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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftfahrzeuge mit
Vierradlenkung.
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Sie betrifft speziell eine mechanische Lenkvorrichtung für Fahrzeuge mit
Vierradlenkung, die eine vordere Lenkeinheit und eine hintere Lenkeinheit aufweist, die durch
einen Längsstab miteinander verbunden sind, wobei die hintere Lenkeinheit einen über
jeweilige Lenkungskupplungsgelenke und Spurstangen mit den Hinterrädern
verbundenen Querstab sowie zwischen dem Längsstab und dem Querstab wirksame
Übertragungsmittel umfaßt.
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Eine Lenkvorrichtung dieser Art ist durch FR-A-2 445 259 bekannt. Bei dieser wird der
Längsstab von der Vorderradlenkung in seiner Längsrichtung bewegt. Sein hinteres
Ende ist mit einer Übertragungsplatte verbunden, in der sich eine Nockenprofilnut
befindet, in der ein an dem Querstab angeordneter Stift gleiten kann. Die Profilnut, die
eine S-förmige Gestalt hat, bewegt die Hinterräder bei kleinen Lenkbewegungen in
derselben Richtung wie die Vorderräder und bei großen Lenkbewegungen in
entgegengesetzter Richtung. Die relative Gleitbewegung zwischen der Nutplatte und dem in die
Nut eingreifenden Stift wirft Probleme auf, die mit dem relativen Taumeln und der
Abnutzung und dem daraus resultierenden Spiel und der Einbuße an Präzision bei der
Steuerung der Hinterradlenkung zusammenhängen.
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Mechanische Lenkvorrichtungen des oben erwähnten Typs sind außerdem z.B. durch
US-A-4 557 493 und US-A-4 522 417 bekannt. Bei diesen ist der Längsstab eine
drehbare Übertragungswelle, die die vordere und die hintere Lenkeinheit drehfest
miteinander kuppelt, wobei die Übertragungsmittel die Drehbewegung der
Übertragungswelle
in eine Tanslationsbewegung des Querstabes umwandeln. Bei diesen bekannten
Vorrichtungen umfassen die zwischen der Längswelle und dem Querstab angeordneten
Übertragungsmittel eine Kaskadenanordnung von exzentrischen Wellen mit einem
beweglichen Kronrad, das mit einem festen Zahnring in Eingriff steht. Diese
Übertragungsart ermöglicht auch eine Umkehrung der Ausrichtung der Hinterräder, die bei
kleinen Drehwinkeln des Lenkrades gleichphasig mit den Vorderrädern und bei großen
Drehwinkeln gegenphasig zu ihnen gelenkt werden.
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Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht einerseits in ihrer beträchtlichen
strukturellen Komplexität und andererseits darin, daß es praktisch unmöglich ist,
andere als pseudosinusförmige Lenkkennlinien zu realisieren.
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Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gesetzt das oben erwähnte Problem zu
vermeiden und eine mechanische Lenkvorrichtung der letzgenannten Art zu schaffen,
die einfach und billig herzustellen ist und die sich je nach Betriebserfordernissen leicht
mit unterschiedlichen Arten von Lenkkennlinien realisieren läßt.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Übertragungsmittel aus
einer positiven, d.h. doppeltwirkenden, Nockenanordnung bestehen, die eine Scheibe
aufweist, die um eine zu dem Querstab orthogonale Achse drehbar ist und die mit
konvex-konkaven seitlichen Arbeitsprofilflächen ausgestattet ist, an denen zwei von
dem Querstab getragene Nockenrollen von entgegengesetzten Seiten aus angreifen
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Der Ausdruck "positive Nockenanordnung" soll in der folgenden Beschreibung und in
den Ansprüchen eine doppeltwirkende Nocke bezeichnen, d.h. eine Nocke, die auf
ihren beiden entgegengesetzten Seiten wirksam ist. Dieses Konzept ermöglicht eine
einfachere und billigere Hergestellung der Lenkvorrichtung als dies bei bekannten
Lösungen der Fall ist. Außerdem lassen sich leicht unterschiedliche vorbestimmte
Lenkkennlinien durch einfachen Austausch der positiven Nockenanordnung gegen Nocken mit
anderen Formen realisieren.
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Wenn im Betrieb das Lenkrad des Fahrzeugs gedreht wird, bewirkt dies eine Drehung
der Nocke, die eine positive Bewegung des mit den Hinterrädern verbundenen
Querstabs hervorruft, weil dieser in direktem Kontakt mit der Nockenrolle steht. Wegen des
"positiven" Antriebs kann der Querstab so mit maximaler Präzion eine
Translationsbewegung in einer Richtung oder, wenn die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, in der
entgegengesetzten Richtung ausführen. Die Verschiebung des Stabs wird
selbstverständlich durch die Höhe des Nockenprofils bestimmt und ist zur Drehbewegung des
Lenkrades proportional.
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Die hintere Lenkeinheit kann vorteilhafterweise eine Eingangswelle aufweisen, die mit
der Längswelle drehfest gekuppelt ist, ferner eine zu der Eingangswelle parallele
freilaufende Eelle, mit der die doppeltwirkende Nockenanordnung drehfest gekuppelt ist,
sowie eine Zahnrad-Untersetzungseinheit die die Eingangswelle und die Leerlaufwelle
drehfest miteinander verbindet.
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Auf diese Weise wird das auf die Längswelle übertragene Drehmoment verringert, so
daß kleinere Torsionswinkel auftreten und die betreffenden Kupplungen für die
Verbindung der vorderen und hinteren Lenkeinheit weniger beansprucht werden.
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Um zu verhindern, daß die von der positiven Nocke auf die Nockenrollen einwirkenden
Kräfte eine Drehung des Querstabs um seine eigene Achse verursachen, umfaßt die
hintere Lenkeinheit vorteilhafterweise außerdem eine Führungsstange, die parallel zu
dem Querstab gleiten kann und mit diesem über zwei Stifte verbunden ist, die die
Nockenrollen tragen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung mit Mitteln zur
Justierung des hinteren Lenkstänges ausgestattet. Diese Mittel umfassen einen
Gewindestößel, der durch eine Öffnung in der doppeltwirkenden Nockenanordnung
einsetzbar ist, um diese zeitweilig in ihrer zentralen Position gegen Drehung zu blockieren.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Durch diese ausführliche Beschreibung werden weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung verdeutlicht.
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Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Vierradlenksystems für
Kraftfahrzeuge mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur
Lenkung der Hinterräder,
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie II-II von Fig. 1 in größerem
Maßstab,
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie III-III von Fig. 2, entsprechend der
Linie IV-IV von Fig. 2,
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Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung möglicher theoretischer Arbeitsprofile der
positiven Nocke der Vorrichtung,
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Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der Lenkungskurve der Hinterräder als
Funktion des Drehwinkels des Lenkrades, die sich mit Hilfe des in Fig. 5
dargestellten
theoretischen Profils der positiven Nockenanordnung erzielen läßt.
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Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Vorderräder und die Hinterräder eines
Kraftfahrzeugs, das mit einem insgesamt mit 3 bezeichneten Vierradlenkungssystem
ausgestattet ist, sind mit 1 bzw. 2 bezeichnet. Das Systeme umfaßt im wesentlichen
eine vordere Lenkeinheit 4 herkömmlicher Art, die mit einem Antriebsausgang für die
Hinterachse ausgestattet ist, sowie eine hintere Lenkeinheit 5. Die beiden
Lenkeinheiten 4 und 5 sind durch eine Längswelle 6 und entsprechende Kreuzgelenkkupplungen
7 und 8 direkt mechanisch miteinander verbunden.
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Die weiter unten im Detail beschriebene hintere Lenkeinheit 5 lenkt die Hinterräder 2
über entsprechende Spurstangen 9 und Kupplungen 10.
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Fig. 2 bis 4 zeigen nähere Einzelheiten. Ein Querstab 10 ist in der hinteren Lenkeinheit
5 so angeordnet, daß er in einer zur Richtung der Längswelle 6 orthogonalen Richtung
gleiten kann. Seine Bewegung in einer Richtung oder in der entgegengesetzten
Richtung wird erfindungsgemäß durch eine positive Betätigungsnocke 12 bewirkt. Die
Nocke 12 besteht aus einer Platte, die um eine zu dem Querstab 11 senkrechte und
damit zur Längswelle 6 im wesentlichen parallele Achse drehbar ist. Sie wird mit Hilfe
einer Eingangswelle 13 gedreht, deren außerhalb der hinteren Lenkeinheit 5 liegendes
Ende mit der Längswelle 6 drehfest gekuppelt ist. Das innere Ende der Eingangswelle
13 trägt ein antreibendes Zahnrad 14, das mit einem angetriebenen Zahnrad 15
kämmt, das seinerseits auf einer freilaufenden Welle 16 aufgekeilt ist, die längsseits
zur Eingangswelle 13 und parallel zu dieser verläuft. Die Nocke 12 ist mit dem
Zahnrad drehfest gekuppelt und wird deshalb von der Längswelle 6 mit einem
Untersetzungsverhältnis angetrieben, das demjenigen des Zahnradpaares 14, 15 entspricht.
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Wie am besten aus Fig. 3 erkennbar ist, ist die Nocke 12 im dargestellten
Ausführungsbeispiel im wesentlichen birnenförmig ausgebildet und besitzt konvex-konkave
aktive Seitenprofile 12a, 12b, mit denen zwei von dem Querstab 11 getragene
Nockenrollen auf entgegengesetzten Seiten der Nocke 12 in rollendem Kontakt stehen.
Das theoretische Profil und das Arbeitsprofil der Nocke 12 von Fig. 2 bis 4 sind in Fig.
5 dargestellt. Und zwar entspricht das resultierende Arbeitsprofil der Umhüllenden der
Umkreise, deren Zentren auf dem theoretischen Profil liegen und deren Radien denen
der Nockenrollen 17 entsprechen, die den positiven Antrieb ermöglichen. Das in Fig. 5
dargestellte theoretische Profil liefert die in Fig. 6 dargestellte Lenkkennlinie der
Hinterräder 2 als Funktion des Drehwinkels des Lenkrad des Fahrzeugs. Diese Lenkkennlinie
läßt sich nach einer Vielzahl unterschiedlicher vorbestimmter Lenkgesetze variieren,
indem man die Nocke 12 einfach gegen Nocken mit abweichender Form auswechselt.
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Um zu verhindern, daß die von der Nocke 12 auf die Nockenrollen ausgeübten Kräfte
den Querstab 11 um seine eigene Achse drehen, ist letzterem eine Führungsstange 18
zugeordnet, die an ihren Enden in Führungen 20 der Lenkeinheit 5 gleiten kann und mit
dem Querstab 11 durch zwei Stifte 19 verbunden ist, auf denen die Nockenrollen 17
drehbar gelagert sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Nocke 12 im Bereich ihrer
mittleren Symmetrieachse eine Bohrung 21 auf, in die ein Gewindestößel 22 eingreifen
kann, der sich vom Außenraum aus in die Lenkeinheit 5 einschrauben läßt, um die
Nocke 12 und damit den Querstab 11 vorübergehend in ihrer der fluchtenden
Ausrichtung der Hinterräder entsprechenden zentralen Position zu blockieren. Dies dient zur
Einstellung des hinteren Lenkgestänges, wenn das Fahrzeug montiert wird. Sobald
diese Einstellung beendet ist, die der Gewindestößel 22 aus der Nocke 12
herausgezogen und entfernt.
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Im Betrieb verursacht das Drehen des Lenkrads des Fahrzeugs eine Drehung der Nocke
12 (in Abhängigkeit von den Übertragungs- und Untersetzungsverhältnissen der
hinteren Lenkeinheit relativ zu der vorderen Lenkeinheit). Diese Drehung bewirkt über die
Nockenrollen 17 eine positiven Bewegungsantrieb des Querstabs 11. Letzterer kann
sich so nach rechts oder, wenn die Bewegung umgekehrt wird, mit größter Präzision
(minimalem Spiel) nach links bewegen. Wenn man eine Reihe von Nockenrollen 17 mit
geringfügig unterschiedlichen Außendurchmessern zur Verfügung hält, kann beim
Zusammenbau der hinteren Lenkeinheit 5 irgendwelches Spiel zwischen der Nocke 12
und den Rollen 17 auf für die Funktion am besten geeignete minimale Werte eingstellt
werden.
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Es ist klar, daß die Bewegung des Querstabs 11 durch die Profilhöhe der Nocke 12
bestimmt wird und zum Drehwinkel des Lenkrades proportinal ist, wie dies in Fig. 6
beispielhaft dargestellt ist.
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Die von den Zahnrädern 14 und 15 gebildete Untersetzungseinheit ermöglicht eine
Verringerung der auf die Längswelle 6 übertragenen Drehmomente. Dies hat kleinere
Torsionswinkel der Längswelle 6 und damit eine geringere Beanspruchung der
Kreuzgelenkkupplungen 7 und 8 zur Folge, so daß ihr Winkelspiel geringere
Auswirkung hat.
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Die Hauptvorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich folgendermaßen
zusammenfassen:
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- die Möglichkeit, eine Vielzahl unterschiedlicher, jeweils zur optimalen Handhabung
des Fahrzeugs berechnete Lenkkennlinien durch Austausch der positiven Nocke 12
gegen ähnliche Nocken mit anderen Profilen zu realisieren.
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- die Irreversibilität des hinteren Lenksystems, durch die das Wiederausrichten der
Hinterräder durch das (in geeigneter Weise vergrößerte) Wiederausrichtmoment des
vorderen Lenksystems bewirkt wird,
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- die Möglichkeit der Justierung des hinteren Lenkgestänges durch die
Positionsblockierung der Hinterräder 2 mit Hilfe des Gewindestößels 22 (der nach Beendigung der
Einstellung entfernt wird),
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- die einfache Struktur der Vorrichtung durch die Verwendung der positiven Nocke 12
die durch Stanzen und Abgraten mit Hilfe von Werkzeugen (Fräsern und Schleifern)
hergestellt werden kann, die denselben Durchmesser haben wie die Rollen 17 mit Hilfe
von Herstellungsverfahren, wobei Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen,
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- die leichte Justierung und das Entfernen von durch Abnutzung verursachtem Spiel
durch Auswechseln der Rollen 17 gegen Rollen mit größerem Durchmesser.
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Die Formen des Ausführungsbeispiels und die konstruktiven Details der Vorrichtung
lassen sich gegenüber den beschriebenen und dargestellten Formen und Einzelheiten
natürlich in weitem Umfang variieren, ohne daß damit der Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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So könnte z.B. die die positive Nocke 12 tragende freilaufende Welle 16 direkt mit der
Längswelle 6 verbunden sein, wodurch die Herstellung der Vorrichtung weiter
vereinfacht würde.