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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zahnstangengetriebeeinheit
für das
Lenksystem.
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Ein
Fahrzeug besitzt generell diverse Komponenten, wie einen Motor,
eine Aufhängung,
Getriebekomponenten und ein Lenksystem, die in einem Motorabteil
des Fahrzeuges zusammengepackt sind. Diese Fahrzeugkomponenten sind
in Relation zueinander so angeordnet, dass eine bestimmte Gestaltung
definiert wird.
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Die
Fahrzeugkomponenten sind in einem begrenzten Raum im Motorabteil
installiert. Diese Installation sollte so ausgeführt sein, dass die Höhe eines
Fahrzeuges vom Boden minimal ist. Die Installation sollte ferner
so ausgestaltet sein, dass die Montage von Rädern mit kleinem Durchmesser
am Fahrzeug ermöglicht
wird. Des weiteren sollte diese Installation eine maximale Ausnutzung
des Raumes im Motorab teil sicherstellen. Dies ist nur möglich durch eine
kompakte Anordnung der Fahrzeugkomponenten im Motorabteil.
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Das
Lenksystem eines Fahrzeuges bildet eine kritische Komponente für eine kompakte
Anordnung, da es zum Steuern der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges
durch Manövrierung
von dessen Rädern
verwendet wird. Die Räder
werden gelenkt, indem Betätigungen
eines manuell lenkbaren Elementes, wie eines Lenkrades, auf die
Räder übertragen werden.
Das Lenksystem umfasst diverse Verbindungen, die eine definierte
Geometrie besitzen. Diese Verbindungen können der Installation der Aufhängungskomponenten
in Bezug auf den Motor und die Getriebekomponenten Beschränkungen
auferlegen. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Lenksystem, das
eine kompakte Anordnung der Aufhängungskomponenten
relativ zu den Motor- und Getriebekomponenten im Motorabteil ermöglicht.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem für ein Fahrzeug
zu schaffen, das die Möglichkeit
der kompakten Anordnung von Aufhängungskomponenten
relativ zu einem Motor und zu Getriebekomponenten bietet.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines
kompakt ausgestalteten Motorabteiles, so dass die Höhe eines
Fahrzeuges vom Boden minimal ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung
eines Lenksystems, das die Montage von Rädern mit kleinem Durchmesser
am Fahrzeug ermöglicht.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Lenksystem,
das zwei Spurstangen besitzt, die zur Erzielung von maximalen geometrischen
Vorteilen orientiert werden können,
während diverse
Fahrzeugkomponenten in einem Motorabteil angeordnet sind.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Lenksystem zum Lenken der Räder eines
Fahrzeuges vor. Das Lenksystem besitzt eine Zahnstange und ein Ritzel
sowie zwei Spurstangen. Die Zahnstange hat eine Zahnstangenachse.
Das Ritzel steht so mit der Zahnstange in Eingriff, dass durch Drehung
des Ritzels die Zahnstange zur Durchführung einer Bewegung in linearer
Richtung angetrieben wird. Jede der beiden Spurstangen besitzt ein
erstes Ende, das so mit der Zahnstange verbunden ist, dass die Achse
einer Spurstange gegenüber
der Zahnstangenachse versetzt ist. Ferner hat jede der beiden Spurstangen ein
zweites Ende, das mit einem Gelenk verbunden ist, an dem ein Lager
befestigt ist. Ein Rad des Fahrzeuges ist am Lager fixiert.
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Die
beiden Spurstangen können
zur Erzielung einer kompakten Anordnung im Motorabteil orientiert
sein. Ferner sorgt der Versatz zwischen den Spurstangen und der
Zahnstange für
eine Option zum effizienten Anordnen der Aufhängungskomponenten relativ zum
Motor und den Getriebekomponenten im Motorabteil. Darüber hinaus
trägt die
effiziente Anordnung des Motors, der Aufhängungskomponenten und der Getriebekomponenten
im Motorabteil dazu bei, die Höhe
des Fahrzeuges vom Boden zu verringern. Ferner sieht das Lenksystem
der vorliegenden Erfindung eine Option zur Montage von Rädern mit
kleinem Durchmesser am Fahrzeug vor.
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Die
verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung werden hiernach in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
erläutert.
In den Zeichnungen wird die Erfindung dargestellt, jedoch hierdurch nicht
beschränkt,
wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
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1 ein
in einem Motorabteil eines Fahrzeuges installiertes Lenksystem gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung;
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2 das
Lenksystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 das
Lenksystem mit einem entfernten Faltenbalg gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 das
Lenksystem mit entferntem Gehäuse
und Faltenbalg gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 das
Lenksystem mit entferntem ersten Ende des Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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6 das
Gehäuse
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Lenksystem mit einer Zahnstange,
einem Ritzel und zwei Spurstangen. Die Zahnstange besitzt eine Achse
und steht so mit dem Ritzel in Eingriff, dass durch die Drehung
des Ritzels die Zahnstange so angetrieben wird, dass sie eine Bewegung
in linearer Richtung ausführt.
Jede der beiden Spurstangen besitzt eine Spurstangenachse. Ein erstes
Ende einer jeden der beiden Spurstangen ist mit der Zahnstange so verbunden,
dass eine Spurstangenachse gegenüber der
Zahnstangenachse versetzt ist. Das zweite Ende einer jeden Spurstange
steht mit einem Gelenk in Verbindung, das mit einem Lager befestigt
ist. Am Lager ist ein Rad fixiert. Bei einer Ausführungsform
findet das Lenksystem eines Fahrzeuges Verwendung, um die Räder mit
Hilfe eines lenkbaren Elementes, typischerweise eines Lenkrades,
zu lenken.
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1 zeigt
ein in einem Motorabteil 100 eines Fahrzeuges installiertes
Lenksystems gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Das Motorabteil 100 weist zusätzlich zu anderen
Komponenten ein Lenksystem 102, ein Chassis 104 und
ein Aufhängungssystem
auf, das einen Stoßdämpfer 106,
eine Stoßdämpfergabel 107 und
ein Aufhängungselement 108 umfasst.
Andere Komponenten (die in 1 nicht
gezeigt sind) umfassen einen Motor, Getriebekomponenten, Streben, Steuerarme,
Bremskomponenten etc.
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Der
Motor erzeugt Energie durch Verbrennung von Kraftstoff, die das
Fahrzeug in Bewegung versetzt. Der Motor kann am Chassis 104 montiert sein.
Das Aufhängungssystem
verbindet die Räder mit
dem Chassis 104 und stellt sicher, dass die Insassen des
Fahrzeuges auf bequeme und vernünftige Weise gegenüber Straßenlärm, Stößen und
Vibrationen isoliert sind. Die Stoßdämpfergabel 107 verbindet
den Stoßdämpfer 106 und
das Aufhängungselement 108.
Die Getriebekomponenten umfassen ein Getriebe, das Antriebskraft
vom Motor übertragen kann,
um eine Vorder/Hinterachse zur Bewegung des Fahrzeuges in Drehungen
zu versetzen. Das Lenksystem 102 besitzt ein Gehäuse 110,
zwei Spurstangen, wie eine Spurstange 112, zwei Faltenbälge, wie
einen Balg 114, eine Vielzahl von Klemmen, wie die Klemmen 116 und 118,
und eine Eingangswelle 120. Bei einer Ausführungsform
besitzt das Lenksystem 102 zwei Spurstangen und zwei Faltenbälge. Das
Gehäuse 110 verkapselt
eine Zahnstange und ein Ritzel (die Zahnstange und das Ritzel sind
in 1 nicht gezeigt). Durch die Drehung des Ritzels wird
die Zahnstange angetrieben und bewegt sich in einer linearen Richtung.
Bei einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verläuft
diese Linearbewegung entlang der Länge der Zahnstange. Ein erstes
Ende der Spurstange 112 ist mit der Zahnstange verbunden,
während
ein zweites Ende der Spurstange 112 mit einem Gelenk verbunden
ist. Ein Lager ist am Gelenk befestigt. Ein Rad 122 ist
am Lager befestigt. Der Faltenbalg 114 besitzt ein erstes
Ende, das mit Hilfe der Klemme 116 mit dem ersten Ende
der Spurstange 112 verklemmt ist. Die Klemme 112 verklemmt
ein zweites Ende des Faltenbalges 114 mit dem Gehäuse 110.
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2 zeigt
ein Lenksystem 102 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Lenksystem 102 besitzt
Spurstangen 112 und 202, die mit den beiden Rädern des
Fahrzeuges verbunden werden können.
Bei den beiden Rädern
kann es sich um die Vorderräder
oder die Hinterräder
des Fahrzeuges handeln. Ein lenkbares Element kann mit der Eingangswelle 120 verbunden
sein. Beispiele eines lenkbaren Elementes sind ein Lenkrad, eine Einhebel-Lenkung
und eine Zweihebel-Lenkung. Das lenkbare Element sorgt für eine Steuerung
des Lenksystems 102 durch Drehen der Eingangswelle 120. Die
Drehbewegung der Eingangswelle 120 wird in eine translatorische
Bewegung der Zahnstange überführt, die
die Räder
des Fahrzeuges lenkt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Eingangswelle 120 im Lenksystem 102 positionsveränderlich
angeordnet, und zwar in Abhängigkeit
davon, ob sie einen Linksantrieb oder einen Rechtsantrieb besitzt.
Das Lenksystem 102 wird in Verbindung mit 3 weiter
beschrieben.
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3 zeigt
ein Lenksystem 102 mit einem entfernten Faltenbalg 114 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Lenksystem 102 besitzt
eine Zahnstange 302, eine Versatzplatte 304, ein
Kugelgelenk 306 und mindestens eine Rippe, wie die Rippen 308 und 310,
zusätzlich
zur Spurstange 112 und zur Eingangswelle 120.
Die Zahnstange 302 hat eine Zahnstangenachse 312,
und die Spurstange 112 besitzt eine Spurstangenachse 314. Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Zahnstangenachse 312 und
bei der Spurstangenachse 314 um eine zentrale Achse entlang
der Länge
der Zahnstange 302 und der Spurstange 112. Die
Zahnstange 302 steht mit einem Ritzel (in 3 nicht
gezeigt) in Eingriff. Sie besitzt Zahnstangenzähne, und das Ritzel besitzt
Ritzelzähne.
Die Zahnstange 302 steht so mit dem Ritzel in Eingriff,
dass die Zahnstangenzähne
mit den Ritzelzähnen
kämmen.
Eine Drehung des Ritzels bewirkt eine Bewegung der Zahnstange 302 in
einer linearen Richtung. Die Zahnstange 302 ist mit der Spurstange 112 über die
Versatzplatte 304 verbunden, die einen Versatz der Zahnstangenachse 312 und
der Spurstangenachse 314 bewirkt. Dieser Versatz basiert
auf einem vorgegebenen Wert. Die Parameter, von denen der vorgegebene
Wert abhängt, hängen von
der Länge
der Zahnstange 302, der Länge der Rippen 308 und 310,
den physikalischen Abmessungen der Aufhängungskomponenten und den Reaktionskräften ab,
die auf das Lenksystem 102 einwirken. Ein beispielhafter
Wert für
diesen Versatz beträgt
25 mm. Die Versatzplatte 304 ist mit dem ersten Ende der
Spurstange 112 über
das Kugelgelenk 306 verbunden. Der Faltenbalg 114 verkapselt
die Versatzplatte 304 und das Kugelgelenk 306.
Das zweite Ende der Spurstange 112 kann mit dem Rad 122 verbunden
sein. Eine Bewegung der Zahnstange 302 in einer linearen
Richtung bewirkt eine Bewegung der Zugstange 112 und dadurch
eine Lenkung des Rades 122.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Versatz bewirken, dass Torsions- und
Biegekräfte
auf das Lenksystem 102 einwirken. Bei einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wirkt sich die Fahrzeuglast auf das Lenksystem 102 aus.
Um die Torsions- und Biegebeanspruchungen sowie die auf das Lenksystem 102 einwirkende
Fahrzeuglast auszugleichen, sind Rippen an der Zahnstange 302 befestigt.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind Rippen 308 und 310 an
der Zahnstange 302 fixiert. Die Zahnstangenbewegung entspricht
der Gesamtlänge,
um die sich die Zahnstange 302 in einer Richtung bewegt.
Der Zahnstangenversatz ist der Versatz zwischen der Zahnstangenachse 312 und
der Spurstangenachse 314. Die Rippen bewegen sich zusammen mit
der Zahnstange 302. Die Bewegung der Rippen wird durch
Installation von mindestens einem Lager zusammen mit den Rippen
geglättet
und gesteuert (diese Lager sind in 3 nicht
gezeigt). Die physikalischen Abmessungen der Rippen basieren auf vorgegebenen
Parametern. Beispiele der physikalischen Abmessungen sind die Länge, der
Querschnittsbereich und die Fläche
des Oberflächenkontaktes.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Oberflächenkontakt ein Kontakt zwischen
den Rippen, dem mindestens einen Lager und mindestens einer im Gehäuse 110 vorhandenen
Nut. Beispiele der vorgegebenen Parameter sind die Zahnstangenbewegung,
der Zahnstangenversatz, die vom Fahrzeug erzeugte Belastung, die
Reaktionskräfte
und die Torsions- und Biegebeanspruchungen.
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4 zeigt
das Lenksystem 102 mit entferntem Gehäuse 110 und entferntem
Faltenbalg 114 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Lenksystem 102 besitzt
in der Darstellung mindestens eine Rippe, wie die Rippen 308 und 310, und
mindestens ein Lager, wie die Lager 402 und 404.
Die Lager 402 und 404 bilden eine Gleitbahn für die Rippen 308 und 310 und
stellen sicher, dass die Bewegung der Rippen sanft und gesteuert
abläuft. Beispiele
von Lagerarten sind Kugellager, Rollenlager, Lager mit konischen
Rollen sowie rollenfreie Lager. Die physikalischen Abmessungen des
mindestens einen Lagers, wie die Länge der Lager, basieren auf
einer Länge
der Rippen oder einem Vielfachen hiervon, dem Material des mindestens
einen Lagers, der Zahnstangenbewegung und den Torsions- und Biegebeanspruchungen.
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5 zeigt
das Lenksystem 102 mit entferntem ersten Ende des Gehäuses 110 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Figur zeigt Rippen 308 und 310 und
eine Zahnstange 302, die vom ersten Ende des Gehäuses 110 ausgeht.
Die Rippen 308 und 310 gleiten in Lagern 402 und 404.
Das Gehäuse 110 besitzt
mindestens eine Nut, die mindestens ein Lager, wie die Lager 402 und 404,
umschließt.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Nut als U-Nut 502 ausgebildet,
die die Lager 402 und 404 umschließt. Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die U-Nut 502 am ersten
Ende des Gehäuses 110 vorgesehen
sein. Die physikalischen Abmessungen der U-Nut 502 können von
den Abmessungen der Rippen, den Abmessungen der Lager, den Arten der
Lager etc. abhängig
sein.
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6 zeigt
das Gehäuse 110 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 110 besitzt eine
U-Nut 502 und
eine Zahnstangenkammer 602 an seinem ersten Ende. Die U-Nut 502 bildet
ein Lager für
das Lager 402 von der ersten Seite des Lagers 402 aus.
Die zweite Seite des Lagers 402 besitzt die Gleitbahn der
Rippe 308. In entsprechender Weise lagert die U-Nut 502 die erste
Seite des Lagers 404. Die zweite Seite des Lagers 404 bildet
die Gleitbahn der Rippe 310. Die Rippen 308 und 310 bewegen
sich linear auf der Gleitbahn. Die Zahnstange 302 ist in
der im Gehäuse 110 angeordneten
Zahnstangenkammer 602 vorgesehen. Die Form und Größe der Zahnstangenkammer 602 hängen von
den physikalischen Abmessungen der Zahnstange 302 und der
Rippen 308 und 310 ab. Bei einer Ausführungsform
der vorlie genden Erfindung besitzt die Zahnstangenkammer 602 eine
kreisförmige
Gestalt.
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Diverse
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weisen ebenfalls eine Zahnstangen/Ritzel-Einheit
für die
lenkbaren Räder
eines Fahrzeuges auf. Diese Zahnstangengetriebeeinheit umfasst eine
Zahnstange und ein Ritzel. Die Zahnstange hat eine Zahnstangenachse.
Das Ritzel steht so mit der Zahnstange in Eingriff, dass die Drehung des
Ritzels die Zahnstange antreibt, so dass sich diese in einer linearen
Richtung bewegt. Ferner besitzt die Zahnstange zwei Spurstangen,
die jeweils eine Spurstangenachse haben. Jede der beiden Spurstangen
ist so an der Zahnstange befestigt, dass die Spurstangenachse gegenüber der
Zahnstangenachse versetzt ist. Die Zahnstangengetriebeeinheit kann als
Lenksystem in einem Fahrzeug Verwendung finden, um die Fahrzeugbewegung
zu steuern.
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Das
in der vorliegenden Erfindung beschriebene Lenksystem umfasst eine
Zahnstangengetriebeeinheit. Ein Vorteil der Verwendung des Lenksystems
besteht darin, dass es eine neue Option zum Verpacken der Aufhängungskomponenten
im Motorabteil relativ zum Motor und den Getriebekomponenten bietet.
Durch die versetzte Spurstange wird zusätzliche Flexibilität in Bezug
auf die Positionierung der Zahnstange und des Ritzels erreicht.
Eine kompakte Unterbringung kann durch den Versatz der Spurstange
relativ zur Zahnstange im Lenksystem erzielt werden. Die Spurstange
kann in Bezug auf maximale geometrische Vorteile im Motorabteil
orientiert werden. Eine kompakte Unterbringung im Motorabteil führt zu einer
Verringerung der Höhe
des Fahrzeuges vom Boden. Fer ner können durch die neue Option
zur Unterbringung der Fahrzeugkomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung
wahlweise Räder mit
geringem Durchmesser am Fahrzeug montiert werden.