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Lenkung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkung
für Kraftfahrzeuge mit unabhängig abgefederten, parallel zur Fahrzeuglängsachse
schwingenden Lenkrädern, die durch Gelenkparallelogramme oder -vierecke gegenüber
dem Rahmen geführt sind, und geteilten Spurstangen.
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Es sind Lenkungen für unabhängig abgefederte Lenkräder bekannt, die
durch zwei übereinander angeordnete Querblattfedern gegenüber dem Rahmen geführt
sind. Hierbei ist die die Lenkschenkel miteinander verbindende Spurstange in zwei
Hälften geteilt, deren Längen so bemessen sind, daß beim Durchbiegen der Federn
die von den Lenkschenkeln und von den Spurstangenenden beschriebenen Bögen möglichst
genau übereinstimmen. Dadurch ist erreicht worden, daß die Lenkung beim Durchfedern
der Räder möglichst unbeeinfiußt bleibt und daß das gefürchtete Flattern der Lenkräder
nichtmehr so in Erscheinung treten kann.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese Anordnung in vielen Fällen, namentlich
bei höheren Fährgeschwindigkeiten oder schlechter Straßenbeschaffenheit, nicht genügt,
um eine einwandfreie Lenkung sicherzustellen. Da die Federenden nämlich beim Durchfedern
der Räder eine andere geometrische Bahn beschreiben als die Spurstangenenden, so
übt das Lenkgestänge doch noch Zug-oder Druckkräfte auf die Lenkschenkel aus, unter
denen die Räder zwangsläufig ausgelenkt werden. Dieser Nachteil läßt sich nur vermeiden,
wenn die Schwingbahnen des Spurhebels und des Spurstangenendes genau übereinstimmen,
gleichgültig in welcher Art die Lenkräder parallel zueinander geführt sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Abstand des inneren vom äußeren
Lagerpunkt der Spurstange in der Projektion auf die Schwingebene der Lenkräder gleich
der Länge der Projektion der Traghebel auf dieselbe Schwingebene ist. In diesem
Fall-beschreiben nämlich die äußeren Lagerpunkte der Spurstange genau den durch
die Parallelführung der Lenkschenkel vorgegebenen Kreisbogen, so daß die Lenkung
für jeden Radhub völlig unbesinflußt bleibt. Die Spurstangen. selbst beschreiben
hierbei den Mantel eines geraden Kreiskegels, dessen Spitze mit dem inneren Lagerpunkt
der Spurstange. zusammenfällt. Diese Bedingung ist in der Laufstellung der Räder,
also bei Geradfahrt, immer zu erfüllen, gleichgültig, welche Lage und welche Länge
Trag- und Spurhebel dabei besitzen.
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Diese Vorteile lassen sich nun gemäß der Erfindung auch für jede Lenkstellung
der Räder, also bei Kurvenfahrt, aufrechterhalten, wenn der Lenk- und der Spurhebel
gleichzeitig gleich lang und gleichgerichtet sind. In diesem Fall bilden nämlich
Lenkhebel, Spurhebel und Spurstange selbst wieder ein Parallelogramm oder Viereck,
das für jeden beliebigen Lenkausschlag die richtige Lagerung der Spurstange zwangsläufig
aufrechterhält. Welche Lage und welche Länge Lenk-und
Spurhebel
dabei besitzen, ist für diese Bedingung ohne. Belang. Durch diese Anordnung ist
eine vollkommen -unabhängige Lenkung erzielt; die bisher bei schwingend geführten
Rädern auch nicht annähernd erreicht werden konnte.
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Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
schaubildlich dargestellt. Es zeigt Fig. i den Grundriß der Lenkung, Fig. den dazugehörigen
Aufriß, Fig. ; eine zweite Ausführung im Grundriß, Fig. .y eine weitere Ausführung
im Aufriß, Fig. 5 eine dritte Ausführung im Grundriß, Fig. 6 den dazugehörigen Aufriß,
Fig. 7 eine vierte Ausführung im Grundriß, Fig.8 den dazugehörigen Aufriß.
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Das Lenkrad i ist auf dem Zapfen 2 des Lenkzapfens 3 in bekannter
Weise gelagert. Der Lenkzapfen 3 ist an den äußeren Endender Traghebel 4., q.a in
Kugelgelenken 5, 6 gelagert, die sowohl die Schwing- als auch die Lenkbewegung des
Rades i ermöglichen. Die Traghebel 4, 4a sind im Zapfen 7, 8 am Rahmen 2o quer zur
Fahrtrichtung r drehbeweglich gelagert. Die Gelenkpunkte 5, 6 und 7,8
bestimmen
in der Mittellage ein Rechteck, das sich beim Durchfedern des Rades i beispielsweise
um den Winkel a zwangsläufig in ein Parallelogramm verhandelt, wobei der Lenkzapfen
3 zu sich selbst und zur Fahrzeuglängsachse parallel geführt ist. Das Rad i ändert
somit beim Durchfedern weder seine Spur noch seine Rotationsebene, so daß keine
zusätzlichen Kreiselmomente hervorgerufen werden können. Die Zapfen 7, 8 der Traghebel
.l. 4#a sind mit gleichachsig an ihnen angreifenden Drehfedern irgendwelcher Art
verbunden gedacht, durch welche die Rückstellkräfte der Radbewegung ausgelöst werden.
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Mit dem Lenkzapfer 3 ist ein Spurhebel 9 verbunden, der dem Rad i
die Lenkhewegung über geteilte Spurstangen i x, i i' vermittelt. Die äußeren Spurstangenenden
sind hierbei durch Kugelgelenke io, to' mit den Spurhebeln 9, 9', die inneren Spurstangenen:den
hingegen durch ein Kugelgelenk 12 mit dem in der Längsmittelebene des Fahrzeugs
angeordneten Lenkhebel 13 verbunden. Die Spurstangen i i, i i' sind nun derart schräg
zueinandergestellt, daß der Abstand des- inneren Lagerpunktes 12 von den äußeren
Lagerpunkten io, io' in der Projektion auf die Scli.«ingel3ene der Räder i, i' gleich
der länge fc der Projektion der Traghebel q., 4.a auf diese Schwingebene ist. Der
Lenkhebel 13 ist in einem Zapfen 1¢ mit dem Lenkzapfen 3 paralleler Drehachse im
Rahmen gelagert. Spurhebel 9, 9' und Lenkhebel 13 sind gleich lang und gleichgerichtet,
wobei sie zur Längsmittelebene des Fahrzeugs parallel stehen. Der Drehzapfen 14
des Lenkhebels, 13 wird in bekannter Weise durch ein Schraubengetriebe 15, 16 von
der Lenksäule 17 angetrieben, wodurch der Lenkhebel 13 um den Winkel (3 beidseitig
verstellt werden kann.
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Federt das Rad i z. B. nach oben durch, so beschreiben die Gelenkpunkte
5, 6 Kreisbahnen in der Schwingebene vom Halbbesser a. Jeder Punkt des Lenkzapfens
3, also auch der äußere Lagerpunkt io der Spurstange i i, beschreibt nach der Parallelogrammregel
eine hierzu gleichförmige lireisbahn. Nun verharrt aber der innere Lagerpunkt 12
der Spurstange i i in Ruhe, da er in der theoretischen Schwingachse des Lagerpunktes
io liegt. Die Spurstange ii beschreibt somit beim Durchfedern des Rades i einen
Kegelmantel, dessen Spitze durch den ruhenden Punkt 12 und dessen Basis durch den
kreisförmig bewegten. Punkt i o gebildet wird. Da die Erzeugenden dieses geraden
Kreiskegels untereinander gleich sind, kann der Spurhebel9 seine ursprüngliche Stellung
gegenüber den Traghebeln q., q.a nicht ändern, so daß die Lenkung beim Durchfedern
des Rades i unbeeinflußt bleibt.
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An diesen Zusammenhängen wird nun nichts geändert, wenn der Lenljiebel
13 durch das Schraubengetriebe 15, 16 willkürlich verstellt wird. Die Spurstangen
i i, i i' bilden nämlich mit den Spurhebeln 9, 9' und dem Lenkhebel 1;3 jeweils
ein Parallelogramm, das die Spurstangen i i, i i' parallel zu sich selbst steuert.
Wird der Lenkhebel 13 beispielsweise um den Winkel (3 ausgelenkt, so beschreiben
die Lagerprunkte i o, i o' und 12 gleichförmige Kreisbahnen vom Halbmesser b. Dadurch
bleibt der Abstanda des inneren Lagerpunktes i2 von den äußeren Lagerpunkten i o,
i o' in jeder Lenkstellung der Räder i, i' erhalten und, da der innere Lager punkt
12 jeweils nvangsläufig in die theoretische Schwingachse der äußeren Lagerpunkte
i o, i o! zurückgeführt wird, die Lenkung selbst unbeeinflußt. Bei dieser Anordnung
der Spurstangen i i, i i' ist die Lenkung somit nicht nur in der Stellung für Fahrt
geradeaus, sondern auch in jeder Lenkstellung (Kurvenfahrt) .der Räder i, i' von
der Federung vollkommen unabhängig.
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Die Lenkanordnung nach Fig. i hat nun den Nachteil, daß die Radachsen
A, A' in jeder Leidcstellung zueinander parallel bleiben. Die Räder i, i'
werden daher in. der Kurve nicht nur- tollen, sondern auch gleißen, was bekanntlich
einen erhöhten Reifenverschleiß zur Folge hat. Um dies zu vermeiden, sind bei der
-Lenkanordnung. nach Fig.3 die Spurhebel 9, 9' nach einwärts gerichtet. Der Lenkhebel
13 ist aus der Längsmittelebene des
Fahrzeugs seitlich herausgerückt
und mit einem symmetrisch zu dieser Ebene angeordneten Führungshebel 13'- durch
eine Stange 18 zu einem Gelenktrapez verbunden. Lenkhebel 13, Spurstange i i und
Spurhebel 9 einerseits, Führungshebel 13', Spurstange i i' 'und Spurhebel9' anderseits
bilden in diesem Fall an das Gelenktrapez zu beiden Seiten anschließende Gelenkparallelogramme.
Der Abstand der inneren Lagerpunkte 12, 12' von den äußeren Lagerpunkten io, io'
in der Projektion auf die Schwingebene der Räder i, i' ist hierbei wiederum gleich
der Länge a der Projektion der etwas nach außen gerichteten Traghebel 4, 4a auf
dieselbe Schwingebene. Da die Lagerpunkte 12, 12' auch hier jeweils in die theoretische
Schwingachse der äußeren Lagerpunkte io, io' zwangsläufig zurückgeführt werden,
bleibt die Wirkungsweise dieser Anordnung gegenüber der früheren unverändert erhalten.
Wird .aber jetzt der Lenkhebel 13 durch das Schraubengetriebe i 5, i 6 um den Winkel
(T" verstellt, so ist der Verstellwinkel ß' des Führungshebels 13' nach der
Trapezregel kleiner. Die Radachsen A, A'
schneiden sich daher entsprechend
den voneinander verschiedenen Auslenk«rinkeln (3", (3' der Räder i, i' in einem
Punkt, der auf der Kurveninnenseite und bei richtiger Ausmittlung der Lenkung annähernd
in der Verlängerung der Hinterachse liegt. Es läßt sich somit durch diese Anordnung
jede beliebige zwangsläufige Auslenkung der Räder i, i' unter Wahrung der vollkommenen
Unabhängigkeit der Lenkung erreichen.
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Zur Vereinfachung der Lenkanordnung nach Fig. 3 kann auch jene nach
Fig. 5 angew andt werden. Bei dieser ist der Lenkhebel 13 aus der Längsmittelebene
des Fahrzeugs herausgerückt, und die beiden verschieden langen Spurstangen i i,
i i' sind durch je ein Gelenk 12, 12' mit ihm verbunden. Die Bedingung, saß Lenkhebel
13 und Spurhebel 9, 9' gleichgerichtet sind, kann in diesem Fall nicht erfüllt werden.
In der Laufstellung der Räder i, i' sind die Spurstangen i i, i i' zwar richtig
gelagert, d. h. der Abstand der inneren I_agcrpunkte 12, 12' von den äußeren Lagerpunkten
i o, i o' in der Projektion auf die Schwingebene entspricht auchhier der Längea
der Traghebelprojektionen auf dieser Ebene. `'Wird der Lenkhebe113 jedoch um den
Winkel j ) verstellt, so vergrößert sich der Abstand a für die Spurstange i i in
a', während sich jener für die Spurstange i i' in a" verkleinert. Beim Durchfedern
werden die Räder i, i' daher in der Richtung R, R' zusätzlich ausgelenkt. Diese
Rückwirkungen sind jedoch außerordentlich gering, da der theoretische Schwingkreis
der Punkte i o, i o' den z@irklichen Schwingkreis eng berührt. Bei der Spurstange
i i ist der wirkliche Schwingkreis mit dein Halbmesserd" kleiner als der theoretische
mit dem Halbmessera, so daß die Spurstange i i genötigt ist, den Spurhebel 9 nach
außen zu drücken. Umgekehrt ist bei der Spurstange i i' der wirkliche Schwingkreis
mit dem Halbmessers" kleiner als der theoretische mit dem Halbmesser a, so saß die
Spurstange i i' gezwungen ist, den Spurhebel 9' nach einwärts zu ziehen. Diese Rückwirkungen
des Lenkgestänges können mit Rücksicht auf die geringe Fahrgeschwindigkeit in Kurven
und auf den einfachen Aufbau der Lenkung unbedenklich in K'a'uf genommen werden,
zumal sie nur einen Bruchteil dessen ausmachen, womit bei den heute üblichen Lenkanordnungen
gerechnet werden muß.
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Die gleiche Vereinfachung wie durch die Lenkanordnung nach Fig. 5
ist auch durch jene nach Fig. 7 zu erreichen. Bei dieser sind die Spurhebel 9, 9'
noch weiter nach einwärts gestellt, und die gleich langen Spurstangen i i, i 1'
sind an eine Zahnstange 22 angelenkt, die quer im Rahmen verschiebbar gelagert ist.
Die Zahnstange 22 wird unter Vermittlung eines Zahnritzels 21 von der Lenksäule
17 unmittelbar verstellt. Der Abstand der Zahnstange 22 von den äußeren Lagerpunkten
i o, i o' der Spurstangen i 1, i i' in der Projektion auf die Schwingebene stimmt
mit der Länge a der Schwinghebelprojektionen auf dieselbe Ebene überein. Die Zahnstange
22 liegt somit bei Geradfahrt in der theoretischen Schwingachse der Punkte i o,
i (Y. Wird jedoch die Zahnstange 22 -um den Betrag x verstellt, so werden
die Spurhebel 9, 9' um verschiedene Winkel ß', ß" ausgelenkt, wobei sich der Abstanda
für die Spurstange i i in a' vergrößert, für die Spurstange i i' hingegen in u"
verkleinert. Es liegen demnach die gleichen Verhältnisse wie bei der Lenkanordnung
nach Fig. 5 vor.
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Da ein Schraubengetriebe 15, 16 weben des punktweisen Flankeneingriffs
nicht immer geeignet ist, ist in Fig. 4 gezeigt, wie ein Schnekkengetrieb.e 15',
16' zum Antrieb des Lenkhebels 13 angewendet werden kann. Bei dieser Anordnung ist
der Lenkzapfen 3 zur Senkrechten geneigt und die Lenksäule 17 ,etwa senkrecht dazu
angeordnet. In diesem Fall kann der Drehzapfen 14 des Lenkhebels 13 zum Lenkzapfen
3 und der Spurhebel 9 sowie der Lenkhebel 13 zur Lenksäule 17 parallel gestellt
werden, -wodurch keine Änderung der geschilderten Wirkungsweise eintritt. Sofern
die Lenksäule 17 und der Lenkhebel 13 nicht senkrecht zur Achse des Lenkzapfens
3 stehen, kann durch die Anordnung nach Fig. 6 eine gute Annäherung an die obigen
Verhältnisse erreicht werden. Hierbei ist die Länge b' des Lenkhebels 13 derart
bemessen, saß seine
Projektion auf eine zum Lenkzapfen 3 senkrechte
Ebene der Projektion der Länge b des Spurhebels 9 auf dieselbe Ebene entspricht.
Die Länge b stellt in diesem Fall den Halbmesser des Scheitelkreises vor, den die
durch Projektion der Kreisbahn der Punkte 12, 12' auf diese Ebene hervorgegangene
Ellipse besitzt. Die unvermeidlichen Abweichungen der Bahnpunkte 12, 12' von den
Projektionspunkten dieser Ebene nehmen hierdurch einen Mindestwert an.
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Es ist nicht unbedingt nötig, den Lenkhebel 13 -unmittelbar durch
ein Getriebe 15, 16 öder i 5', 16' zu verstellen. Der Lenkhebel 13 kann vielmehr
auch mittelbar über eine Lenkschubstange in bekannter Weise verstellt werden, die
die Anbringung des Lenkgetriebes 15, 16 oder 15, 16' in beliebiger Entfernung
vom Drehzapfen 14 des Lenkhebels 13 gestattet.
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Die Vorteile der Erfindung treten auch dann ein, wenn die geschilderten
Merkmale nicht genau, sondern nur annähernd durch die Lenkanordnung verwirklicht
sind. D,er Abstand der inneren Lagerpunkte 12, 12' von den äußeren Lagerpunkten
i o, i o' der Spurstangen i i, i i' in der Projektion auf die Schwingebene braucht
demnach weder genau mit der Längea der Traghebelprojektionen auf diese Ebene übereinzustimmen,
noch brauchen die Spurhebel 9, 9'..und die Lenkhebel 13, 13' genau gleich lang oder
gleichgerichtet zu sein, wenn bauliche Gründe, die durch die Lagerung und Unterbringung
des Lenkgestänges im Fahrzeug bedingten Abweichungen rechtfertigen. Die durch die
Querschwingungen. des Wagenkastens bedingten Abweichungen können hierbei mitberücksichtigt,
unter Umständen sogar ausgeglichen werden.
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Einzelne Merkmale der Erfindung lassen sich sinngemäß auf Lenkungen
für unabhägig abgefederte, quer zur Fahrzeuglängsachse schwingende Lenkräder übertragen.
Spurstangen und Traghebel sind in diesem Fall gleich lang und gleichgerichtet. Für
die vollkommene- Lösung der unabhängigen Lenkung ist die Ausbildung eines dem Lenkhebel
entsprechenden Führungshebels ,gemäß der Anordnung nach Fig.3 nötig, während für
die Näherungslösung gemäß der Anordnung nach Fig. 5 mit einem einzigen Lenkhebel
das Auslangen gefunden werden kann.
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Durch die Anwendung von allgemeinen Gelenkvierecken an Stelle der
Gelenkparallelogramme -zur Führung der Räder wird die aufgezeigte Gesetzmäßigkeit
der Lenkung nur wenig geändert, falls die Länge der Traghebel nur unwesentlich voneinander
verschieden ist. Der Abstand der inneren von den äußeren Lagerpunkten der Spürstange
in der Projektion auf die Schwingebene der Räder ist in diesem Fall zweckmäßig der
mittleren Länge der Traghebelprojektionen auf diese Ebene gleichzusetzen.
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Insbesondere wird die Lage der Lenksäule, je nachdem ob Links- oder
Rechtslenkung des Fahrzeugs erwünscht ist, ebenso wie die unerläßliche Achsversetzung,
die in den Ausführungsbeispielen vernachlässigt worden ist, bei der Festlegung der
Lenkanordnung zu berücksichtigen sein.