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LENKUNG FÜIR SPIELFAX ZEUGE MIT FERNSTEUERUNG,
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INSBESONDERE F UNKFER NSTEUERUNG.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkung für SpielfaJlrzeuge
mit Fernsteuerung, insbesondere Funkfern steuerung.
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Bei Fahrzeugen mit Funkfernsteuerung wird im einfachsten Fall ein
sogenanntes l-Kanal-System verwendet. Von der Übertragungsseite her steht lediglich
ein Impul: zur Verfügung, der am Gebergerät beispielsweise durch Drücken einer Taste
erzeugt wird. Durch diesen Impuls wird im Fahrzeug ein Motor mit Schrittschaltwerk
in Gang gesetzt, der das Schrittschaltwerk bis zur nächsten Stufe weiterdreht. Der
Motor wird dann über das Schrittschaltwerk wieder aiisgeschaltet. Da: Schrittschaltwerk
besitzt nun eine bestimmte Zahl von Schaltpositionen, denen entsprechende Zustände
der Lenkung und des Rahrzeugantriebs zugeordnet sind. Es lassen sici deshalb mit
den vorliegenden Fahrzeugen lediglich bestimmte, vorher festgelt gte Folgen von
Fahrzuständen erreichen, wobei nur die Dauer eines derartigen Fahrzustandes vom
Gebergerät lier beeinflußbar ist. So ist es mit derartigen Fahrzeugen kauni möglich,
eineii bestimmten Parcours zu durchfahren, wie es mit Croßfahrzeugen ohne weiteres
gegeben ist.
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Die nächste Entwicklungssl:ufe bei funkferngesteuerten Fahrzeugen
betraf deshalb die Trennung von Antrieb und Lenkung.
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Derartige Systeme wcrden als 2-Kanal- oder 2/4-Kanal-Steuerungen bezeichnet.
Inl einfachsten Fall ist es mit diesen Fahrzeugen möglich, folgende Fahrzustände
vorzugeben: Lenkung: rechts, geradeaus, links Antrieb: vorwärts, stopp, rückwärts.
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Die Trennung von Antrieb und Lenkung kommt auch bedienungsseitig zum
Ausdruck, inden hier getrennte Betätigungsglieder verwendet Werden, beispielsweise
ein Druckknopf für Lenkung links, ein Druckknopf für Lenkung rechts, ein weiterer
Druckknopf für Fahrt vorwärts ind ein vierter Druckknopf für Fahrt rückwärts. Wird
kein kopf betätigt, so bleibt das Fahrzeug stehen. Es können auch andere Betätigungsglieder,
beispielsweise ein Lenkrad für die Lenkung des Fahrzeugs und ein Hebel für den Antrieb
desselben oder zwei Hebel nach der Art des SteuerknüppeLs, verwendet werden.
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Es ist auch möglich, die b<'i den vorgeschriebenen Systemen gegebenen
Positionen l)roportional auszuführen.
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So ist häufig sowohl die Lenkung als stich der Antrieb nach zwei Richtungen
hin proportional beeinflußb.,r.
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Die proportional beeinflußbaren Fahrt zuge benötigen jedoch eine aufwendige
Elektronik. Für die Lenkung werden durchwegs sogenannte Rudermaschinen oder Servos
eingesetzt. Der Antrieb erfolgt manchmal durch Servos, die ein Stellglied für einen
Drahtwiderstand beeinflussen. In anderen Fgillen erfolgt die Beeinflussung des Antriebs
auf proportionale Weise über Fahrtregler elektronisch.
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Wenn man die Fahrer dieser Fahrzeugs beobachtet, so wird in vielen
Fällen der Vollaussctilag benützt.. Dí(s ist volle Fahrt voraus oder rückwärts sowie
die Kurveneinschläge rechts oder links. Die aufwendigen baulichen Maßnahmen für
einen proportionalen Betrieb werden demnach häufig gar nicht ausgenutzt.
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Es ist deshalb für nicht im Ilobbybereich, sondern im Spielzeugbereich
einzusetzende Fahrzeuge nicht notwendig, proportionale Systeme anzuwenden. Durch
diesen Sciritt wird eine wesentliche Erniedrigung des Verkaufspreises erreicht,
unter der Voraussetzung, daß es gelingt, auch in bezug auf die Lenkung eine entsprechend
preisgünstige herstellbare Lösung zu verwenden.
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Die bei derartigen S stemen schon bekannt gewordene Lenkungsanordnung
entspricht in der Mechanik durchwegs denjenigen von Rude rmaschinen Die Erfindung
hat sitzt die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen und eine Lenkung zu
schaffen, bei der zwischen dem die Lenkbewegung bewirkenden Motor und der Lenkung,
insbesondere der Spurstange, ein nicht direkt mit der Lenkung verbundenes Glied
eingebaut ist und die Lenkung in bezug auf die Schwenkachse derselben und dem Drehpunkt
der Laufräder als Nachlauflenkung ausgebildet ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als zusätzliches Bauteil
zwischen die sowieso notwendige Lenkung und den Antriebsmotor lediglich eine in
der Spurstange verschiebbare Zahnstange eingesetzt. Von einem Mehrpreis der Lenkung
kann deshalb überhaupt nicht die Rede sein.
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Die Wirkungsweise dr Anordnung is nun so, daß die Lenkung durch Anlaufen
des lJenkmotors in eiiie Endlage gebracht wird.
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Die Dimensionierung der Zahnstange erfolgt so, daß bei Erreichen des
Endausschlags der Motor frei durchlaufen kann, so daß ein sehr niedriger Stromverbrauch
erreicht wird
Setzt nun der Lenkmechanismus aus, so kommt der Elektromotor
zum Stillstand. Durch den Nachlauf der Räder erfolgt nun auf das Lenksystem die
Einwirkung einer Kraft, die dieses in Geradeaus stellung bringt. Der Motor wird
somit zurückgedreht, wobei die nicht fest mit dem Lenksystem verbundene Zahnstange
in eine Lage gebracht wird, daß die Zahnstange im Bereich der Geradeausfahrt leicht
beweglich wird. Das exakte Geradeaus fahren wird deshalb allein durch den Nachlauf
der Lenkung bewirkt.
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Bei der fest eingebauten Zahn stange würde das Zurücksteilen der Lenkung
ebenfalls erfolgen. Die Geradeausfahrt kann jedoch nicht exakt erreicht werden,
da stets eine formschlüssige Verbindung zwischen Motor und Lenksystem hergestellt
ist. Die Lenkkräfte sind in bezug auf den Gerasleauslauf nicht xo groß, daß die
Reibungskräfte des Systeme, insbesondere des Motors, überwunden werden können. Im
besonderen Maße gilt dies für Permanentmagnetmotoren, da hier stets durch den Magnetismus
ein erheblicher Kraftaufwand notwendig ist, den Motor zu drehen. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird dagegen der Motor beim Zurückfahren etwas über den Wert
der Geradeausfahrt zurückge dreht, so daß die Zahn stange für die Geradeausfahrt
nach rechts und links Spiel hat.
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In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das
Lenksystem mit einer Nullstellung zusätzlich oder ausschließlich durch Federkraft
ausgerüstet werden. Die Nullstellung wird so nicht nur durch die Lenkkräfte durch
die nachlaufenden Räder erreicht, sondern zusätzlich- durch ein Federsystem. Im
einfachsten Fall ist dieses E'edersywtem eine Bügelfeder, die direkt auf die Spurstange
eingreift. Dieses Federsystem wird nach beiden Seiten in Richtung des linken und
rechten Kurvenausschlags vorgespannt. Nach Erreichen des Endausschlags läuft der
Motor wieder durch, da das eingreifende Ritzel aus dem Bereich der Zahn stange oder
des Zahnsegments herausläuft. Nach Abschalten des Motors erfolgt die Rückstellung
der Lenkung sowohl durch-die.-Kraft der nachlaufenden Räder s auch durch die Federkraft.
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Bei Einsetzen einer Feder kann der Nachlauf kleiner sein oder auf
Null herabgesetzt werden. Die Nulistellung wird in zunehmendem Maße oder ausschließlich
durch Federkraft bewirkt.
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Als Nachteil beim Einsetzen einer zusätzlichen Feder ist zu sagen,
daß die Justierung derselben auf einen genau erforderlichen Wert notwendig ist.
In der Endstellurig muß der Motor stets gegen die Federkraft anlaufen.
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Demgegenüber ist die rückstellende Kraft durch das Nachlaufen der
Räder klar definiert.
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Es ist auch möglich, das Motorritzel oder den Abtrieb eines Getriebes,
welches mit dem Antriebsmotor verbunden ist, nicht direkt auf die Spurstange, sonden
auf ein Drei> system einwirken zu lassen.
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In diesem Fall ist ein Teil des Dreh systems mit dem Lenksystem verbunden.
Das Motorritzel ist jedoch nicht mit diesem Teil in Eingriff, sondern mit einem
zweiten koaxial auf dem gleichen Lager befindlichen. Dieses besitzt ähnlich der
in der Spurstange verschieblichen Zahnstange ein Zahnsegment. Dieses Teil ist auf
dem anderen über einen bestimmten Winkelbereich hinweg frei drehbar, bevor es formschlüssig
auf das andere Teil einwirkt, welches mit der Lenkung verbunden ist.
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In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kommt es darauf an,
daß das Antriebssystem, also das auf der Motorwelle befindliche Ritzel oder das
Ritzel eines Getriebes, welches mit einem Elektromotor verbunden ist, auf ein Zwischenglied
einwirkt, welches beweglich mit dem Lenksystem verbunden ist. Hierdurch ergeben
sich die Vorteile bei der Bewegung aus der Geradeaus stellung der Räder in die Kurven
stellung, da de r Motor ohne Belastung anlaufen kann und erst nach erfolgtem Anlauf
die Lenkung zu verschieben braucht.
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Die Übersetzung kann so klein gehalten werden, da das vom Motor notwendige
Drehmoment durch den wegfallenden Anlaufwiderstand nicht groß ist.
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Bei der Kurvenfahrt läuft der Motor durch und hat so eine sehr niedrige
Stromaufnahme. Da die entsprechende Kraft der Lenkung sehr klein ist, führt dies
nur zu einer sehr geringen Belastung des Motors.
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Nach Beendigung der Kurvenfahrt wird der Antriebsmotor nicht mehr
mit Strom versorgt. Nun kommen die Kräfte für die Rückstellung des Lenksystems zur
Einwirkung. Im einfachsten FalL handelt es sich hierbei nur um die vom Nachlauf
der Lenkung erzeugte rückstellende Kraft. Es kann jedoch auch zusätzlich noch eine
Rückstellfeder eingebaut werden. Die rückstellende Kraft bewegt die Räder nun in
Richtung auf die Geradeausstellung. Der Motor wird also zurEckbewegt und so wird
erreicht, daß das Lenksystem kurzzeitig über die Nullstellung hinauspendelt. So
wirl die Zahn stange oder das Zahnsegment etwas weiter zurückgedreht als dies der
momentanen Nullstellung entspricht. Auf diese Weise hat das Lenksystem in bezug
auf den Motor in der Geradeaussteliung nach beiden Seiten einen gewissen Spielraum
bis wieder die formschlüssige Verbindung zur Zahn stange oder Zahnsegment hergestellt
wird. Dieser Spielraum ist notwendig um ein einwandfreies Geradeausfahren des Fahrzeugs
zu erreichen.
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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkung geschaffen,
die Kurvenfahrt links, Kurvenfahrt rechts und einwandfreies Gerade-.
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ausfahren ermöglicht.
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Die Anzahl der benötigten i3auteile ist äußerst gering. Der einfache
Aufbau ermöglicht einen reibungsarmen und demnach energiesparenden Betrieb, was
der Betriebsdauer bei Einsatz von Batterien sehr dienlich ist. Der einfache Aufbau
ist jedoch auch eine wichtige Voraussetzung für einen störungsarmen oder störungsfreien
Betrieb und für eine preisgünstige Herstellung. Die iPreiswürdigkeit wird ebenfalls
durch die in diesem Fall einfache Elektronik ermöglicht, Die Abbildungen zeigen
einige Ausführungsbeispiele: Abb. 1 zeigt das Chassis mit Antrieb steil, Elektronik
und Lenkung.
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Abb. 2, 3 und 4 zeigen die Lenkung als Trapezlenkung mit direkter
Einwirkung des Motors auf die Spurstange.
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Abb. 5 zeigt die Lenkung als Trapezlen1>:ung mit Einwirkung des
Motors auf ein Drehsystem.
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Abb. 6 zeigt die Lenkung, bei der die Achsschenkel über ein Drehsystem
zusammenhängen und der Motor auf ein anderes Teil des Dreh systems einwirkt.
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Auf einer Grundplatte 1, die auch als Chassis des Fahrzeugs bezeichnet
werden kann, befindet sich ein Batteriekasten 2, das Antriebsaggregat 3, welches
das Motorgetriebe und erforderlichenfalls das Differential besitzt und die Ifinterräder
4 antreibt, die Elektronik 5 nebst Antenne 6.
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Die Vorderradlenkung mit Motor best(!llt aus den Achsschenkeln 7,
die in den Lagern 8 drehbar gelagert sind. Auf dem Radlagerzapfen 9 befinden sicli
die Vorderräder 10. Die Achsschenkel 7 sind durch die Spurstange 11 miteinander
verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 2 besitzt die Spurstange 11 eine
Aussparung, in der die Zahnstange 12 Platz findet. Die Zahnstange 12 kann zusätzlich
durch Schrauben 13 nebst einem Abdeckteil 14 gesichert sein. Auf die Zahnstange
12 wirkt das Ritzel 30 des Elektromotors 31 In Abb. 3 wird die Zahnstange 15 als
U-förmiges Teil über die Spurstange 11 gestülpt. Die Haken 16 von der 7,ahnstange
15 besorgen die Verbindung.
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In Abb. 4 wird zusätzlich eine Rückstellung verwendet. Die Spurstange
11 besitzt einet Zapfenansatz 20, in den die beiden Schenkel 22, eine Bügelfeder
21 eingreifen.
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Die Bügelfeder 21 wird durch das Halteteil 23 und die Schraube 24
gehalten.
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Im Ausführungsbeispiel Abb. 4 wird zusätzlich zur Bügelfeder 21 eine
ruckstellende Kraft durch Nachlauf der Radlagerzapfen 9-erreicht. Es ist auch möglich,
die Verteilung der Kräfte für die Rückstellung zu ändern, indem der Nachlau' verkleinert
wird.
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Beim Nachlauf Null wird die Rückstellung Elwlsschließlich durch die
Bügelfeder erreicht.
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Im vorliegenden Fall dient das Spiel zwisch n Spurstange 11 und Zahnstange
12 wiederum wie in den vorlieg nden Ausführungsbeispielen dazu, daß das Anlaufen
des Elektro notors in die Nullage erleichtert. wird, da kein Anlaufwiderstand rorliegt.
Es wird auch hier durch eine entsprechende Abstimmung der Kräfte erreicht, daß durch
die Rückstellung des Motors die Lenkung geringfügig über die Nullage hinaus pendelt,
so daß deJ Motor mit dem Ritzel dermaßen zum Stehen kommt, daß die Lenkung nach
beiden Seiten geringfügig beweglich ist, bevor eine Berüh rung mit der Zahnstange
12 erreicht wird. Auf diese Weise u ird eine einwandfreie Nullstellung ermöglicht,
da es keine Rolle Spiel, wie der Läufer des Permanentmagnetmotors im Magnetfeld
sitzt, da auf beiden Seiten Spiel vorhanden ist.
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In Abb. 5 wird eine Trapezienkung verwendet, die jedoch unter Einschalturig
eines Drehsystems bewegt wird. Die Spurstange 11 wird hierbei mit einem Zapfen 40-formschlüssig
in Verbindung gebracht. Der Zapfen 40 sitzt auf einer unteren Scheibe 41, die im
Ausführungsbeispiel nur durch die Kulissen hindurch sichtbar ist.
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Der Drehpunkt 42 stellt zugleich das Lager für die obere Scheibe 43
dar. Die obere Scheibe 43 liegt auf der unteren Scheibe 41 und deckt diese fast
vollständig ab. Die obere Scheibe 43 besitzt zwei kulissenartige Aussparungen, durch
die Zapfen 45 hindurchtreten. Die Zapfen 45 befinden sich auf der unteren Scheibe
41.
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Die obere Scheibe 43 kann sich so durch die Kulissen einen bestimmten
Drehwinkel gegenüber der unteren Scheibe 41 bewegen.
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Die obere Scheibe 43 hat so gegenüber der unteren Scheibe 41, die
formschlüssig über den Zapfen 40 mil. der Spurstange 11 verbunden ist, ein bestimmtes
Spiel. Die obere Scheibe43 besitzt ein Zahnsegment 46, welches im Eingriff ist mit
dem Ritzel 30 des Elektromotors 31.
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lin Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 6 wird wiederum eine untere Scheibe
41 und eine obere Scheibe 43 verwendet, die beide im Drehpunkt 42 gelagert sind.
Die obere Scheibe 43 ist in einem bestimm ten Winkel gegenüber der unteren Scheibe
41 beweglich, da sie in bezug auf die Zapfen 45 in der unteren Scheibe 41 zwei kulissenartige
Aussparungen hat.
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Die Achsschenkel sind jedoch in Abweichung von Abb. 5 vom Drehpunkt
in Querrichtung des Fahrzeugs nach innen verlängert und greifen in je eine Aussparung
der unteren Scheibe 41 ein.
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Diese Aussparung wird durch die obere Scheibe 43 abgedeckt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 5 und 6 erfolgt die Rück stellung
der Lenkung in die Nullage nach Abschalten des Motors durch den Nachlauf der Räder.
Eine Rückstellfeder kann zusätzlich eingebaut sein.
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In allen Ausführungsbeispielen wird die Kurvensteuerung durch einfaches
Einschalten des Motors erreicht. Nach Ausschalten des Motors erfolgt die Rückstellung
vorzugsweise durch den Nachlauf der Vorderräder. Es ist nun auch möglich, den Befehl
für den Motor vom Gebergerät aus zu tasten. Es kommt dann darauf an, daß das Zeitverhältnis
des Einschaltens und Ausschaltens so abgestimmt ist, daß die Lenkung in einer vom
Endausschlag abweichenden Position verharrt, Es ist so möglich, nicht nur zwei Endaus
schläge, sondern auch Zwischenstufen für die Lenkung zu erreichen, so daß von einer
proportionalen Lenkung gesprochen werden kann.
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Änderungen im Fahrzeugbereich sind hierbei weder im Empfangssystem
noch in der Lenkung notwendig. Lediglich senderseitig muß anstelle des einfachen
Ein- und Ausbefehls eine Tastung erfolgen.