DE3535308A1 - Lenkvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBEIR -D-43OO ,HSSEN 1 · AM- fiüHRSTElN 1 ■ TEL.: (02 01) 4126

STEERING CONTROL SYSTEMS, INC. 7232 Eton Avenue, Canoga Park, Kalifornien / USA

Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für schwere Lastkraftwagen, bei denen ein rascher Reifenverschleiß die Folge ist, wenn zwischen den Bauteilen der Steuerungsvorrichtung eine ungeeignete geometrische und mechanische Zuordnung besteht. Das erfindungsgemäße System schlägt eine Kombination von Komponenten vor, die derart geometrisch angeordnet sind, daß die Laufeigenschaften bei Kurvenfahrt wesentlich verbessert werden und dadurch der Reifenverschleiß der lenkbaren Räder des Fahrzeugs verringert wird.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die grundsätzlichen Entwicklungen auf dem hier in Frage stehenden Fachgebiet während der ersten Jahre des 20. Jahrhunderts erfolgt sind, wobei die letzten in einer durchgeführten Recherche ermittelten relevanten Patente aus dem Jahre 1934 datieren. Dies zeigt, daß der Stand der Technik

auf diesem Fachgebiet seit damals nur geringfügig verbessert wurde, wobei nichts von wesentlicher Bedeutsamkeit in einem Zeitraum von über 50 Jahren entwickelt wurde.

Auf dem Gebiet der Fahrzeuglenkung ist es ein seit langem anerkanntes Prinzip, daß bei der Auslegung von Lenkgestängemechanismen das sogenannte "Ackermann-Prinzip" der Achsschenkellenkung angewandt werden sollte· Ganz allgemein wird nach diesem Prinzip gefordert, daß die Verlängerungen der Drehachsen der beiden lenkbaren Räder sich auf einem Punkt·einer Verlängerung der gemeinsamen Achse der Hinterräder schneiden, wobei die Theorie besagt, daß dies zu einer reinen Abrollbewegung der Räder führt. "Wie jedoch R.B. Kozmier in seinem I962 der SAE (Society of Automotive Engineers) vorgelegten Aufsatz "Using of Computers in Steering Geometry Analysis" beschrieben hat, beinhaltet das "Ackermann-Prinzip" weiter, daß "ein gegebener Lenkmechanismus eine perfekte Lenkung nur für einen Lenkwinkel der Räder ergibt". Bei anderen Lenkwinkeln wird dargelegt, daß durch die relativen Längen und Neigungen der Spurhebel Fehler auftreten, wobei das Erfordernis für die beste Betriebsweise darin besteht, "die geeignete Kombination von Spurstangen- und Spurhebel-Längen zu wählen, welche die auftretenden Fehler über den gesamten Lenkbereich minimi eren.

Anders gesagt, es wird unmittelbar ersichtlich, daß die Anwendung des Ackermann-Prinzips bei der Auslegung eines Fahrzeug-Lenkmechanismus zu einem System führt,

bei welchem die angestrebte "reine Abrollbewegung¹¹ während sämtlicher Lenkwinkel mit Ausnahme eines einzigen nicht erreicht wird; und daß Radabbremsung, Reifenabnutzung und Lenkungs-Steuerungsfähigkeit in zunehmendem Maße auftritt, je mehr der Lenkwinkel sich von dem einzigen reinen Rollwinkel entfernt. Außerdem wird ersichtlich, daß nur ein begrenzter Rad-Lenkbereich existiert, in welchem wesentliche Verbesserungen erzielt werden können.

Im Hinblick auf die vorstehenden Darlegungen ist es ein wichtiges Ziel der Erfindung, den Reifenverschleiß bei Kurvenfahrt zu verringern und die Lenkeigenschaften des Fahrzeugs im allgemeinen zu verbessern.

In den oben kurz erwähnten bekannten Patenten wird im allgemeinen das Ackermann-Prinzip diskutiert und angewandt, wobei jedoch Mechanismen und einzelne Komponenten beschrieben werden, die sich in unterschiedlichem Maße voneinander unterscheiden. Tatsächlich ist das auf ein Fahrrad gerichtete US-Patent Nr. 205 330 für H. Ackermann selbst erteilt, obwohl es das letztlich seinen Namen tragende Prinzip nicht erläutert.

Die erste Erwähnung des Ackermann-Prinzips tritt im US-Patent Nr. 663 986 von I9OO auf, wobei dieses Prinzip hier in einigen Einzelheiten erläutert, dabei aber nicht so bezeichnet ist. Andere ermittelte Patente umfassen die US-Patente 687 588, 686 684, 695 222, 714 501, 690 802, 723 975, 743 013, 1 058 758, 1 in 693, 1 223 469, Re. 14 385, 1 315 126, 1 551 711, 1 766 506,

1 768 3^7, 1 787 3^5, 1 942 263 und 1 775 624, von denen verschiedene das Ackermann-Prinzip in einiger Ausführlichkeit beschreiben. Die anderen sind auf verschiedene Mechanismen und Komponenten unterschiedlicher Arten zur Verbesserung der Lenk- und Fahrzeug-Handhabung sei genschaft gerichtet.

Für die Zwecke der Erläuterung der Erfindung werden den jeweilig verwendeten Begriffen die folgenden Bedeutungen zugeschrieben.

Vorlauf bezieht sich auf die Neigung des Achsschenkelbolzens· Obwohl für die Erfindung nicht wesentlich, ist zum Zweck der Erläuterung festzuhalten, daß bei einer Vorwärtsneigung des Achsschenkelbolzens der Vorlauf positiv und bei einer Rückwärtsneigung der Vorlauf negativ ist, wobei eine senkrechte Anordnung als Null-Vorlauf bezeichnet wird.

Sturz ist die nach innen oder nach außen gerichtete Neigung der Räder relativ zur Senkrechten.

Vorspur und Nachspur, die Merlan ale von einiger Wichtigkeit für die Erfindung sind, beziehen sich auf das Maß, in welchem ein individuelles lenkbares Rad aus der gerade nach vorwärts gerichteten Position nach innen oder außen geneigt ist.

Die Erfindung betrifft also ein Lenk- oder Steuersystem für Straßenfahrzeuge. Seine wesentlichste und am ehesten einsetzbare Anwendung erfolgt bei Lastkraftwagen mit

AO

relativ langem Radstand. Gerade bei Fahrzeugen dieser Art wurden von den Bedienungspersonen die größten Schlierigkeiten festgestellt. Infolge ihres langen Radstandes, ihres Gewichts und der hohen auf die Räder einwirkenden Leistung beim Betrieb ihrer Hochleistungs-Antriebsmaschinen unterliegen solche Fahrzeuge in besonders hohem Maß dem Verschleiß oder einem Schlupf der äußeren Räder während des Lenkvorgangs. Daher erfahren sie einen hohen Reifenverschleiß, insbesondere bei Lenkmanövem mit relativ engem Xurvenradius· Der resultierende Verlust von Gummi und das hohe Bedürfnis, diesen Verlust wesentlich zu verringern, ist ein erster Grund für die Erfindung» In einigen Fällen, insbesondere bei Lastkraftwagen, die bei hoher Belastung ständig in engen Kurvenradien bewegt werden, hat die Anwendung der Erfindung zu einem Reifenverschleiß geführt, der nur ein Drittel dessen beträgt, was früher als normaler Verschleiß anzusehen war.

Diese Verbesserung wird durch Abgehen von den Lehren des Ackermann-Prinzips erreicht. Es werden Spurhebel verwendet, die im Vergleich zu den konventionellen Spurhebeln relativ kurz sind, und welche von ihren zugeordneten Achsschenkelbolzen-Positionen aus nach rückwärts und außen vorstehen. Die äußeren Enden der Spurhebel, an denen die Spurstange angeschlossen ist, sind also im wesentlichen innerhalb oder sahr nahe der Innenseite der Radschüssel angeordnet. Diese Position führt zu einer Spurstangen-Länge, welche in bezug auf die Achse länger ist, als bei den in üblicher "Weise ausgeführten

Fahrzeugen. Dieses Merkmal seinerseits bestimmt den Betrag der Vorspur oder Nachspur, welche bezüglich des Fahrzeugs anzuwenden ist, und steuert den Lenkwinkel, über den eine im wesentlichen reine Abrollbewegung während des Betriebes auftritt.

Während die Spurhebel sozusagen den Kern der Erfindung darstellen und sie das zentrale Steuermerkmal bilden, bestimmt das Gesamtsystem einschließlich der im wesentlichen erhöhten Länge der Spurstange und die geometrische

die Gesamtfiguration des Systems, welche Mittel zur Einstellung einer speziellen Nachspur-Bedingung bestimmen, wobei ein enger Kurvenradius bei akuratem Abrollen der Reifen erleichtert wird, den Umfang der Erfindung.

Der Erfindung liegt somit grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenkgeometrie für ein Straßenfahrzeug zu schaffen, welche den Reifenverschleiß und die Abbremsung während der Lenkmanöver zu verringern vermag.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Lenksystem, bei dem die Spurhebel so ausgebildet sind, daß sie im wesentlichen nach außen vom Achsschenkel aus in Richtung zu den Rädern unter einem Winkel verlaufen. Zusätzliche Merkmale der Erfindung bestehen in der Verwendung eines Paars identischer Spurhebel, die für die Verwendung auf beiden Seiten des Fahrzeugs beliebig austauschbar und so konfiguriert sind, daß sie im Bereich der Radscüiissein zu deren Innenseite vortreten.

Des weiteren befaßt sich die Erfindung mit der Auslegung eines Lenksystems bezüglich der Vorderachse, der Spurhebel und der Spurstange in Kombination derart, daß eine Konfiguration entsteht, welche die Räder während der Kurvenfahrt im wesentlichen ohne seitlichen Schlupf abrollen läßt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß konische Spurhebel von kürzerer als normaler Länge vorgesehen werden, welche für einen breiten Bereich von Rädern und Reifen einsetzbar sind, wobei diese Spurhebel von einer ersten Achse oder der Achse eines Schaftabschnitts aus nach außen geneigt und entlang einer zweiten Achse oder der Achse des konischen Bereichs

verlaufen und so eingestellt sind, daß ein Nachspurals _o

Winkel von mehr/O entsteht, woraus bei vollem Lenkeinschlag eine optimale Korrektur des Nachlaufs resultiert.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung des Rahmens und der Räder eines Lastkraftwagens in der Draufsicht, unter Veranschaulichung des bekannten Ackermann-Prinzips ;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine am Vorderende

eines Lastkraftwagens vorgesehenen Lenlcmechanismus bei vollem Lenkeinschlag, wobei die Räder in einem Zustand mit unkorrekter Nachspur dargestellt sind;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen am vorderen

Ende eines Lastkraftwagens vorgesehenen Lenkmechanismus, bei dem die korrekte Geometrie bei vollem Lenkeinschlag für einen Radstand vorgegebener Länge veranschaulicht ist;

Fig. h eine Draufsicht auf einen typischen Spurhebel gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Ansicht des gleichen Mechanismus in Abwärtsrichtung gesehen, wobei das Rad in einer nach rechts gerichteten Lenkstellung steht;

Fig. 6 eine Schnittansicht des in Fig. 5 gezeigten Rades, wobei Teile zur besseren ■Veranschaulichung des in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Bereichs eines rechten Vorderrads im Einzelnen weggeschnitten sind; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in den

Figuren 5 und 6 gezeigten Mechanismus, wobei das Rad jedoch nach links verschwenkt ist.

Im folgenden wird im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen. Figur 1 veranschaulicht ein typisches System gemäß dem Stande der Technik, bei dem das seit langem anerkannte Ackermann-Prinzip dargestellt ist. Ein Paar von nicht lenkbaren Rädern 10a und 10b sind drehbar auf einer

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"*■

Hinterachse 12 montiert und ein Paar von lenkbaren Rädern 14a und 14b sind drehbar auf einer Vorderachse 16 gelagert, wobei die beiden Radpaare in üblicher Weise beidseits der Mittellinie des Fahrzeugchassis angeordnet sind. Die Mittellinien der Hinter- und der Vorderachse sind durch die Achslinien 18 bzw. 20 veranschaulicht. Die Linien 22 und 24 stellen die Achsen der lenkbaren Räder 14a. bzw. 14b dar. In Übereinstimmung mit Ackermann ist hier ersichtlich, daß ein reiner Drehwinkel jedes Vorderrades dann erreicht wird, wenn das innere Rad i4a mit größerem Einschlagwinkel (-< <V) nach innen geschwenkt wird als das äußere Rad 14b (-< (3 ), wodurch das innere Rad während der Kurvenfahrt einen geringeren ¥eg als das äußere Rad zurücklegt, und wenn die Achsen 22 und 24 sich auf der Mittellinie 20 der Hinterachse schneiden.

Wie oben erwähnt, kann bei einer derartigen Konfiguration ein reiner Drehwinkel nur bei einem genauen Einschlagwinkel erreicht werden, während sich die Abrollbedingungen zu beiden Seiten dieses Winkels schnell verschlechtern.

Bei den nach Ackermann ausgelegten Lenksystemen war es die Praxis, Spurhebel zu verwenden, welche so hergestellt sind, daß sie von ihrem zugeordneten Achsschenkelbolzen aus unter einem Winkel nach innen und in Richtung zur Mittellinie des Chassis des Lastkraftwagens vortreten. Eine solche Konfiguration ist in Fig. 2 gezeigt. Das Lastkraftwagen-Chassis 26 trägt dabei eine Vorderachse 16, an deren jeweiligem Ende die Räder 14a und 14b gehaltert sind. An einem Paar von (nicht gezeigten) konventionellen Achsschenkelbolzen, um welche die Räder verschwenkt werden

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können, ist jeweils ein linker bzw, rechter Spurhebel 28a bzw. 28b angeschlossen, welche zueinander spiegelsymmetrisch hergestellt sind. Sie erstrecken sich üblicherweise gekrümmt nach innen in Richtung zur Mittellinie des Fahrzeugs. Diese Spurhebel sind durch eine längeneinstellbare Spurstange 30 miteinander verbunden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Konfiguration für eine extreme Nachspur repräsentativ ist, und daß deshalb ein wesentlicher Unterschied der Winkel ⁴^ und ß besteht, wobei der Winkel 8£ einen Radeinschlagwinkel darstellt, der wesentlich geringer als der Winkel ß> ist. Hieraus resultiert, daß während einer Kurvenfahrt der Reifen des Rads 1*fbdie Kurve nur seitlich gleitend bzw. mit Sehlupf zurücklegen kann, wodurch das G-ummimaterial

des Reifens schnell verschleißt bzw. abgenutzt wird. Es ist zwar möglich, die Spurstange 30 auf eine größere Länge einzustellen und so die Nachspur zu verringern, wobei jedoch die Geometrie zu den gleichen unerwünschten Lenkfehlern, wenn auch in etwas geringerem Maße führt.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen ist die Erfindung grundsätzlich in Figur 3 gezeigt, Das selbe Chassis 26, die Vorderachse 16 und die Räder 14a und i4b sind dort vorgesehen. In diesem Fall ist jedoch ein Paar von Spurhebeln 32a und 32b vorgesehen, welche gemäß der Erfindung ausgestaltet und in Fig. k im einzelnen dargestellt sind. Die Spurhebel 32a und 32h sind keine spiegelsymmetrischen linken und rechten Hebel. Vielmehr sind sie in gleicher Weise ausgebildete und hergestellte Einheiten, die in vollem Maße gegeneinander

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austauschbar sind, unabhängig davon, ob sie auf der rechten oder der linken Seite des Lenkmechanismus verwendet werden sollen. Zusätzlich erstrecken sie sich - bezogen auf die Chassis-Mittellinie-nach außen anstatt nach, innen. Ihre äußeren Enden, die an den Enden der Spurstange "$h angeschlossen werden, enden an oder in der Nähe der Innenseiten der Radschüsseln. In bestimmten Fällen erstrecken sie sich tatsächlich auch noch in geringem Maße ins Innere der Radschüsseln.

Es ist unmittelbar einleuchtend, daß eine der Folgen einer solchen Spurhebel-Konfiguration darin besteht, daß solche Spurhebel optimal physisch geschützt sind, da sie teilweise vom Rad gegen äußere Einwirkungen abgeschirmt sind, welche oft auf die mechanischen Bauteile von Lastkraftwagen, beispielsweise die Spurhebel 28a und 28b in Figur 2 einwirken.

Außerdem ist ersichtlich, daß die Spurstange Jk- gemäß Fig. 3 länger als die Spurstange 30 gemäß Fig. 2 sein muß, daß die Enden der Spurhebel 32a und 32b weiter voneinander entfernt sind, als ihre Gegenstücke in Fig.

Die geometrische Konfiguration des Lenkmechanismus der beiden Systeme sind demzufolge deutlich voneinander verschieden. Es ist dieser Unterschied, welcher die grundsätzliche Einzigartigkeit der Erfindung bestimmt und dazu führt, daß sie von Details von nach dem Prinzip von Ackermann ausgelegten Systemen abweicht. Im vorliegenden Fall kreuzen sich die Radachsen während einer reinen

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Drehung niclit auf der Mittellinie der Hinterachse. Vielmehr wurde gefunden, daß sie sich, etwa 25 % näher an der Vorderachse als den Lehren von Ackermann entsprechend schneiden. Bei einem Radstand von 3_t66 m, einer Achslänge von 1,60 m, einer Spurhebel-Länge von 14,6 cm und einer Spurstangen-Länge von 1,57 m schneiden sich die Rad-Mittellinien bei 27 vor der Hinterachse, wenn die Räder in korrektem Lenkeinschlag stehen.

Ein besseres Verständnis der Art der erfindunsgemäßen Spurhetel ergibt sich aus der Betrachtung von Fig. 4. Der gesamte Spurhebel 32 umfaßt hierbei einen geraden Schaftabschnitt 36 konstanten Querschnitts mit einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt 37» in dem durch den Gewindeabschnitt eine Bohrung 38 für einen Splin-t für Sicherungszwecke vorgesehen ist. Außerdem ist eine Längsnut 39 in. den Schaf tab schnitt eingearbeitet. Der Schaftabschnitt 36 ist außerdem mit einer radialen Schulter versehen, die als Anschlag dient, um ein zu weites Einschieben des gesamten Schaftabschnitts 36 zu verhindern, und weiter schließt sich ein sich relativ schwach konisch erweiternder Abschnitt 42 hieran an. An den Abschnitt 42 schließt sich ein kurzer Abschnitt 44 stärkerer Konizität an, der in einen zweiten radialen Flansch 45 ausläuft.

An den Schaftabschnitt 36 schließt sich dann ein Hebelarm 46 an, dessen Mittellinie 47 einen vorbestimmten Winkel mit der Mittellinie 48 des Schaftabschnitts 36 einschließt.

ο ο
Ein Winkel zwischen 20 und 30 , und zwar vorzugsweise ein Winkel von etwa 25 wurde als besonders zweckmäßig

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zur Erfüllung der erfindungsgemäß gestellten Anforderungen gefunden.

Der Hebelarm 46 ist im Vergleich, zu Spurhebeln bekannter Art relativ kurz. Er verjüngt sich außerdem konisch in Richtung auf ein Lagerauge 50, welches so bearbeitet ist, daß es ein Paar von ebenen parallelen Flächen 52a und 52b aufgegenüberliegenden Seiten aufweist, und außerdem mit einer Bolzen-Aufnahmebohrung ^k- versehen ist, welche mittig durch das Lagerauge gebohrt ist. Die Bohrung 5^· kann - wie oben erwähnt - in manchen Fällen konisch ausgebildet sein, um entsprechend komplementär passende mechanische Bauelemente aufzunehmen.

Der beschriebene Spurhebel 32 ist - wie oben erwähnt ausgenommen in den Fällen, in denen die Aufnähmebohrung $h konisch ausgebildet ist, beliebig austauschbar, d.h. er ist entweder als linker oder als rechter Spurhebel des Lenkmechanismus verwendbar. Auch in solchen Fällen ist der Spurhebel austauschbar, indem die Spurstange oberhalb statt unterhalb angeordnet wird. Der Spurhebel ist zur Erreichung maximaler Beanspruchungbarkeit aus Stahl hoher Festigkeit im Gesenk geschmiedet oder gepreßt. Der kurze Hebelarm k6 bildet eine Einheit maximaler Stärke zur Aufnahme maximaler Beanspruchungen von der Spurstange und zur Übertragung dieser Beanspruchungen auf den Achsschenkelbolzen ohne strukturelle Verbiegung oder Verformung und ohne die Gefahr eines Bruchs des Hebelarms. Die Reversibilität dieses Spurhebels hat bestimmte Vorteile, nämlich, da nur eine einzige Gesenk-Konfiguration erforderlich ist, muß nur ein Werkzeugsatz hergestellt werden; d.h. im allgemeinen ist keine spiegel-

verkehrte oder linke Version erforderlich (, ausgenommen dann, wenn - wie oben erwähnt - eine konische Bohrung 5k verwendet wird,) wodurch die Produktionsmenge erhöht und die Kosten vermindert sind. Hieraus resultiert dann auch, daß nur ein Teil auf Lager gehalten werden muß, und daß der Einbau durch ein Mechaniker einfacher und deutlich narrensicherer ist.

Der vorliegende Spurhebel ist erheblich kürzer als die bekannten Spurhebel, wodurch er in der beschriebenen ¥eise nach außen in den Bereich der Radschüssel gerichtet werden kann. Im allgemeinen sind die Spurhebel gemäß dem Stande der Technik relativ lang und auf einer Krümmung nach innen in Richtung zur Kraftfahrzeug-Mittellinie gerichtet. Außerdem sind sie üblicherweise in Richtung zur Hinterachse des Lastkraftwagens noch nach unten geneigt. Die die Spurhebelenden verbindende Spurstange ist demzufolge üblicherweise relativ niedrig und in einem Abstand von 19»o5 cm bis 22,9 cm hinter der Achse angeordnet, wodurch sie in hohem Maße der Gefahr von Beschädigungen von der Straße aus, und zwar insbesondere in Baustellen oder in anderen Bereichen in unebenem Gelände ausgesetzt ist. Verbogene Spurstangenröhre und Fahrzeug-Fehlausrichtungen sind unter diesen Bedingungen häufig.

Im Gegensatz dazu ist die Spurstange beim vorliegenden System höher hinter der Achse angeordnet und braucht dabei lediglich 11,4 cm hinter der Achse zu liegen. Daher ist sie in wesentlich geringerem Maße beschädigungsanfällig als die beschriebenen Systeme bekannter Art,

Die kurze Länge der Spurhebel ermöglicht auch ihre Anpassung an die universelle Verwendung innerhalb eines breiten Bereichs von Rad- und Reifengrößen und Formen, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie mit den Reifen kollidieren. Wenn die bekannten Spurhebel derart umgekehrt montiert wurden, daß sie nach außen anstatt nach innen weisen, würden sie am Rad oder den Reifen anstoßen, wodurch entweder die Funktionsfähigkeit überhaupt verlorengehen würde oder beide Teile zerstört wurden.

Im folgenden wird auf die Figuren 5, 6 und 7 Bezug genommen, in denen eine typische Lastkraftwagen-Radanordnung 56 mit einer Spindelachse, einem Achsschenkelbolzen, einem Spurhebel und einer Spurstangenanordnung gemäß der Erfindung gezeigt sind, wobei das gleiche rechte Rad ikb wie vorstehend beschrieben, dargestellt ist. Es ist ersichtlich, daß am Rad 14a auf der linken Seite des Kraftfahrzeugs eine spiegelverkehrte Anordnung vorgesehen ist.

Das Rad lh , auf welchem ein Reifen 58 montiert ist, weist auch eine bekannte innen montierte Spindel- oder Achsschenkelanordnung 60 auf, Diese Anordnung, die nur in dem Umfang ins Einzelne gehend beschriebenwird, der für ein volles Verständnis der Erfindung erforderlich ist, weist ein Bremsschild 62 auf, welches so montiert ist, daß sich das Rad relativ zu ihm drehen kann. Von einem Vorsprung auf dem Bremsschild tritt ein mit Gewinde versehener einstellbarer Anschlagbolzen 66 vor. Vom Bremsschild 62 tritt außerdem ein Paar von einstückig angeformten Achsschenkelarmen 68 und 70 nach außen vor, welche zusammen mit dem Bremsschild 62 ein U-förmiges Gußstück bilden, wie am

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besten in den Figuren 6 und 7 erkennbar ist.

Die mit einem eine Bohrung 7¹ aufweisenden Lagerauge 16a versehene Achse ist zwischen die Achsschenkelarme 68 und derart passend eingefügt, daß eine relative Winke!bewegung zwischen ihnen möglich ist. Ein Paar von (nicht gezeigten) fluchtenden Bohrungen in den Achsschenkelarmen 68 und 70, die zur Bohrung 71 ausgerichtet sind, nehmen einen sie vollständig durchsetzenden Achsschenkelbolzen 76 auf und ermöglichen so die erwähnte Winkel- oder Schwenkbewegung. Jeder dieser Bauteile ist in den in üblicher Weise ausgestalteten und hergestellten Lastkraftwagen vorhanden, wobei in einigen Fällen Abweichungen in Einzelheiten gegeben sind, die grundlegende Funktion jedoch gleich ist. In ähnlicher Weise ist in den unteren Achs sahen k e lärm 70 eine im wesentlichen horizontale Bohrung 78 eingebohrt, in welche der Schaftabschnitt 36 des Spurhebels 32 in üblicher Weise passend eingesetzt ist. Die Bohrung weist einen zylindrischen Abschnitt 78a und einen konischen Abschnitt 78b mit einer zwischen diesen Abschnitten vorgesehenen Schulter 78c auf, so daß der Spurhebel-Schaftabschnitt 36 passend in der Bohrung aufgenommen ist. Der zylindrische Bohrungsabschnitt 78a weist eine axial verlaufende Nut 78d auf, welche mit der Nut 37 im Spurhebel-Schaftabschnitt 36 ausrichtbar ist, so daß die beiden Nuten einen gemeinsamen Keil 80 aufnehmen könenn. Der Spurhebel-Schaftabschnitt 36 wird dadurch formschlüssig gegen eine Drehung relativ zur Achsschenkelanordnung 60 gesichert. Durch eine mit einem Splint gesicherte Kronenmutter 82 wird der Schaftabschnitt 36 in seiner Lage im Achsschenkelarm 70 gesichert. In dieser

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Lage steht der Hebelabschnitt h6 des Spurhebels 32 unter einem Winkel zur Radschüssel vor und tritt - abhängig von dem speziellen Rad und ihrer Achsschenkelanordnung-in einigen Fällen auch noch etwas in die Radschüssel des Rads 56 ein.

Am Lagerauge 50 ist mittels eines in geeigneter ¥eise befestigten Bolzens Sk die Spurstange 30 verschwenkbar angeschlossen, die ihrerseits ein mit Gewinde versehenes und durchbohrtes Spurstangenende 86, ein mittiges Rohr 88 und eine verbindende IClemmhülse 90 aufweist. Auf diese "Weise verursacht eine - durch den Pfeil 91 veranschaulichte seitliche Bewegung der Spurstange 30 eine Schwenkbewegung des gesamten Rads 56 relativ zur Achse 16 über den Spurhebel 32 und die Achsschenkelanordnung 60.

Eine Schwenkbewegung dieses Rades und der Achsschenkelanordnung in der in Fig. 5 gezeigten Weise nach rechts wird durch die Einstellung des Anschlagbolzens nach innen bzw. nach außen und sein Anliegen an einem an der zugeordneten Seite der Achse 16 nach außen vorstehenden Anschlag 92 begrenzt. Die Bewegung in der entgegengesetzten Richtung wird dann durch eine identische mechanische Ausgestaltung der linken Rad- und Achsschenkelanordnung begrenzt.

Die Vorspur und Nachspur werden durch Verschrauben des Spurstangen-Rohrs 88 relativ zu den Spurstangenenden 86 und deren Gegenstück am gegenüberliegenden Ende verstellt, wodurch die Spurstangen-Anordnung 88 verlängert oder verkürzt und so die Spureigenschaften eingestellt werden.

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Es wurde gefunden, daß eine im wesentlichen in der vorstehend geschilderten Weise getroffene Kombination von Bauelementen zu einer Reihe von wesentlichen Vorteilen führt, die nachstehend erläutert werden sollen. Ein grundsätzlicher Vorteil besteht darin, daß über einen weiten Bereich von Kurvenradien eine im wesentlichen reine Abrollfunktion des Rades erhalten werden kann, Hieraus resultiert das sowohl vom wirtschaftlichen als auch vom betriebsmäßigen Standpunkt wesentliche Ergebnis, daß eine signifikante Verringerung der Tendenz der lenkbaren Räder, insbesondere des kurvenäußeren Rades, zum Gleiten, Verschleiß oder zum Springen während der Kurvenfahrt mit einem entsprechend starken Verschleiß der Reifen erhalten wird. Je mehr die Räder während ihres Lenkmanövers in einer idealen reinen Abrollbewegung gehalten werden können, desto einfacher und besser ist der Fahrer in der Lage, die Kontrolle über das Fahrzeug zu behalten und ein um so geringerer Gummiabrieb von den Reifenflächen tritt auf.

Es ist leicht einsehbar, daß wenigstens ein Teil dieses Ergebnisses darauf zurückzuführen ist, daß die Antriebsmaschinen von Lastkraftwagen hohe Leistungen haben, und daß die Leistung des Lastkraftwagens während des Lenkvorgangs zu einem seitlichen Schlupf führt, wenn das Rad nicht hinreichend in eine Lenkstellung eingeschlagen wird, in welcher das reine Rollen erleichtert wird. Dadurch tritt dann auch eine unerwünschte Krafteinwirkung auf die mechanischen Bauteile auf, welche zu deren vorzeitigem Verschleiß und Bruch und außerdem zum Abrieb merklicher Mengen von Gummi von der Reifenlauffläche führt.

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Bei ungenauen Lenkeinschlägen wirken außerdem hohe

Infolge Kräfte auf die Reifenflanken. Verringerung dieser leistungsindizierten Belastungen durch Erhalt einer wirksameren Abrollfunktion bei Anwendung der Erfindung, wird a}.so mechanischer Verschleiß und Bruch reduziert und die Lebensdauer sowohl der Laufflächen als auch der Seitenflänken der Reifen wird erhöht.

In Versuchen wurde festgestellt, daß die Lebensdauer der Reifen als Ergebnis der Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre verdoppelt und in Einzelfällen sogar verdreifacht werden kann.

Außerdem wurde gefunden, daß die Manövrierbarkeit der Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Fähigkeit enge Kurven zu nehmen, durch die Erfindung wesentlich verbessert wird. So wurden beispielsweise die Lenksysteme vor und nach der Umrüstung auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung mittels des Anschlagbolzens 66 auf den gleichen Winkel von 23 zwischen dem Rad und der Achse eingestellt. Vor der Einführung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung konnte der Versuchs-Lastkraftwagen bei vollem Lenkeinschlag einen Lenkradius von nur etwa 23 his 25 erreichen. Nach der Umrüstung wurde ein Lenkradius von 28 bis 29 bei vollem Lenkeinschlag erhalten. Dies ist ein sehr wesentlicher Unterschied in der Verbesserung der Manövrierbarkeit.

Zusätzlich wurde sowohl aus praktischen Ergebnissen als auch der Computeranalyse festgestellt, daß die Anwendung der Erfindung deshalb zu einer genaueren Lenkung führt,

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weil die Spur der Räder genauer eingestellt werden kann, wodurch der Erhalt der bescliriebenen verbesserten Abrollbewegungen unterstützt wird. Zur Erzielung dieses Ergebnisses werden der Radstand, die Achslänge, die Länge der Spurstange und die Länge des Spurhebels mit der Spurhebelkonfiguration für die verbesserten Ergebnisse in der oben beschriebenen Weise ausgebildet.

Computer-Untersuchungen an einem Lastkraftwagen mit einem Radstand von 6,k-5 m und einem in der erfindungsgen äßen Weise ausgebildeten Spurhebel mit einer Länge von 14,6 cm haben unter Einführung geeignet angepaßter Achslängen von 1,60 m bis 1,88 m und Spurstangen-Längen von 1,57 m bis 1,86 m ergeben, daß die besten Spurwinkel für die Maximierung der Betriebsbedingungen des beschriebenen Systems erheblich geringer als die bisher in der Praxis angewandten Werte liegen. Während bei konventionellen Systemen bei insgesamt 12 Muster-Fahrzeugen eine mittlere Nachspur von 15j75 mm ermittelt würde, ergab sich nach Einführung des erfindungsgemäßen Systems eine entsprechende Korrektur in Richtung auf eine Vorspur—Position von 11,43 cm oder eine mittlere resultierende Nachspur von etwa 5j1 cm. Das bedeutet eine mittlere Korrektur der Nachspur von 310 $>, Anders gesagt, die mittlere Nachspur ist bei Anwendung der erfindungsgemaßen Lehre gegenüber dem früheren Zustand um 310 fo geringer.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Eigenschaften, welche zu den aufgezählten Vorteilen führen, sind lediglich beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, ohne daß hierdurch der Erfindungsgedanke beschränkt werden soll.

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ZG

- Leerseite -

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1· Steuerbares Lenksystem für ein Straßenfahrzeug mit einer Vorderachse (16) an deren beiden gegenüberliegenden Enden jeweils ein zum Zweck der Lenkung um das zugehörige Ende verschwenkbares Rad (i4a, i4b) gehaltert ist, und mit einer der Achse (16) benachbarten und im wesentlichen parallel zu ihr angeordneten Spurstange (3O)i deren Enden mit jeweils einem das zugeordnete Rad (i4aj i4b) mit der Spurstange (30) verbindenden Spurhebel (32aj 32b) gekoppelt sLnd, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Spurhebel (32a j -''Aj 32b) so konfiguriert ist, daß er im wesentlichen -w

   rückwärts und nach außen zu den Rädern (i4a; i4b) und von einer Längsachse des Fahrzeugs aus nach außen gerichtet ist, und daß jeder Spurhebel (32a; 32b) eine im wesentlichen rechtwinklig zu der Schwenkachse des zugehörigen Rades (i4a; 14b) verlaufende erste Achse (48) und eine mit der ersten Achse (48) einen nach außen gerichteten Winkel einschließende zweite Achse (47) aufweist.

   2, Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Achse (48; 47) jedes Spurhebels (32a; 32b) zwischen 25° und 30° liegt.

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   3· Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ¥inkel zwischen der ersten und der zweiten Achse (48; 47) jedes Spurhebels (32aj 32b) etwa 25° beträgt.

   4. Spurhebel für ein Lenksystem für Straßenfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch einen axialen Schaftabschnitt (36), der zur Aufnahme in einer komplementär passenden Ausnehmung (78) in einem Achsschenkelarm (70) eines lenkbaren Hades des Fahrzeugs konisch ausgebildet ist} einen mit Gewinde versehenen und vom Schaf tabschn'itt (36) axial vorstehenden Endabschnitt (37); einen unter einem Winkel vom Schaftabschnitt (36) vortretenden Hebelarm (46), der zum Rad des Fahrzeugs weist, wobei seine Länge so bemessen ist, daß er nicht über das Rad hinaussteht; und durch einen am äußeren Ende vorgesehenen und zum Anschluß eines Endes einer Spurstange (30) durchbohrten Endabschnitt (Lagerauge 50) am Hebelarm

   5. Spurhebel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hebelarms (46) mit der Achse des Schaftabschnitte (36) einen Winkel zwischen etwa -20 und 30° einschließt.

   6. Spurhebel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Hebelarms (46) mit der Achse des Schaftabschnitts (36) einen Winkel von etwa 25 einschließt.

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   7. Spurhebel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5*0 im Endabschnitt des Hebelarms (46) zur Aufnahme eines zum Anschluß eines Endes einer Spurstange (30) dienenden konischen Bolzens (84) konisch ausgeführt ist.

   8. Steuerbares Lenksystem für ein frontgelenktes Straßenfahrzeug mit einer querverlaufend angeordneten Vorderachse (16), an deren gegenüberliegenden Enden ein Paar von lenkbaren Rädern (i4aj l4b) mittels je eines Achsschenkelbolzens gehaltert ist, welcher eine Achsschenkelanordnung (6θ) mit wenigstens einem vom Rad nach außen vortretenden und innerhalb des Achsschenkelbolzens vorgesehenen Achsschenkelarm (7θ) durchsetzt, gekennzeichnet durch ein Paar von Spurhebeln (32a; 32b) von denen jeder einen geraden Schaftabschnitt (36) mit einer geraden ersten Achse (48) aufweist, der an einem der Achsschenkelarme (70) befestigt ist} einen entlang einer zweiten Achse (47) im wesentlichen nach rückwärts und außen zum zugehörigen Rad (i4a; i4b) abgewinkelten Spurhebel-Hebelarm (46), der in ein zum Anschluß des Endes einer Süurstange (30) durchbohrtes Lagerauge (50) ausläuft j und durch eine mit ihren beiden Enden an den Lageraugen (50) angeschlossene, die Spurhebel (32a; 32b) dadurch verbindende Spurstange (30) mit einer Länge, welche den Rad-Nachlauf derart festlegt, daß eine reinere Abrollbewegung und ein engerer Kurvenradius resultieren.

   9. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (46) jedes Spurhebels (32a,· 32b) in die Innenseite einer Pelgenschüssel des ihm benachbarten Rades vortritt.

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   10· Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (46) jedes Spurhebels (32a; 32b) eine solche Länge hat, daß die Spurstange in der Radstellung für Geradeausfahrt in einem Abstand zwischen 7,62 cm bis 15,24 cm hinter der Achse (16) liegt.

   11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Spurstange (30) so gewählt ist, daß der Nachlauf der Räder (i4a; i4b) bei vollem Lenkeinschlag etwa 5»08 cm beträgt.

   12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlauf der Räder (i4a; i4b) etwa 300 $ geringer als der Nachlauf bei Standard-Fahrzeugen ist.

   13· Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (46) des Spurhebels (32a; 32b) bei einem Lastkraftwagen mit einem Radstand von 6,45 cm und einer Achslänge zwischen 1 ,57 in und 1,88 m eine Länge von etwa 6,99 cm hat, und daß die Spurstange (30) eine Länge zwischen 1,57 m und 1,85 m hat, wobei der Nachlauf der Räder bei vollem Lenkeinschlag etwa 5»08 cm beträgt.

   14. Spurhebel zur Verwendung in einem Lenksystem für Straßenfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder 8 bis I3» gekennzeichnet durch einen axialen Schaftabschnitt (36), der zur passenden Montage innerhalb einer Aufnahme (Bohrung 78) eines Achsschenkelarms (70) eines Rades konisch ausgebildet ist; einen mit Gewinde versehenen und vom Schaftabschnitt (36) axial vorstehenden Endabschnitt (37); einen unter einem Winkel vom Schaftabschnitt (36)

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   vortretenden Hebelarm (46), der zum Rad des Fahrzeugs weist, wobei seine Länge so bemessen ist, daß er nicht über das Rad hinaussteht; und durch einen am äußeren Ende des Hebelarms (46) vorgesehenen und zum Anschluß eines Endes einer Spurstange (30) dur chb ohrt en Endab s chni 11 (50).

   15« Spurhebel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (46) vom Schaftabschnitt (36) mit einem Winkel zwischen 20° und 30° bezogen auf die Achse des Schaftabschnitts vortritt.

   i6. Spurhebel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (54) im Endabschnitt des Hebelarms (46) zur Aufnahme eines konischen Zapfens für den Anschluß eines Endes einer Spurstange (30) konisch geformt ist.