DE3910385A1 - Lenkgetriebe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe nach der Gattung des Hauptanspruches.

Ein derartiges Lenkgetriebe ist bekannt (DE-AS 16 05 911). Ein sol­ ches Lenkgetriebe ist gewöhnlich bestimmt für die lenkbaren Vorder­ räder eines Kraftfahrzeuges. In neuerer Zeit gibt es aber auch Kraftfahrzeuge, die neben der Vorderradlenkung auch eine Hinterrad­ lenkung aufweisen. Eine solche Hinterradlenkung ermöglicht in be­ stimmten Fahrsituationen eine bessere Lenkfähigkeit eines Kraftfahr­ zeuges.

Als Lenkgetriebe für die Hinterräder sind bereits bekannt:

• 1. Zahnstangengetriebe mit Vorgelegen und elektrischem Antrieb,
• 2. Kugelumlauflenkung mit elektrischem Antrieb der Spindel oder der Spindelmutter und
• 3. eine rein mechanische Hinterachslenkung, allerdings mit sehr komplilziertem Aufbau.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß es sehr ein­ fach in seinem Aufbau ist. Im Einzelnen wird mit einfachsten Mitteln eine drehende Bewegung in eine quasi Längsbewegung umgesetzt, wobei bei einer Drehung der Lenkwelle von etwa 90° ein Lenkhebelwinkel von etwa 10 bis 20° erzielt wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes er­ geben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. So ist es z.B. ge­ mäß den Merkmalen des Anspruches 3 von Vorteil, daß das Taumellager durch einen Elektro-Motor antreibbar ist und daß, gemäß Anspruch 4 in diesen Antrieb ein Untersetzungsgetriebe einsetzbar ist. Dabei wird die Drehung des Elektro-Motors z.B. zweistufig auf etwa 20:1 untersetzt.

Desweiteren ist es auch von Vorteil, daß gemäß Anspruch 5 die Lenk­ welle mechanisch direkt von der Drehung der Lenksäule des Lenkrades der Vorderradlenkung antreibbar ist. Ein solcher mechanischer An­ trieb des Lenkgetriebes ist äußerst einfach und preiswert.

Schließlich ist es gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 6 bis 8 auch von Vorteil, daß der Taumelwinkel des Taumellagers in weiten Grenzen z.B. von 0 bis 20° veränderbar ist. Damit ist der maximale Ausschlag des Lenkstockes mit einfachen Mitteln veränderbar.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes, Fig. 2 ein Kurvenverlauf Lenkstockhebelweg zu Lenkwellen-Drehwin­ kel, Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Vorderrad- und Hinter­ rad-Lenkwinkel, Fig. 4 eine Weiterbildung der Lenkgetriebe-Bauart nach Fig. 1, Fig. 5 eine Einzelheit der Bauart nach der Fig. 4, Fig. 6 eine andere Lagerung des Lenkstockhebels und Fig. 7 einen Kurvenverlauf der Bauart nach der Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine Lenkwelle 1 ist mittels zweier Wälzlager 2 und 3 drehbar gela­ gert. Auf ihrem einen Ende sitzt ein Zahnrad 4, das mit einem Ritzel 5 kämmt. Das Ritzel 5 befindet sich an einer Hilfswelle 6, die eben­ falls mittels zweier Wälzlager 7 und 8 drehbar gelagert ist. Die Hilfswelle 6 trägt ein Zahnrad 9, das mit einem Ritzel 10 einer Welle 11 eines Elektro-Motors 12 kämmt. Die Teile 4 bis 10 bilden ein zweigestuftes Untersetzungsgetriebe 13, das die Umdrehung des Elektro-Motors 12 auf etwa 20:1 untersetzt.

Anstelle des Untersetzungsgetriebes 13 mit separatem Elektro-Motor 12 ist es auch möglich, die Lenkwelle 1 mit einem bei 14 angedeute­ ten Kegelzahnrad anzutreiben, das unmittelbar und mechanisch mit dem Lenkgetriebe der Vorderachse verbunden ist. Dabei sind dann die Lenkausschläge der Vorder- und Hinterräder miteinander gekuppelt.

Auf der Lenkwelle 1 sitzt ein Taumellager 15, dessen Achse gegenüber der der Lenkwelle um etwa 10 bis 15° schrägt steht. Im einzelnen besteht das Taumellager 15 aus einem Tragring 16, der unmittelbar und drehfest auf die Lenkwelle 1 aufgesetzt ist. Der Tragring 16 trägt zwei in gegenseitigem Abstand angeordnete Wälzlager 17 und 18, auf denen ein Lenkstockhebel 19 sitzt, wobei die Wälzlager 17 und 18 in einer Bohrung 20 des Lenkstockhebels 19 liegen. Der Lenkstock­ hebel 19 ist mit einer Gelenkkugel 21 versehen, die, über eine Lenk­ stange, zum Anlenken der nicht dargestellten Fahrzeug-Hinterräder bestimmt ist.

Eine bei 22 angedeutete Längslagerung dient dazu, daß sich der Lenk­ stockhebel 19 bei seiner Pendelbewegung nicht um die Achse des Trag­ rings 16 dreht.

Es ist zu erkennen, daß bei einer Drehung der Lenkwelle 1 der Lenk­ stockhebel 19 eine quasi sinusförmige Hin- und Herbewegung ausführt, so wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Wenn sich die Lenkwelle 1 um 90° gedreht hat, hat der Lenkstockhebel einen Weg von 15 mm und damit seinen vollen Hub gemacht (vgl. Fig. 2). Insbesondere bei einer mechanischen Koppelung von Vorderrad- und Hinterrad-Lenkung ergeben sich die Kurven nach der Fig. 3. Dort ist zu sehen, daß bei einem Verdrehen des Lenkrades um 90° die Vorderräder um 15° und die Hinterräder um 5° gelenkt werden. Dabei ist eine Untersetzung der Drehwinkel von Lenksäule zur Lenkwelle von etwa 2:1 erforderlich.

Bei kleinen Lenkbewegungen lenken die Hinterräder in der gleichen Richtung wie die Vorderräder. Das erhöht die Fahrstabilität.

Nach dem Durchlaufen von 90° Lenkradverdrehung verringert sich nun infolge der Taumel-Lagerung der Lenkeinschlag der Hinterräder. Bei einer Lenkraddrehung von 180° wird an den Hinterrädern die Verstel­ lung Null erreicht. Bei weiterer Drehung des Lenkrades werden dann die Hinterräder in die anderen Richtung gelenkt, d.h. sie lenken um­ gekehrt wie die Vorderräder. Damit wird der Wendekreis verkleinert.

Das hat den Vorteil, daß bei größeren Lenkrad-Ausschlägen, wie sie beim Einparken üblich sind, die Hinterräder als Einparkhilfen dienen.

Es ist jedoch zu bemerken, daß mit dem Erfindungsgegenstand auch jede andere Winkelstellung und jede andere Abhängigkeit von der Vor­ derradlenkung möglich ist. Der separate Elektro-Motor-Antrieb er­ laubt darüber hinaus jede Sonderbewegung des Lenkstockhebels 19 und damit jede anderweitige Steuerung der vom Lenkstockhebel 19 ange­ lenkten Räder.

Bei kleinerem Drehwinkel an der Lenkwelle 1, z.B. 5 bis 10°, ist der Zusammenhang mit der Lenkstockhebel-Bewegung quasi linear.

Bei Verwendung des Untersetzungsgetriebes 13 entsteht ein Spiel von einigen Zehntel mm, wenn nicht unzumutbarer technischer Aufwand getrieben wird. Gemäß der Erfindung wird nun dieses Spiel allein durch die Untersetzung auf die geringe Bewegung des Lenkstockhebels 19 gegenüber der Lenkwelle 1 stark reduziert.

Es ist noch zu bemerken, daß der Elektro-Motor 12 auch an jeder elektronischen Steuerung am Fahrzeug angeschlossen und von dieser überwacht werden kann.

Soll nun auch die Größe der Taumelbewegung des Taumellagers 15 ver­ ändert werden, so wird eine Bauart nach der Fig. 4 vorgeschlagen.

Dort ist zu erkennnen, daß ein Ring eines Taumellagers 25 zweige­ teilt ist. Der Ring besteht aus zwei Einzelringen 26 und 27, die gegeneinander verdrehbar sind. Damit kann der Winkel zwischen einer Lenkwelle 28 und dem Taumellager 25 verändert werden. Die entspre­ chende Einrichtung dazu besteht aus einer Innnenverzahnung 29, mit der ein Kegelzahnrad 30 kämmt, das gleichachsig auf die Lenkwelle 28 angeordnet ist. Auf der Lenkwelle 28 sitzt eine Hülse 31, die das Kegelzahnrad 30 trägt und die mittels eines Wälzlagers 32 gelagert ist.

Die Fig. 5 zeigt, daß Lenkwelle 28 und Hülse 31 mit je einem Schlitz 33 bzw. 34 versehen sind, die über Kreuz angeordnet sind. Mit den Schlitzen 33 und 34 arbeitet ein diametral angeordneter Stift 35 zusammen, der von einem gleichachsig zur Lenkwelle 28 und Hülse 31 angeordneten Schieber 36 getragen wird.

Die Teile 29 bis 36 bilden die Einrichtung für die Verdrehung der Ringe 26 und 27 gegeneinander. Mittels der Einrichtung 29 bis 36 kann der Winkel, den das Taumellager 25 gegenüber der Lenkwelle 28 einnimmt, von 0° bis 20° verändert und damit den verschiedenen An­ forderungen, z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, angepaßt werden.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Variante des Lenkgetriebes, wobei anstelle der beiden Wälzlager 17 und 18 eine Kugelumlaufspindel 40 Anwendung findet. Die Kugelumlaufspindel 40 erzeugt eine lineare Bewegung und ist anschlagsfrei angeordnet. Mit einer solchen Bauart wird erreicht, daß der maximale Lenkwinkel der Hinterrädern beim Gegenlenken gegenüber dem der Vorderräder größer ist als der maxi­ male Lenkwinkel beim gleichsinnigen Lenken, welch letzteres bei Geradeausfahrt nur einen kleinen Lenkwinkel erfordert.

In der Fig. 7 sind auf der Ordinaten der Lenkwinkel (links Vorder­ rad, rechts Hinterrad) und auf der Abszisse die Umdrehungen (oben der Lenkwelle, unten des Lenkrades) aufgetragen.

Der Kurvenverlauf nach Fig. 7 läßt erkennen, daß einem quasi sinus­ förmigen Verlauf 41 des Lenkwinkels, der durch das Taumellager ent­ steht, nun noch ein linearer Verlauf 42 der Kugelumlaufspindel 40 überlagert wird. Diese Kugelumlaufspindel 40 kann in einfacherer Ausführung auch ein Schraubgetriebe sein. Eine Resultierende 43 zeigt den Verlauf des durch diese besondere Bauart erreichten Dreh­ winkels der Hinterräder als Summe von Taumellager- und Kugelumlauf­ spindel-Bewegung.

Claims (10)

1. Lenkgetriebe für die gelenkten Räder eines Kraftfahrzeuges, ins­ besondere für die Hinterräder eines Personen-Kraftfahrzeugens, mit einer Lenkwelle und mit einem die Räder verstellenden Lenkstock­ hebel, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lenkwelle (1, 28) ein mit seiner Achse gegenüber der Achse der Lenkwelle (1, 28) schrägstehen­ der Ring als Taumellager (15, 25) angeordnet ist, auf dem der Lenk­ stockhebel (19), vorzugsweise unter Zwischenlage eines Wälzlagers (17, 18), gelagert ist.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstockhebel (19) mittels einer Längslagerung (22) an einer Ver­ drehung gehindert ist.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwelle (1) über einen Elektro-Motor (12) antreibbar ist.

4. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lenkwelle (1) über ein Untersetzungs-Getriebe (13) antreibbar ist.

5. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die gelenkten Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwelle (1) insbesondere über ein Getriebe (14) unmittelbar mit der Lenkspindel des Lenkrades der Vorderachse gekuppelt ist.

6. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ring des Taumellagers (25) aus zwei Einzelringen (26, 27) besteht und daß die zwei Einzelringe gegeneinander verdreh­ bar sind, um den Winkel zwischen Lenkwelle (28) und dem äußeren Einzelring (27) zu verändern.

7. Lenkgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem äußeren Einzelring (27) ein Getriebe (29 bis 36) angreift, das eine Innenverzahnung (29) und ein in die Innenverzahnung (29) eingreifen­ des Kegelzahnrad (30) hat und daß das Kegelzahnrad (30) auf einer Hülse (31) sitzt, die kaoxial auf der Lenkwelle (28) gelagert, gegenüber dieser aber verdrehbar ist.

8. Lenkgetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwelle (28) und die Hülse (31) mit je einem schräg verlaufen­ den Schlitz (33, 34) versehen sind, daß die Schlitze (33, 34) über­ kreuz angeordnet sind und daß ein beide Schlitze (33, 34) durchdrin­ gender Stift (35) vorgesehen ist, der mittels eines Koaxialschiebers (36) in Achsrichtung der Lenkwelle (28) und der Hülse (31) zum Ver­ drehen der Hülse (31) gegenüber der Lenkwelle (28) verschiebbar ist.

9. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Taumellager (15) mit einem Kugelumlaufgetriebe (40) oder ähnlichem zusammengebaut ist zur linearen Überlagerung des Taumellager-Kurvenverlaufes (41).

10. Lenkgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale resultierende Drehwinkel der Hinterräder beim gleichsinni­ gen Lenken - gegenüber dem Drehwinkel der Vorderrräder - kleiner ist als der maximale Drehwinkel beim gegensinnigen Lenken.