ritzel, um die zweite
Zahnstange zu bewegen. Die Bewegung der zweiten Zahnstange wird über des zweite
und das erste Ritzel und die zwischen den Ritzeln vorgesedene Kraftübertragungsvorrichtung
auf die erste Zahnstungs und von diese aus auf die lenkbaren Räder das @@krzeugs
übertragen.
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Einer der Grundgedsrken der Erfindung besteht darin, dam die beiden
Zahnstangen, die ihnen zugeorehater altzel und dis Kraftübertragungsvorrichtung
in fahrzeugen unterschiedlicher Art in der Verschiedensten weise angeordnet worden
können.
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Infolgedessen wird es leichter, die Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug
einer be@timmten @@uart unterzubringen, da es möglich ist, die verschiedenen Teils
der Lenkvorrichtung jeweils unter vorteilhafter Ausnutzung des verfügbaren Raums
anzuoranen.
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Da sich keine durchgenende Lenkwelle zwischen den zu lenkenden Fahrzeugr@dern
und dem Fahrer erstreckt, kann die Lenkvorrichtung so eingerichtet werden, daß der
Fahrer bei Zusammenstößen besser gegen Verletzungen gesichert ist. Beispialsweise
kann man eine Lenksäule aus Streckmetall oder eine ähnliche Konstruktion oder abscherbare
Bolzen usw. hinter de Lenkrad vorsehen, so daß diese Teile die Stoßener@ie auf@@hmen,
wenn der Fahder gegen das Lenkrad geschleudert wird.
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Ferner kann man die Form und/oder die Abmessungen der Ritzel und
der Zahnstangen so waalen, daß diese Teile in der
gewänschten weise
in ein Fahrzeug eingebaut werden können.
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Beispielsweise kann die erste Zahnstange zweckmäßig direkt auf einer
achs des Fahrzeugs und parallel zu. ihr angeordnet werden, doch beschränkt sich
die Erfindung nicht auf diese Anordnung Weiterhin kann man die zweite Zahnstange
im wesentliehen parallel zu der ersten Zahnstange anordnen, jedoch ist die Erfindung
auch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Vielmehr kann man die Zqahnstangen relativ
zueinander auf beliebige geeignete Weise anordnen, die Ritzel können mit einer normalen
Verzahnung oder einer Schrauben- oder Schrägverzahnung oder einer anderen Verzahnung
versehen sein, und/oder die Kraftübertragungsvorrichtung Kann so eingerichtet sein,
daß sie sich der relativen Lage der beiden Zahnswtangen anpassen läßt, und daß sie
es ermöglicht, das Lenkrad in dem Fahrzeug unter Berücksichtigung der Körpernaltung
des Fahrers in der verschiedensten Weise anzuordnen.
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Die Kraftübertragungsvorrichtung kann eine Kupplungswelle umfassen,
mit deren Endet das erste und das zweite Ritzel drehfest verbunden sind. Diese Kupplungswelle
kann in zwei Teile unterteilt sein und ein Universalgelenk und/oder eine Gleitverbindung
oder aber ein kombiniertes Gleit- und Universalgelenk umfassen. Das Krafteinleitungsteil
ist gewöhnlich als Lenkrad ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Verwendung von zwei Zahnstangen und drei Ritzeln
ermöglicht es, Übersetzungsverhältnisse vorzusehen, die in weiten Grenzen variieren
können. Wird ein anderes Übersetzungsverhältnis gewünscht, kann man dieses Übersetzungsverhältnis
auf einfache Weise, dadurch festlegen, daß man bei den verschiedenen Ritzeln den
Durchmesser und die Zähnezahl entsprechend wählt.
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Die verschiedenen Ritzel können sich bezüglich ihres Durchmessers
unterscheiden, d.h. sie können- unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, um das gewünschte
Übersetzungsverhältnis zu liefern. Beispielsweise kann das dritte Ritzel eine kleinere
Zahl von Zähnen erhalten als das zweite Ritzel, so
daß sich für
die Lenkvorrichtung ein Untersetzungsverhältnis von z.B. 3:1 ergibt.
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Das mit dem Lenkrad verbundene dritte Hitzel wird so klein ausgebildet,
wie es im Hinblick auf die Festigkeit möglic ist, die erforderlich ist, um den durch
den Fahrer auf das Ritzel aufgebrachten Kräften standzuhalten.
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Das erste Ritzel ist im Idealfall so lein, wie es unter Berücksichtigung
der erforderlichen Festigkeit möglich ist.
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Die Abmessungen der Zähne der einen Zahnstange und ihre Teilung brauchen
nicht mit den Abmessungen und der Teilung der Zähne der anderen Zahnstange übereinzustimmen.
Ferner kann man die zweite Zahnstange mit zwei getrennt verzahnten Abschnitten versehen,
die mit dem zweiten bzw. dem dritten Ritzel zusammenarbeiten, und auch bei diesen
beiden Abschnitten können sich die Zähne bezüglich ihrer Abmessungen und ihrer Teilung
unterscheiden.
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Gegebenenfalls kann die ienkvorrichtung so ausgebildet sein, daß
sie nur auf ein lenkbares Fahrzeugrad direkt wirkt, wobei zum H alten der Spur eine
Spurstange bekannter Art vorgesehen ist.
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Weiterhin kann man die Lenkvorrichtung in ein Kraftfahrzeug einbauen,
das eine starre Vorderachse hat, auf deren Enden die lenkbaren Fahrzeugräder gelagert
sind; in diesem Fall wird die erste Zahnstange direkt auf der Vorderachse angeordnet.
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Ferner ist es möglich, einc Servo-oder Kraftbetätigungsvorrichtung
vorzusehen und z.B. die erste Zahnstange mit einer solchen Vorrichtung, beispielsweise
einer hydraulischen Zylinder- und Kolbenbaugruppe, auszuriisten.
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Eine solche Kraftbetätigungsvorrichtung kann konstruktiv mit der
Zahnstange vereinigt sein, sie kann auf der gleichen Achse angeordnet sein wie die
Zahnstange, oder sie kann zusammen mit der Zahnstange eine Tandemanordnung mit Verlängerungsstücken
bilden,
oder sie kann von der Zahnstange vollständig getrennt sein. In jedem Ball ist es
möglich, eine beliebige drehbare Welle der Vorichtung mit einem drehbaren Steuerventil
zu versehen.
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Die Lenkvorrichtung kann auch in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden,
beiden die Vorderräder unabhängig aufgehängt sind.
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Man kann die erste Zahnstange mit einer oder mehreren starren Achsen
verbinden, wobei das erste Ritzel in der Mittelebene des Fahrzeugs bzw. der achseangeordnet-
ist, während die Zahnstange in Beziehung zu der Achse bei dem jeweiligen Fahrzeug
ihre optimale Lage einnimmt.
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Die Zahnstangen können in gummigefederten Halterungen gelagert sein.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden
im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer in
ein Fahrzeug eingebauten Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 eigt teilweise in einer Seitenan-sicht und teilweise im Längsschnitt
eine Ausführungsform der zweiten Zahnstange der Lenkvorrichtung nach Fig. .
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Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 2 in einem größeren Maßstab
in einer Stirnansicht.
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Fig. 4 zeigt ebenfalls in einem größeren Maßstab das entgegengesetzte
Ende der Anordnung nach Fig. 2.
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Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform
der Erfindung,- bei der dLe beiden Zahnstangen durch einen kleinen Abstand getrennt
und parallel zueinander angeordnet sind, und bei der die Kraftübertragungsvorrichtung
eine
kurze Welle umfaßt, wobei die erste Zahnstange nur ein Ende hat, und zwar in der
Sinne, daf sie dazu bestimmt ist, nur mit einem Paar von lenkbaren Fahrzeugrädern
verbunden zu werden.
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Fig. 6 zeit in einem etwas größeren Maßstab weitere Einzelheiten
der Anordnung nach Fig. 5.
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In Fig. 1 und 2 erkennt man Teile eines Kraftfahrzeugs, und zwar
in diesem Fall eines Lastkraftwagens, der eine Vorderachse 1 in Form eines @@@rren
Trägers hat, auf dessen Enden zwei lenkbare Räder 2 und 3 schwenkbar gelagert sind.
Die Achse 1 ist mit dem nicht dargestellten Fahrgestell des Lastkraftwagens durch
sich in der Längsrichtung erstreckende Blattfedern 4 verbunden, von denen in Fig.
1 nur eine dargestellt ist.
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Eine erste Zahnstange 5, die in ein Gehäuse eingeschlossen ist, i
parallel zu der Vorderachse 1 angeordnet und direbt mit ihr verbunden. Die Enden
der Zahnstange 5 sind jeweils durch ein Gestängeglied und ein Kugelgelenk (nicht
dargestellt) sowie über ein Gelenk 6 und einen Lenkarm 7 mit den lenkbaren Rädern
verbunden. Das die Zahnstange 5 aufnehmende Gehäuse kann gleichzeitig den Zylinaar
einer hydraulischen Servobetätigungsvorrichtung mit einem Zylinder und einem Kolben
bilden, wobei der Kolben mit der Zahnstange 5 verbunden ist. Illit den Zählen der
Zahnstange 5 kämmt ein erstes Ritzel 8, das in einem Gehause an einem Ende einer
Kupplungswelle 9 drehbar gelagert ist.
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Im vorliegenden Pall ist die Kupplungswelle 9 in Abschnitte unterteilt,
und sie umfaßt ein Universalgelenk 10 und eine Gleitverbindung 11. Alternativ kann
die iiupplungswelle in eine größere Zahl von Abschnitten unterteilt sein, die durch
mehrere Universalgelenke miteinander verbunden sind.
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Mit dem anderen Ende der Kupplungswelle 9 iat ein zwei--tes Ritzel
12 drehtest verbunden.
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Das zweite Ritzel 12 arbeitet mit den Zähnen einer zweiten Zahnstange
13 zusammen, die im vorliegenden Fall paparallel zu der ersten Zahnstange 5 angeordnet
ist.
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Ferner kämmt mit den Zähnen der zweiten Zahnstange 13 ein drittes
Ritzel 14.
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Das dritte Ritzel 14 kann mit Hilfe eines Krafteinleitungsteils,
und zwar im vorliegenden Fall mit Hilfe eines Lenkrades 15, gedreht werden, das
mit dem Ritzel 14 durch eine Lenkwelle 16 verbunden ist.
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Die zweite, Zahnstange 13 braucht sich nicht parallel zu der ersten
Zahnstange 15, d.h. waagerecht, zu erstrecken, sondern sie könnte auch annähernd
senkrecht oder unter einem beliebigen Winkel zwischen der Senkrechten und der Waagerechten
angeordnet sein.
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Fig. 2 zeigt das erste Ritzel 8 in Eingriff mit den Zähnen 5a der
ersten Zahnstange 5, und hinter der ersten Zahnstanze erkennt man die zweite Zahnstange
13 mit ihren beiden Sätzen von Zähnen 13a und- 13b, wobei das dritte Ritzel 14 mit
den Zähnen 13b kämmt.
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Fig. 3 und 4 zeigen weitere Einzelheiten der Gehäuse, der Lager und
der Lagerzapfen des mit der Zahnstange 13 kammenden Ritzel 14 und des mit dem anderen
Abschnitt der Zahnstange 13 kämmenden Ritzels 12.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine der Anordnung nach Fig. 1 ähnelnde
Anordnung, bei der die beiden Zahnstangen in einem kleineren Abstand voneinander
und parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall ist die erste Zahnstange
5' in einem Gehause direkt auf einer nicht dargestellten Achse und parallel zu dieser
angeordnet. Nur ein Ende der Zahnstange 5' ist durch ein Kugelgelenk 18 und ein
Gestängeglied 17 mit einem von ei nicht dargestellten lenkbaren Rädern verbunden.
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Die lenkbaren Räder sind untereinander durch ein nicht darge stelltes
Gestängeglied verbunden. Das die Zahnstange 5' enthaltende
Gehäuse
kann gleichzeitig den Zylinder einer hydrauliechen Servobetätigungsvorrichtung bilden,
deren Kolben mit der Zahnstange 5' verbunden ist. lAit den Zähnen der Zahnstange
5' kämmt ein erstes Ritzel b', das in einem Gehäuse drehbar gelagert und mit einem
Ende einer Kupplungswelle 9' drehfest verbunden ist. Lit dem anderen Ende der Kupplungswelle
9' ist ein zweites Ritzel 12' drehfest verbunden. Dieses zweite Ritzel kämmt mit
den Zähnen einer zweiten Zahnstange 13', die in diese Fall parallel zu der ersten
Zahnstange 5' und in einem sehr kleinen Abstand von ihr angeordnet ist. Bei dieser
K:onstruktion ist die Kupplungswelle 9' daher äußerst kurz, sie ist einteilig ausgebildet,
und sie ist nicht mit irgendwelehen Universalgelenken oder Gleitverbindungen versehen.
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Ferner ist bei der Konstruktion nach Fig. 5 das dritte Ritzel 14',
das mit der zweiten Zahnstange 13' kämmt, mit einer Schrauben- oder Schrägverzahnung
versehen, so daß man die das Lenkrad 15' tragende Lenkwelle 16' unter dem gewünschten
Winkel zu den Zahnstangen 5' und 13' anordnen kann.
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Die Kupplungswelle könnte auch von komplizierterer Konstruktion sein
und z.B. mehrere Wellen umfassen, die durch mehrere Universulgelenke miteinander
verbunden sind und sich längs jeder gewünschten Kraftübertragungsbahn erstrecken
können. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Lenkvorrichtungen
bieten die nachstehend aufgeführten Vorteile.
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Erstens kann man die eigentliche Lenkzahnstange 4 direht auf einer
Fahrzeuguchse 1 anordnen und sie daher nahezu direkt mit den zu denkenden @ädern
2 und 3 verbinden, so daß es möglien ist, ein mangelhaftes Ansprechen der zu lenkenden
Räder weitgehend oder vollstindig zu vermeiden und das Flattern der Räder zu verhindern,
daß in Fällen auftritt, in deneii die Änordnung der Zahnstange die Verwendung eines
relativ komelizierten und langen Gestänges zwischen der Zahnstange und den zu lenkenden
Rädern bedingt.
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Zweitens wird das mit Hilfe einer einzigen Zahnstange bekannter Art
erzielbare Untersetzungsverhältnis bei Fahrzeugen eingeschränkt, bei denen man eine
Lenkvorrichtung der Bauart init einer Zahnstange und einem Ritzel verwenden kann
; d-iese Einschränkung ist gemäß der erfindung vermieden, da es die Verwendung eines
zweiten Ritzels 12 und einer zweiten Zahnstange 13 ermöglicht, das Übersetzungsverhältnis
zwischen dem zmei-t;en Ritzel 12 und dern dritten Ritzel 14 so zu wählen, daß sich
jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis erzielen läßt.
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Die Verwendung des zweiten Ritzels 12 und der zweiten Zahnstange
13 gibt ferner dem Konstrukteur eine größere Bewegungsfreiheit bezüglich der Anordnung
des Lenkrades 15 im Fahrerraum, denn die Lenkvorrichtung läßt sich bei Fahrzeugen
der verschiedensten Bauart leichter unterbringen als bekannte Lenkvorrichtungen.
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P a t e n t a n s p r ü c h e :