DE3910385A1 - Lenkgetriebe - Google Patents
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Description
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.
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.
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.
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.
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