DE3820860A1 - Achsschenkellenkung fuer ein einspurfahrzeug, insbesondere ein motorrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Achsschenkellenkung für ein Einspurfahrzeug, insbesondere ein Motorrad, bei der das lenkba­ re Rad auf einem Achsschenkel am unteren Ende eines Lenkarms gelagert ist, welcher über ein Lenklager in dem vorderen Lager­ punkt eines mit seinem hinteren Lagerpunkt am Zweiradrahmen an­ gelenkten ersten unteren Längslenkers sowie im vorderen Lager­ punkt eines oberen Längslenkers gehalten ist.

Achsschenkellenkungen sollen die bei Motorrädern üblichen Teleskopgabeln ersetzen, in erster Linie, um den Nachteil der Teleskopgabeln, ihre Anfälligkeit gegen Verwindungen sowie die sich bei Einfederung stark verändernde Fahrwerksgeometrie zu vermeiden. Bei bekannten Achsschenkellenkungen stellt der unte­ re Längslenker eine das Rad führende geschobene Schwinge dar, deren Schwingbewegungen sich ohne weiteres mit üblichen Mit­ teln abfedern lassen. Aus den abgefederten Schwingbewegungen des unteren Längslenkers resultiert jedoch eine Bewegung der vorderen Anlenkpunkte, und somit auch des Radlagers, auf einem Kreisbogen um den hinteren Anlenkpunkt. Der das Rad tragende Lenkarm, der auch die Lenkbefehle an das Rad übermitteln soll, kann deshalb nicht in einem bei Teleskopgabeln üblichen Lenk­ kopf geführt werden. Er wird gegebenenfalls mit einem zweiten oberen Längslenker verbunden, welcher mehr oder weniger pa­ rallel zum unteren Längslenker verläuft.

Bei den bekannten Achsschenkellenkungen ergibt sich weiter­ hin auch noch der Nachteil, daß die Lenkstange mit den die Lenkachse definierenden Bauteilen drehfest zu verbinden ist, dabei aber vermieden werden muß, daß die Lenkstange die abgefe­ derten Schwingbewegungen der Längslenker und des von den Längs­ lenkern getragenen Lenkarms mitmacht. Für die Einleitung der Lenkbefehle in den Lenkarm sind somit besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich, die, wie jede konstruktive Maßnahme, in sich einen Kompromiß darstellen und gegenüber anderen Lö­ sungen der gleichen Probleme zwar Vorteile haben, dabei aber auch Nachteile in Kauf zu nehmen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Achsschen­ kellenkung so weiterzubilden, daß sie bei minimalstem Bau- und Konstruktionsaufwand möglichst viele Vorteile in sich vereint.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über den zweiten oberen Längslenker aus Lenkbefehlen resultierende Lenkmomente auf den Lenkarm übertragbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Achsschenkellenkung kann der obere Längslenker, ebenso wie der untere Längslenker, die auf­ grund der Federung verursachten Schwingungen mitmachen, so daß insbesondere Fahrbahnstöße, aber auch beim Bremsen oder Be­ schleunigen auftretende Nickungen abgefedert werden. Gleichzei­ tig dient der obere Längslenker jedoch auch der Übertragung der Lenkbefehle auf den Lenkarm. Der obere Längslenker erfüllt somit mehrere Funktionen, wodurch sich der Bauaufwand verrin­ gert. Dies ist bei Motorrädern, die für den Rennsport benutzt werden, aufgrund der erzielten Gewichtsersparnis von wesent­ lichem Vorteil.

Lenkbefehle werden bei Zweirädern aus einer quer zur Fahrt­ richtung ausgerichteten Lenkstange auf das lenkbare Rad über­ tragen. Lenkbefehle bewirken eine Schwenkung der an der Über­ tragung der Lenkbefehle beteiligten Bauteile um die durch die Anordnung von Lenklagern bestimmte geometrische Lenkachse. Um den Längslenker in erfindungsgemäßer Weise an den Übertragun­ gen der Lenkbefehle zu beteiligen, ist nach einer Weiterbil­ dung vorgesehen, daß der zweite Längslenker mit seinem hinte­ ren Lagerpunkt an einem Bauteil angelenkt ist, welches in Ab­ hängigkeit von Lenkbefehlen um die durch die Anordnung von Lenklagern bestimmte Lenkachse drehbar ist. Dabei kann die An­ ordnung z.B. derart getroffen sein, daß die Lenkachse durch den hinteren Anlenkpunkt des zweiten Längslenkers verläuft. Bei Drehung des Bauteils um die Lenkachse wird somit ebenfalls der zweite Längslenker mit um die Lenkachse geschwenkt, wobei er den am vorderen Anlenkpunkt angelenkten Lenkarm in die vom Steuerbefehl vorbestimmte Richtung mitdreht.

Eine solche Anordnung hat jedoch hinsichtlich des Massenträgheitsmomentes um die Lenkachse noch Nachteile. Um diese zu vermeiden, ist bei der erfindungsgemäßen Achsschenkel­ lenkung vorgesehen, daß der zweite Längslenker an dem Bauteil derart angeordnet ist, daß ihn die Lenkachse zwischen hinterem und vorderem Lagerpunkt kreuzt. Diese Anordnung führt zu einer Minimierung des Massenträgheitsmomentes um die Lenkachse und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, den Längslenker ausrei­ chend lang zu halten, um die Schwingungen bei Einfederungen mitmachen zu können.

Nach einer anderen Weiterbildung zeichnet sich die Achs­ schenkellenkung dadurch aus, daß das Längenverhältnis des er­ sten unteren Längslenkers zum zweiten oberen Längslenker grö­ ßer als zwei zu eins ist. Ein derartiges Längenverhältnis hat den Vorteil, einen in Abhängigkeit vom Einfederweg progressiv zunehmenden Bremsnickausgleich zu bewirken, wobei der besonde­ re Vorteil darin liegt, daß die Fahrwerksgeometrie bei einer Einfederung annähernd konstant bleibt.

Die Anlenkpunkte des zweiten Längslenkers werden durch ent­ sprechende Lager realisiert. Da der Längslenker auch der Über­ tragung der Lenkbefehle dient, müssen diese Lager auch die Lenkkräfte aufnehmen. Dies erfordert besondere Maßnahmen, um die Lager auch für die Aufnahme und Übertragung der Lenkkräfte geeignet zu machen. Der dafür notwendige Konstruktionsaufwand kann nach einer anderen Weiterbildung dadurch erspart bzw. zu­ mindest vermindert werden, daß das Bauteil Seitenführungen für den zweiten Längslenker aufweist. Die Seitenführungen dienen der reinen Übertragung der Lenkkräfte auf den zweiten Längslen­ ker, so daß zumindest sein hinterer Anlenkpunkt, mit dem er an dem Bauteil angelenkt ist, von der Aufnahme und Übertragung der entsprechenden Lenkkräfte vollständig befreit ist. Seiten­ führungen können beispielsweise durch entsprechend vorstehende Bügel verwirklicht werden, zwischen denen der zweite Längslen­ ker um seinen hinteren Anlenkpunkt schwingen kann.

Eine vorteilhaft einfache Ausführung sieht bei der erfin­ dungsgemäßen Achsschenkellenkung vor, daß das Bauteil als am Zweiradrahmen gelagerter Lenkkasten mit als Seitenführungen dienenden Kastenwänden ausgebildet ist. Der Lenkkasten bildet zusammen mit seinen Lagerungen am Zweiradrahmen ein dem Steu­ erkopf bei Zweirädern vergleichbares Konstruktionsteil. In den Lenkkasten ist der zweite Längslenker so eingesetzt, daß er mit seinem in den Lenkkasten eintauchenden Ende bis zum hinte­ ren Lagerpunkt zwischen Kastenwänden geführt ist. Wird der Lenkkasten bei Lenkbefehlen um die Lenkachse gedreht, schwenkt dabei der Längslenker, geführt von den seitlichen Kastenwän­ den, mit. Gleichzeitig kann der obere Längslenker in dem Lenk­ kasten zwischen den Kastenwänden in jeder Lenkstellung auf- und abschwingen, wodurch die Federung des gelenkten Vorderra­ des nicht behindert wird.

Da die vorderen Anlenkpunkte der beiden Längslenker bei Einfederungen auf Kreisbogen um die jeweils hinteren Anlenk­ punkte bewegt werden, mit der Wirkung, daß sich das untere Lenklager im eingefederten Zustand nicht mehr auf der Lenkach­ se befindet, kann sich dieser Fluchtfehler in der Erschwerung bzw. Beeinflussung des Lenkvorgangs auswirken. Zum Ausgleich dieses Fluchtfehlers ist nach einer weiteren Weiterbildung bei der erfindungsgemäßen Achsschenkellenkung vorgesehen, daß we­ nigstens eine der in einer Ebene verlaufenden Achsen der Lager­ punkte des zweiten Längslenkers aus der Ebene herausbringbar ist. Ein dafür notwendiger Konstruktionsaufwand ist z.B. auf einfachste Weise dadurch zu vermeiden, daß der zweite Längslen­ ker elastisch verwindbar (torsionsweich) ausgebildet ist. Der Längslenker kann dazu als plattenförmiges Bauteil ausgeführt sein, das ausreichend lange Lager für die Lagerung der Achsen der Lagerpunkte aufweist und welches aus einem entsprechenden elastischem Material hergestellt ist, das eine Verwindung zwecks Ausgleich des Fluchtfehlers bei der Einfederung und gleichzeitig eingeschlagenem Rad erlaubt.

Bei einer anderen Möglichkeit wird der Fluchtfehler da­ durch ausgeglichen, daß der zweite Längslenker aus zwei in der Längslenkerebene nebeneinander verlaufenden Streben besteht, deren Enden über eine von jeweils einen Lagerpunkt bildende La­ gerhülsen verbunden sind, daß ein erstes Ende einer ersten Strebe als Gelenklager für ein Ende einer ersten Lagerhülse ausgebildet ist, daß das zweite Ende der ersten Strebe mit der zweiten Lagerhülse starr verbunden ist und daß die zweite Stre­ be an beiden Enden als Gelenklager für die Enden der ersten und zweiten Lagerhülse ausgebildet ist. Bei dieser Ausführung kann eine Strebe zwecks Ausgleich des beschriebenen Fluchtfeh­ lers bei Einfederung des Vorderrades z.B. um den hinteren An­ lenkpunkt nach oben schwenken, während die jeweilige andere Strebe gleichzeitig nach unten schwenkt. Ein derart ausgebil­ deter zweiter Längslenker wird zum Ausgleich des Fluchtfehlers einer Torsion nicht mehr unterworfen, ist also torsionsfrei.

Weiterhin läßt sich der Bauaufwand der erfindungsgemäßen Achsschenkellenkung dadurch noch weiter vermindern, daß der vordere Anlenkpunkt des ersten Längslenkers und das Lenklager in einem mit dem Lenkarm verbindbaren Lagerbauteil zusammen­ gefaßt sind.

Der untere Bereich des Lenkarms ist im vorderen Lagerpunkt des ersten Längslenkers um alle drei Raumachsen verdrehfrei ge­ lagert. Zu diesem Zweck würde prinzipiell auch ein einfaches Gelenklager mit Pfanne und Kugel ausreichen. Ein Gelenklager ist ein Gleitlager, welches der Drehbewegung im Lager um die Lenkachse einen Reibwiderstand entgegensetzt. Der Reibwider­ stand in einem Gleitlager nimmt proportional zur Flächenpres­ sung im Lager zu. Die Flächenpressung im Gelenklager ist aber wiederum proportional der radialen bzw. achsialen Belastung, die bei einem Zweirad aus der Bremslast und/oder zunehmendem Einfederzustand der Vorderradaufhängung resultieren. Dies hat dann eine Lenkkraftzunahme bei durch Einfederung höher belaste­ tem Lager zur Folge. Um diese ungünstige Lenkkraftzunahme bei belastetem Lenklager zu vermeiden, ist bei dem erfindungsgemä­ ßen Lagerbauteil vorgesehen, daß das Lenklager ein Kegelrollen­ lagerpaar aufweist, mit welchem ein in der Lenkachse verlaufen­ der Zapfen im Lenkarm gelagert ist, dessen aus dem Lenkarm vor­ stehendes freies Ende über ein den vorderen Anlenkpunkt bilden­ des Gelenklager am ersten Längslenker gehalten ist. Das Kegel­ rollenlager gewährleistet eine vorteilhafte konstante Lagerrei­ bung im Lenklager, so daß eine Lenkkraftzunahme bei belastetem Lager nicht mehr auftreten kann. Die verdrehfreie Lagerung um die beiden verbleibenden Raumachsen übernimmt dabei das Gelenk­ lager.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Vorderradberei­ ches eines Motorrades mit Achsschenkellenkung,

Fig. 2 eine Ansicht einer ersten Ausführung eines oberen Längslenkers und seiner Anlenkung nach Art einer Ex­ plosionsdarstellung,

Fig. 3 eine Ansicht einer zweiten Ausführung des oberen Längslenkers und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht der Lagerung zwi­ schen Lenkarm und vorderem freien Ende des unteren Längslenkers.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht den vorde­ ren Bereich eines Motorrades. Das lenkbare Rad 1 ist auf einem hier nicht weiter dargestellten Achsschenkel 2 am unteren Ende eines Lenkarms 3 gelagert. Am unteren Ende des Lenkarms befin­ det sich ebenfalls ein hier nicht weiter dargestelltes Lenkla­ ger 4, mit welchem der Lenkarm 3 in dem vorderen Lagerpunkt 5 eines mit seinem hinteren Lagerpunkt 6 am Zweiradrahmen ange­ lenkten ersten unteren Längslenkers 8 gehalten ist. Mit 9 ist ein an sich bekanntes Federbein bezeichnet, welches sich am Fahrzeugrahmen abstützt und am unteren Längslenker angreift, so daß es bei Einfederung des Vorderrades 1 auf Druck bean­ sprucht wird. Am oberen Ende des Lenkarms 3 ist der vordere An­ lenkpunkt 10 eines zweiten oberen Längslenkers 11 gelagert. Der hintere Anlenkpunkt 12 des zweiten Längslenkers 11 ist an einem Bauteil 112 angelenkt, welches im Zweiradrahmen 7 so ge­ lagert ist, daß es, wie hier durch Kreisringpfeile angedeutet, um die durch das Lenklager 4 und die Lagerungen des Bauteils 112 am Zweiradrahmen 7 definierte Lenkachse 13 drehbar ist. Die Drehung um die Lenkachse erfolgt bei Einleitung von Lenkbe­ fehlen über die am Bauteil sitzende Lenkstange 14. Auf die Lenkstange 14 ausgeübte Lenkkräfte werden durch das Bauteil 112 übertragen, welches sich um die Lenkachse 13 dreht. Der am Bauteil angelenkte obere Längslenker 11 dreht dabei ebenfalls um die Lenkachse und nimmt den mit ihm über den vorderen An­ lenkpunkt 10 verbundenen Lenkarm 3 mit, der sich dabei um das Lenklager 4 dreht. Das Vorderrad 1 führt dabei entsprechende Lenkbewegungen aus. Während des Fahrbetriebes schwingen unte­ rer Längslenker 8 und oberer Längslenker 11 um die hinteren An­ lenkpunkte, wobei sich ihre vorderen Anlenkpunkte 5 bzw. 10 auf Kreisbogen 15 bzw. 16 bewegen. Das Lenklager 4 befindet sich bei einer Einfederung dann nicht mehr auf der Lenkachse 13, da es ebenfalls einen Kreisbogen um den hinteren Anlenk­ punkt 6 des unteren Längslenkers 8 beschreibt, woraus sich ein Fluchtfehler ergibt, der wie nachstehend beschrieben auszuglei­ chen ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des oberen Ab­ schnitts des Lenkarms mit einer ersten Ausführung eines oberen Längslenkers 11 sowie einer Ansicht des mit der Lenkstange 14 ausgerüsteten Bauteils 112.

Fig. 2 läßt erkennen, daß das Bauteil 112 als Lenkkasten ausgebildet ist, in den der obere Längslenker 11 eintaucht und gelagert ist, wobei Kastenwände 17 und 18 als Seitenführungen für den oberen Längslenker 11 dienen. Zum Ausgleich des vorbe­ schriebenen Fluchtfehlers zwischen dem Lenklager 4 und der Lenkachse 13 ist der obere Längslenker als in sich verwindba­ res Teil ausgebildet, indem er aus zwei in der Längslenker­ ebene nebeneinander verlaufenden Streben 19 und 20 besteht, de­ ren Enden über eine von jeweils einen Lagerpunkt bildenden La­ gerhülsen 21, 22 verbunden sind. Ein erstes Ende 23 der ersten Strebe 20 ist als Gelenklager für ein Ende der ersten Lagerhül­ se 21 ausgebildet. Das gegenüberliegende zweite Ende der er­ sten Strebe 20 ist mit der zweiten Lagerhülse 22 starr verbun­ den, wobei zur zusätzlichen Versteifung noch ein Knotenblech 24 eingesetzt ist. Die zweite Strebe 19 ist an beiden Enden als Gelenklager für die Enden der ersten und zweiten Lagerhül­ se 21, 22 ausgebildet. Bei einem auftretenden Fluchtfehler, der sich in einer Schwenkbewegung des Lenkarms 3 in Richtung des Doppelpfeiles 25 um die hier angedeutete geometrische Achse 26 auswirkt, kann sich der wie vorbeschrieben ausgebil­ dete obere Längslenker 11 verwinden, ohne dabei seine Füh­ rungs- und Haltefunktionen zu verlieren.

Eine zweite Ausführungsform des zweiten oberen Längslen­ kers 11 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Bei dieser Aus­ führung ist der obere Längslenker ein plattenförmiges Teil, das sich bei auftretendem Fluchtfehler elastisch in sich ver­ winden kann, wie es durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Der Doppelpfeil und die Achse sind wieder mit 25 und 26 be­ zeichnet.

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht der Anlenkung zwi­ schen unterem Ende des Lenkarms 3 und unterem Längslenker 8. Bei Einfederung bewegt sich das vordere Ende des unteren Längs­ lenkers in Richtung des Doppelpfeils 27. Ein in der Lenkachse 13 verlaufender Zapfen 28 ist mit einem Gelenklager 29, wel­ ches den vorderen Anlenkpunkt des unteren Längslenkers 8 bil­ det, so gelagert, daß er sich sowohl in der Zeichnungsebene als auch quer zur Zeichnungsebene bewegen kann. Im Lenkarm 3 ist der Zapfen 28 über Wälzlager, die Kegelrollenlager 30 und 31, gelagert. Die Kombination von Wälzlagern mit einem Gelenk­ lager hat den Vorteil, daß das Wälzlager die Lenkkräfte auch bei höheren Lagerbelastungen konstant hält.

Claims (11)

1. Achsschenkellenkung für ein Einspurfahrzeug, insbeson­ dere ein Motorrad, bei dem das lenkbare Rad auf einem Achs­ schenkel am unteren Ende eines Lenkarms gelagert ist, welcher über ein Lenklager in dem vorderen Lagerpunkt eines mit seinem hinteren Lagerpunkt am Zweiradrahmen angelenkten ersten, unte­ ren Längslenkers sowie im vorderen Lagerpunkt eines zweiten oberen Längslenkers gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß über den zweiten oberen Längslenker (11) aus Lenkbefehlen resultierende Lenkmomente auf den Lenkarm (3) übertragbar sind.

2. Achsschenkellenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Längslenker (11) mit seinem hinteren Lagerpunkt (12) an einem Bauteil (112) angelenkt ist, welches in Abhängigkeit von Lenkbefehlen um die durch die Anordnung von Lenklagern (4) bestimmte Lenkachse (13) drehbar ist.

3. Achsschenkellenkung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Längslenker (11) an dem Bauteil (112) derart angelenkt ist, daß ihn die Lenkachse (13) zwischen hin­ terem und vorderem Lagerpunkt (10, 12) kreuzt.

4. Achsschenkellenkung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis des ersten unteren Längslenkers (8) zum zweiten oberen Längslenker (11) größer als zwei zu eins ist.

5. Achsschenkellenkung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (112) Seiten­ führungen für den zweiten Längslenker (11) aufweist.

6. Achsschenkellenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil als am Zweiradrahmen (7) gelagerter Lenkkasten mit als Seitenführungen dienenden Ka­ stenwänden (17, 18) ausgebildet ist.

7. Achsschenkellenkung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in ei­ ner Ebene verlaufenden Achsen der Lagerpunkte (10, 12) des zwei­ ten Längslenkers (11) aus der Ebene herausbringbar ist.

8. Achsschenkellenkung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Längslenker (11) elastisch verwindbar (torsionsweich) ausgebildet ist.

9. Achsschenkellenkung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Längslenker (11) aus zwei in der Längslenkerebene nebeneinander verlaufenden Streben (19, 20) besteht, deren Enden über eine von jeweils einen Lagerpunkt bildenden Lagerhülsen (21, 22) verbunden sind, daß ein erstes Ende (23) einer ersten Strebe (21) als Gelenklager für ein En­ de einer ersten Lagerhülse (21) ausgebildet ist, daß das zwei­ te Ende der ersten Strebe (20) mit der zweiten Lagerhülse (22) starr verbunden ist und daß die zweite Strebe (19) an beiden Enden als Gelenklager für die Enden der ersten und zweiten Lagerhülse (21, 22) ausgebildet ist.

10. Achsschenkellenkung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Anlenkpunkt (5) des ersten Längslenkers (8) und das Lenklager (4) in einem mit dem Lenkarm (3) verbindbaren Lagerbauteil zusammengefaßt sind.

11. Achsschenkellenkung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lenklager (4) ein Kegelrollenpaar (30, 31) aufweist, mit welchem ein in der Lenkachse (13) verlaufender Zapfen (28) im Lenkarm (3) gelagert ist, dessen aus dem Lenk­ arm vorstehendes freies Ende über ein den vorderen Anlenkpunkt (5) bildendes Gelenklager (29) am ersten Längslenker (8) gehalten ist.