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Lenkeinrichtung für einwandfreies Lenken von Kraftfahrzeugen Die Erfindung
bezieht sich auf die Lenkung von auf Achsschenkeln gelagerten Wagenrädern mittels
Lenkkurvengetriebe für einwandfreies Abrollen der Räder.
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Die bekannten Vorrichtungen zum Steuern von auf Achsschenkeln gelagerten
Lenkrädern an Fahrzeugen haben entweder den Nachteil stark begrenzten Schwenkbereiches
oder den des Gleitens der Räder beim Fahren von Kurven. Versuche zur Behebung dieser
Mängel haben eine große Zahl von Ausführungen gezeitigt, die aber alle das zu erstrebende
Ziel des gleitlosen Abrollens aller Räder bei voller Wendigkeit des Wagens nicht
erreichen, weil der bekannten theoretischen Forderung, daß die Differenz der Kotangenten
der Schwenkwinkel beider Lenkräder immer dieselbe bleiben muß, nur durch Konstruktionen
genügt werden kann, die auf genauer Berechnung aufbauen. Wenn auch letzten Endes
die Lösung des Gesamtproblems in der Konstruktion gipfelt, so führt in vorliegendem
Falle der Weg zu derselben über Aufgaben, die ebenfalls als unbekannt bezeichnet
werden müssen, wie die Ermittlung der Berechnungsmethode der - Lenkkurven, deren
Entwurf und zweckmäßigste Formgebung und daran anschließend die Gestaltung des eigentlichen
Getriebes, das als Erzeuger der Lenkkurven die Bewegungen auf die Lenkräder des
Wagens mittelbar überträgt.
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Die bekannte Beziehung cot a - cot ß =b:1 genügt nicht zur
Ermittlung des Verlaufs der Lenkkurven. Bekannt sind in der Formel: der Abstand
der Schwenkpunkte der Lenkzapfen = b und der Abstand der Lenkachse von der festen
Achse = 1. a und ß ist das veränderliche, jedoch voneinander abhängige Schwenkwinkelpaar
der Lenkräder.
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Bisher ist eine weitere Beziehung der Schwenkwinkel, wie z. B. deren
Abhängigkeit von den Lenkkurven, nicht aufgestellt worden. Es ist leicht zu beweisen,
daß die Sinusse der Schwenkwinkel der Lenkräder in umgekehrtem Verhältnis zu den
Halbmessern x und y der Lenkkurven, d. h. den Entfernungen der Lenkkurvenpunkte
von ihrer Drehachse, stehen; es verhält sich demnach: sin a : sin ß = y : x.
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Diese beiden Beziehungen ermöglichen nun die Bestimmung der Lenkkurve
des einen Lenkrades, sofern die Lenkkurve des andern Lenkrades als bekannt angenommen
wird, beispielsweise- und der Einfachheit der Rechnung wegen mit konstantem Halbmesser,-
also als Kreis oder als Halbkreis entsprecend dem Schwenkbereich der Lenkräder von
je i 8o°.
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Die so zu ermittelnden Kurven oder Kurvenräder sind theoretisch wohl
geeignet, die Lenkräder unmittelbar zu steuern, und es sind auch Ausführungen bekannt
geworden, die derartige Lenkungen in Vorschlag bringen.
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Das Mittel, die theoretisch aus den genannten Beziehungen ermittelten
-Lenkkurven von akademischem Wert praktisch zu verwerten,
besteht
darin, daß die für i 8o' Schwenkbereich errechneten Kurven für unmittelbare Übertragung
in erweiterte Kurven von einem Vielfachen von i 8o' zwecks mittelbarer übertragung
auseinandergezogen werden, beispielsweise vierfach. Der vollständige Schwenkbereich
der Lenkräder von i 8o' erscheint somit im Lenkdiagramm erweitert mit 720°. Die
Umlaufgetriebe bewegen sich in diesem Bereich. Durch das Auseinanderziehen der Lenkkurven
durch Vervielfachen der Winkel a und ß werden erweiterte Kurven gewonnen, die durch
in der Technik geläufige Mittel, wie Kurbeln, Zahnräder und Lagerungen, wiedergegeben
werden können. S,üe ermöglichen Ausführungen einwandfreier Lenkgetriebe verschiedenster
Gestaltung, die alle die gleichen Merkmale aufweisen, indem sie die unterschiedlichen
Lenkausschläge der Lenkachsschenkel vergrößert wiedergeben und zur Erzeugung der
Lenkkurven sich einfacher Zahnräder und umlaufender Kurbelgetriebe bedienen, die
ihrerseits von Umlaufzahnrädern angetrieben werden. Selbstverständlich müssen derartig
erweiterte Lenkkurven wieder auf den ursprünglichen Schwenkbereich von 18o° an den
Lenkrädern zurückgeführt werden, was durch übliche, beispielsweise an den Lenkzapfen
der Lenkräder unmittelbar befestigte Zahnräder von entsprechender Übersetzung leicht
erreicht wird.
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Die Erweiterung der Lenkkurven verfolgt einen mehrfachen Zweck; sie
ermöglicht die Herstellung eines den praktischen Forderungen gerecht werdenden Lenkgetriebes,
das, in einem Gehäuse vereinigt, an jeder Stelle des Wagens eingebaut werden kann;
es erzielt vervielfachte Genauigkeit der Lenkübertragung, günstige Kraftbeanspruchung
der Getriebeelemente und, daraus folgend, größere Sicherheit in der Handhabung bzw.
Steuerung des Wagens, zudem, gegenüber Lenkkurvenscheiben für unmittelbare Übertragung,
vereinfachte und genaue Herstellung aller, Getriebeteile mittels gebräuchlicher
Werkzeugmaschinen.
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.Nachstehend wird nun ein Beispiel eines derartigen Getriebes näher
beschrieben; es ist in Abb.2 gezeichnet unter Berücksichtigung des in Abb. i für
dieses Getriebe errechneten und gezeichneten Lenkdiagramms. Zwei Kegelräder I(1
und 1(2 werden durch ein Kegelrad K angetrieben und übertragen ihre Drehbewegungen
auf die Lenkräder des Wagens durch die Achsen A und E, das eine Kegelrad
K2, E unmittelbar, das andere, I(1, A, unter Zwischenschaltung von Kurbel-
und Umlaufgetrieben. Letztere sind um ein berechenbares, in den Abbildungen wegen
seiner Kleinheit nicht in Erscheinung tretendes Maß in Abb. i in Richtung auf T
zu exzentrisch zum Mittelpunkt M und in Abb. 2 auf einer gemeinsamen, nicht drehbaren
Achse O drehbar gelagert. In einem Schlitz S, des Kegelrades K, gleitet ein Kulissenstein
Cl, der mittels eines in ihm gelagerten Zapfens Q, der verlängerten Kurbelwelle
W, dieser am Hebelarm y um die feste Achse O eine bestimmte Drehbewegung erteilt.
W, ist mittels Q2 durch Q3 mit der zweiten Kurbelwelle W2 und diese durch Q4 unter
Vermittlung des Kulissensteins C2 und eines auf der nach A führenden Achse befestigten
Schlitzhebels S2 mit der das Lenkrad führenden Achse A verbunden. Auf der Kurbelwelle
W2 ist außerdem ein um die feste Achse O am Hebelarm y kreisendes Umlaufzahnrad
P befestigt. Es dreht gleichzeitig die Welle W2 in umgekehrtem Drehsinn wie die
Kegelräder von einem mit der Achse O vereinigten Stirnrad R unter Zwischenschaltung
eines in der Abb. 2 verdeckt gezeichneten Zwischenrades Z, derart, daß der Kurbelzapfen
Q4 die in der Abb. i gezeichnete erweiterte Lenkkurve von Doppelschleifenform beschreibt;
Qi durchläuft dabei gleichzeitig eine Doppelkreiskurve. Zwischen Q4 und Qi wird
dabei indirekt eine unterschiedliche Bewegung bewirkt, die gemäß der Bemessung der
Kurbelarme von Q2 und Q3 den für die beiden Lenkräder geforderten unterschiedlichen
Bewegungen entspricht. Die Kurvenbahnen von Q, und Q4 können auch miteinander vertauscht
werden.
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In der vorbeschriebenen, lediglich als Beispiel wiedergegebenen Ausführung
treten nur drei Kurbeln in Erscheinung, weil für eine der Lenkkurven die Kreisform
als Ausgangskurve gewählt worden ist. Es ist auch berechen- und durchführbar, daß
sowohl Q, als auch Q4 Doppelschleifenkurven beschreiben; der Doppelkreis in Abb.
i wird dann ebenfalls. zur Doppelschleifenkurve, und Q, tritt als Zapfen mit Kurbelarm
von gleicher Länge wie derjenige von Q4 in Erscheinung. Qi und Q4 beschreiben zweckmäßig
kongruente Doppelschleifenkurven, und zwar durchläuft Qi die innere, wenn Q4 die
äußere Schleife durchläuft, und umgekehrt; die Anzahl der Kurbeln erhöht sich auf
vier. Ähnliche Getriebeentwürfe zum gleichen Endzweck sind auch mit nur zwei Kurbeln
durchführbar.
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Eine Erklärung für die Zulässigkeit dieser verschiedenartigen Ausführungen
der Kurbeln im besonderen und der Getriebe im allgemeinen ergibt die Beziehung sin
a : sin ß = y : x, darin können sich die Halbmesser x und y beliebig verhältnisgleich
ändern, ohne dadurch die Winkel a und ß beeinflussen zu müssen.
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Alle diese auf mathematischer Grundlage aufbauenden, die theoretischen
Forderungen erfüllenden - Lenkgetriebe haben gegenüber
andern
bekannten Lenkungen folgende Vorzüge: Alle Räder rollen ohne Gleiten ab und bedingen
dadurch geringen Verschleiß der Reifen und Schonung der Fahrbahn.
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Das aus dem Gleiten einzelner Räder herrührende Schleudern des Wagenhinterteiles
beim raschen Durchfahren, insbesondere starker Kurven, wird beseitigt.
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Die Wendigkeit des Wagens wird unbegrenzt, was die Bewegung auf beengtem
Raum ermöglicht.
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Gewähr für sicheres Lenken ist weitgehend gegeben, da durch den Einbau
des Getriebes zwischen den Lenkrädern die gegenseitige Beeinflussung derselben durch
die Verbindungsstange der heute üblichen Trapezlenkungsart fortfällt, welche häufig
schon nach kurzer Betriebsdauer das sogenannte Flattern der Lenkräder verursachte;
die Beanspruchung der Lenkteile wird gleichmäßig in allen Lenklagen, die Betriebssicherheit
erhöht und die Handhabung des Lenkhandrades erleichtert.
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Die Lenkgetriebe können auch für Fahrzeuge mit mehr als zwei Achsen
Anwendung finden.