DE20314649U1 - Lenkeraufhängung der Vorderräder für einen vierrädrigen elektrischen Scooter - Google Patents

Description

LENERAUFHÄNGUNG DER VORDERRÄDER FÜR EINEN VIERRÄDRIGEN ELEKTRISCHEN SCOOTER

[Technisches Gebiet]

Die Erfindung betrifft eine Lenkeraufhängung für einen vierrädrigen elektrischen Scooter zur Vermeidung des Lenkfehlers bei Kurvenfahrt nach dem Anspruchs 1.

[Stand der Technik]

Die leichtgewichtigen, sich mit lansamer Geschwindigkeit fahrenden elektrischen mehrrädrigen Scooter sind zur Fahrt in der Stadt oder in kurzen Strecken bestimmt. Aufgrund der Anzahl von Rädern derartiger Scooter unterscheidet man 3- und 4-rädrigen Scooter.

Figur 9 veranschaulicht einen typischen bekannten 3-rädrigen Scooter 2, der ein 3-rädriges Fahrgestel 21 mit einem Vorderrad 26 und einem motorgetriebenen Hinterräderpaar 24, einen auf dem Fahrgestell 21 angeordneten Sitz 22, und einen Lenker 23 aufweist, der über eine Buchse 25 auf dem Fahrgestell 21 schwenkbar gelagert ist. Ein solches Dreirad findet wegen ihres einfachen Aufbaus und leichten Gewichts in großen Bereichen Verwendung. Nachteilig ist bei einem solchen 3-rädrigen Scooter, daß er nur mit drei Rädern auf dem Boden abgestützt ist. Solche dreipunktige Bodenstützung reicht jedoch überhaupt nicht aus, bei allen Fahrbahnunebenheiten eine stabile und bequeme Fahrt zu gewährleisten.

Dagegen hat ein vierrädriger Scooter dank seiner vierpunktigen Bodenstützung den Vorteil einer gegenüber dem dreirädrigen Scooter sehr viel erhöhten Stabilität. Trotzdem wird der Vorteil entscheidend mit dem Problem ihrer Lenkung erkauft, dem sogenannten "Lenkfehler". Die

Lenkung bei einem Radfahrzeug mit zwei parallelen Vorderrädern soll die beiden lenkbaren Vorderräder in eine geometrisch exakte Stellung zum Mittelpunkt der jeweils durchfahrenen Kreisbahn bringen und somit ein einwandfreies Abrollen derselben während der Kiirvenfahrt bewirken, bei der das kurveninnere Vorderrad stärker eingeschwenkt werden muß als das kurbenäußere Vorderrad. Hierzu dient eine bekannte Ackerman-Lenkung mit einem Lenktrapez, das durch zwei jeweils am Achsschenkel des lenkbaren Vorderräderpaars angebrachte Spurstangenhebel und eine Spurstange gebildet wird. Zum Bringen der Krümmungsmittelpunkte der kurveninneren und -äußeren Räder in Übereinstimmung miteinander muß das Lenktropez sehr genau auf die Räder abgestimmt werden, wobei nur eine sehr kleine Toleranz erlaubt wird. Darüber hinaus erfüllt dabei das Lenktrapez die erforderlichen geometrischen Bedingungen nur annähernd, wobei in Abhängigkeit des Winkels eine Abweichung vom theoretischen Wert, der Lenkfehler entsteht. Deshalb ist mit der Ackerman-Lenkung ein gewißes Rutschen und ein damit verbundener Verschleiß der Lauffläche der Vorderräder unvermeidlich. Eine weitere Verringerung des Lenkfehlers kann nur durch erheblich erhöhten Einwand, z.B. durch eine komplizierte Teilung der Spurstange erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung für einen vierrädrigen Scooter zu schaffen, mit dem die o.g. Nachteile weitgehend vermieden werden können.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Vermeidung der Nachteile des vierrädrigen Scooters, für die die Ackerman-Lenkung verantwortlich ist, der Scooter bei seiner Kurvenfahrt nur mit einem seiner beiden Vorderräder, und zwar dem kurvenäußeren Vorderrad auf dem Boden abgestützt wird. Auf diese Weise hat der vierrädrige Scooter bei seiner Kurvenfahrt wie ein dreirädriger Scooter, dessen Vorderrad einspurartig gefahrt ist, kein Problem infolge des bei zweispurartiger Fahrt eines Vierrads üblichen Lenkfehlers. Da sich der erfindungsgemäße 4-rädrige Scooter ansonst (d.h. zum größten Teil seines Fahrens) bei seiner geradlinigen Fahrt immer mit seinen allen vier Rädern auf dem Boden fahrt, wird der wichtigste Vorteil der Stabilität eines vierrädrigen

Scooters verbleibend erhalten.

Da ein sich langsam fahrender elektrischer Scooter nur eine schmale Breite hat, verliert er während der kurzen Kurvenfahrt infolge der kurzzeitigen, gegenüber einer vierpunktigen Bodenabstuzung weniger stabilen dreipunktartigen Bodenabstützung seine Stabilität nur unwesentlich.[Im Falle eines relativ breiten Personenwagens kann die Stabilität eines vierrädrigen Personenwagens bei seiner Kurbenfahrt sehr viel höher als die eines dreirädrigen Personenwagens. Jedoch ist bei einem schmalen Scooter der Unterschied in Stabilität zwischen Dreirad und Vierrad bei seiner Kurvenfahrt nur begrenzt.] Dieser nur unwesentliche und kurzzeitige Verlust in Stabilität lohnt sich allerdings in Hinsicht auf die Vorteile seines sehr viel vereinfachten Aufbaus und eingesparten Aufwands .

Damit sich der vierrädrige Scooter bei seiner Kurvenfahrt nur mit seinem kurbenäußeren Vorderrad und seinen beiden Hinterrädern auf dem Boden unter Lüftung seines kurveninneren Vorderrads fahren kann, wird die Lenksäule über eine Lenkeraufhäng mit der voederen Radachse gelenkig verbunden, die zwei parallel zu der Lenksäule angeordneten Rückstellfedern aufweist. Bei einer Kurvenfahrt, z.B. beim Drehen nach links, wird das kurbenäußere, d.h. das rechte Vorderrad einem stärker Widerstand unterworfen als das linke Vorderrad, woraus sich ein Komponentemoment ergibt, das eine Kippbewegung der Vorderräder nach rechts bewirkt. Infolgedessen wird das linke Ende der Vorderachse und damit das linke Vorderrad vom Boden abgehoben, während das rechte Vorderrad auf dem Boden bleibt. Gleichzeitig wird die linke Feder wegen die Aufhebung des linken Endes der Vorderachse zwischen dieser und der immer horizontal bleibenden Spurstange zusammengedrückt, während sich die rechte Feder durch die Absenkung des rechten Teils der Vorderachse ausdehnt. Durch die Zusammendrückung/Ausdehnung der Federn wird die Energie aufgenommen, wodurch eine Stoßdämpfung erfolgt.

Wird die Vorderräder nach erfolgtem Einlenken wieder in die Geradeausfahrt eingestellt, so wird die verformte Lenkeraufhängung

durch die gespeicherte Energie in der Federn in ihre ursprüngliche gleichschenkelige Trapezform rückgestellt.

Die beiden Spurstangenhebel der Lenkeraufhängung können entweder in / I-förmiger oder in I /-förmiger Anordnung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

[Zeichnung]

Figur 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäße Lenkeraufhängung mit einer daran befestigten Lenksäule und zwei daran zu lagernden Vorderrädern,

Figur 2 eine geschnitte Vorderansicht der erfindungsgemäße Lenkeraufhängung in zusammengebauten Zustand mit einer daran befestigten Lenksäule und zwei daran gelagerten Vorderrädern,

Figur 3 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Lenkeraufhängung,

Figur 4 eine teilweise geschnitte Vordersicht der erfindungsgemäßen Lenkeraufhängung in zusammengebauten Zustand mit einer daran befestigten Lenksäule und zwei daran gelagerten Vorderrädern sowie eine Lagerbuchse für die Lenksäule,

Figur 5 entsprechend Figur 4 eine Seitenansicht,
Figur 6 entsprechend Figur 4 eine Draufsicht,

Figur 7 entsprechend Figur 4 eine Vordersicht bei einrädriger Kurbenfahrt des Vorderräderpaars,

Figur 8 entsprechend Figur 2 eine Variante mit umgekehrtem GleichschenkeltrapezformCd.h. mit I /-förmiger Anordnung der

Spurstangenhebel), und

Figur 9 in perspektivischer Ansicht einen bekannten dreirädrigen, elektrisch betriebenen Scooter.

[Erläuterung der bevorzugten Ausfuhrungsformen]

Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht eine erfindungsgemäße Lenkeraufhängung 1 im wesentlichen aus einer Viergelenkkette(Lenktrapez) in Form eines gleichschenkeligen Trapezes mit einer Spurstange 111, an deren Oberseite eine in einer Buchse 25 drehbar gelagerte Lenksäule 11 befestigt ist, zwei Paaren von Spurstangenhebeln 14, und einer Vorderachse 12, die an ihren beiden Ende jeweils ein Forsatz 123 aufweist, an dem jeweils ein Vorderrad 26 drehbar aber nicht schwenkbar gelagert ist, wobei jeder Spurstangenhebel 14 mit seinem oberen Ende an der Spurstange 111 und mit seinem unteren Ende an der Vorderachse 12 angelenkt ist. Zur Federung/Rückstellung der Lenkeraufhängung 1 sind zwischen der Spurstange 111 und der Vorderachse 12 zwei Federn 13 vorgesehen, von denen jede Feder mit ihrem oberen Ende in einer an der Unterseite der Spurstange 111 eingearbeiteten Ausnehmeung 113 und mit ihrem unteren Ende in einer an der Oberseite der Vorderachse 12 geformte Ausnehmung 121 aufgenommen ist, wodurch die Federn zwischen der Spurstange 111 und der Vorderachse 12 vorgespannt gehalten sind.

Dabei weist die Viergelenkkette der Lenkeraufhängung im wesentlich die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf, wobei die Spurstange 111 die Oberseite, die Vorderachse 12 die Basis (oder Grundlinie), und die Sprustangenhebel 14 die beiden Schenkel des gelichschenkeligen Trapezes bildet/bilden, während die vier Gelenkpunkte der Viergelenkkette die vier Eckepunkte desselben darstellen.

Figuren 2 bis 5 veranschaulichen die normalen Situation(d.h. Bei Geradeausffahrt), in der die beiden Vorderräder 26, und damit die beiden Federn 13 gleichmäßig belastet werden. Deshalb rollt das

Vorderräderpaar 26 mit seinen beiden Vorderrädern 26 auf dem Boden ab.

In Figuren 5 und 6 wird das Vorderräderpaar bei Kurvenfahrt (z.B. nach links) gelenkt, was gestrichelt dargestellt ist. In diesem Falle wird das kurvenäußere (hier rechte) Vorderrad stärker belastet als das kurveninnere(linke) Vorderrad. Infolgedessen wird das kurbenäußere rechte Vorderrad nach außen(nach rechts) gekippt und das kurveninnere linke Vorderrad(und damit das linke Ende der Vorderachse 12) vom Boden abgehoben(siehe Figur 7), wodurch eine dreirädrige Kurbenfahrt erfolgt, wie es bei einem bekannten 3-rädrigen Scooter der Fall ist. Da die Spurstange 111 auf dem Fahrgestell bzw. auf der Karosserie des Scooters befestigt ist, bleibt sie horizontal liegend. Hierdurch wird die linke Feder 13 zwischen der Spurstange 111 und der Vorderachse 12 zusammengedrückt, während sich die rechte Feder 13 ausdehnt. Durch die Zusammendrückung/Ausdehnung der Federn 13 wird eine Energie in den Federn 13 gespeichert, woraus sich eine Stoß- oder Schwingungsdämpfung ergibt. Die in den Federn gespeicherte Energie wird nach erfolgter Kurvenfahrt bei Einstellung der Vorderräder in Geradeausfahrt verwendet, um diese in ihre normale Stellung in Figur 2 rückzustellen.

In der Ausführungsform in Figur 1 weist das Lenktrapez zwi Paare von / &idigr;-förmig angeordneten Spurstangenhebeln 14 auf. Jeder Spurstangenhebel 14 ist an seinem oberen Ende über eine Schraube 16 an der Spurstange 12 und an seinem unteren Ende über eine andere Schraube 16 an der Verderachse 12 angelenkt. Jede Schraube 16 wird durch eine Bohrung 152 einer Zwischenlagscheibe 15, eine Bohrung 141 eines Spurstangenhebels 14, und eine durch die Spurstange 11 l/die Vorderachse 12 hindurchdringende Durchbohrung 112 oder 122 hindurchgeführt, und dann durch eine Bohrung 141 eines anderen an der gegenüberliegenden Seite der Spurstange 11 l/der Vorderachse 12 angelenkten Spurstangenhebels 14 und einer Bohrung 152 einer anderen Zwischenlagscheibe 15 hindurchgeführt und schließlich in eine Mutter 161 eingeschraubt. Dabei kann jede Zwischenlagscheibe 151 einen Hals 151 aufweisen, mit dem sie in der Bohrung 141 eines Spurstangenhebels

141 drehbar geführt wird. Vorzugsweise bestehen die Zwischenlagscheiben 15 aus einem Werkstoff mit guter schmierenden Eigenschaft.

Figur 8 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Lenkeraufhängung, mit dem Unterschied, daß hier die Viergelenkkette nicht ein stehendes, sondern ein herum verkehrtes gleichschenkliges Trapez mit I /-förmig angeordneten Spurstangenhebeln ist. Dabei besteht die Möglichkeit zur einfachen Umrüstung der ersten Ausführungsfform in die zweite Ausführungsform und umgekeht, indem die Spurstange 111 und die Vorderachse 12 jeweils mit vier Durchbohrungen 112 bzw. 122 versehen sind, wobei in der ersten Ausfuhrungsform die zwei oberen Schrauben 16 durch die beiden inneren Durchbohrungen 112 und die beiden unteren Schrauben 16 durch die beiden äußeren Durchbohrungen 122 der Vorderachse 12 hindurchgeführt werden, während in der zweiten Ausführungsform hingegen die zwei oberen Schrauben 16 durch die beiden äußeren Durchbohrungen 112 und die beiden unteren Schrauben 16 durch die beiden inneren Durchbohrungen 122 der Vorderachse 12 hindurchgeführt werden.

Es ist zu bemerken, daß die gleichschenkeltrapezförmige Lenkeraufhängung nicht mit einer herkömmliche, ebenfalls gleichschenkeltrapezförmigen Ackerman-Lenkung zu verwechseln ist. Gleichfalls ist die beiden Rückstellfedern nicht mit den bekannten Stoßbzw. Schwingungsdämpern zu verwechseln.

Bei einer bekannten ackermanschen Lenkung liegt das gleichschenkelige Trapez in einer horizontaler Ebene, in der die Vorderachse sich erstreckt, der relativ zum Fahrgestell unbewegbar gehalten ist. Jeder der Spurstangenhebel ist an seinem vorderen Ende über ein Gelenk mit einem Vorderrad verbunden, um dieses bei Kurvenfahrt ein- oder auszuschwenken. Die beiden Vorderräder sind jeweils an einem Ende der Vorderachse um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar gelagert. Der Aufbau ist aufwendig und muß mit sehr kleiner Toleranz dimensioniert werden, um den Lenkfehler und die damit verbundenen Nachteile(z.B. Abrutschen infolge der über- oder

untergesteurten Lenkung) zum Minimum zu reduzieren.

Dagegen liegt bei der erfindungsgemäßen Lenkeraufhängung das gleichschenkelige Trapez in einer etwa vertikalen sagitalen Ebene YZ, in der sich die Lenksäule(und damit die Lenkachse) erstreckt, die an ihrem unteren Ende starr auf der Spurstange der Lenkeraufhängung befestigt ist. Beide Verderräder 26 sind jeweils unschwenkbar an einem Ende der Vorderachse drehbar gelagert, die um die Lenksäule (Z-Achse) schwenkbar ist. Die Ein- oder Auslenkung der Vorderräder erfolgt durch die Schwenkung der gesamten Lenkeraufhängung 1. Eine dreirädrige Kurvenfahrt kann einfach durch eine seitliche Kippung der Vorderachse 26 erfolgt. Dabei reicht eine geringfügige seitlich Kippung aus, um das kurveninnere Vorderrad vom Boden abzuheben, wofür keine hohe Genauigkeit erforderlich ist. Deshalb ist dabei eine sehr große Toleranz in Herstellung zulässig.

Bei einer bekannten stoßdämpfenden Aufhängung dienen die allen Stoßdämpfer oder Federungen zum Dämpfung der Stöße bzw. Schwingungen infolge der Fahrtbahnuneenheiten. Dabei arbeiten die allen Stoßdämpfer unabhängig voneinander. Mit anderen Worten können die Kolben-Zylindereinheiten der allen Stoßdämpfer gleichzeitig ein- oder ausgeführt werden.

Hingegen dienen die beiden Federn 13 der Erfindung hauptsächlich als Rückstellfedern, die mit ihrer Federkraft die verformte Lenkeraufhängung 1 in ihre gleichschenelige Trapezform zurückstellt, wenn die Vorderräder nach erfolgtem Einlenken wieder in die Geradeausfahrt eingestellt werden. Zwar können die Federn 13 bei der Kurvenfahrt wie ein Lenkerstoßdämpfer die dabei auftretende Schwingung abdämpfen, sind sie allerdings kein echter Stoßdämpfer. Die beiden Federn 13 arbeiten abhängig voneinander und komplementär zueinander zusammen. Wenn eine der beiden Federn 13 zusammengedrückt verspannt wird, so sich dehnt die andere Feder aus.(Dabei erfolgt durch die Zusammendrückung und der Ausdehnung eine Stoßdämpfung). Eine gleichzeitige Zusammendrückung der beiden Federn ist nicht möglich. Deshalb kann keine Stoßdämpfunger durch die

. Q.

beiden Federn erfolgen, wenn sich die beiden Federn gleichzeitig über eine Erhebung oder eine Vertiefung fahren, da die Zusammendrückung einer Feder immer von einer entsprechenden Ausdehnung der anderen Feder begleitet werden muß. Darüber hinaus kann beim stillstehenden Scooter eine seitliche, zur einrädrigen Abstützung führende Kippung der Lenkeraufhängung 1 durch die Schwenkung des Lenkers 11 nicht erfolgen, weil die Vorderräder 26 nicht auf einer Kreisbahn abrollen, sondern auf der Stelle verdreht wird (also keinem starken Wiederstand unterworfen ist).

Da der Scooter bei der Verkantung der Vorderräder noch in aufrechtstehender Stellung bleibt, wird die Fahrstabilität und -bequemlichkeit bei Kurvenfahrt nicht durch das gekippte, sich einrädrig fahrende Vorderräderpaar beeinträchtigt.

Obwohl die Erfindung hauptsächlich zur kurzzeitige Umwandlung der Fahrart der Vorderräder von Zweispurart in Einspurart bei Kurvenfahrt bestimmt wird, kann auch bei Geradefahrt eine gewiße Dämpfung der Unebenheit des Bodens erreicht werden, wenn sich ein der beiden Vorderräder(z.B. das rechte Vorderrad) über eine Erhebung oder eine Vertiefung überfahren, indem das Vorderräderpaar unter einer entsprechenden Aufhebung bzw. Absenkung des rechten Vorderrads die teilweise unebene Stelle des Bodens überrollt.

Claims (4)

1. Eine Lenkeraufhängung für einen vierrädrigen elektrischen Scooter, die eine Viergelenkkette (Lenktrapez) in Form eines gleichschenkeligen Trapezes mit einer Spurstange 111, an deren Oberseite eine in einer Buchse 25 drehbar gelagerte Lenksäule 11 befestigt ist, mit einer Vorderachse 12, die an ihren beiden Ende jeweils ein Forsatz 123 aufweist, an dem jeweils ein Vorderrad 26 drehbar aber nicht schwenkbar gelagert ist, und mit mindestens zwei von Spurstangenhebeln 14, von denen jeder Spurstangenhebel mit seinem oberen Ende an der Spurstange 111 und mit seinem unteren Ende an der Vorderachse angelenkt ist, und zwei Federn 13 aufweist, die nebeneinander zwischen der Spurstange 111 und der Vorderachse 12 gehalte sind.

2. Lenkeraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagscheiben 15 aus einem Werkstoff mit guter schmierenden Eigenschaft besteht.

3. Lenkeraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeraufhäng in Form eines stehenden gleichschenkeligen Trapezes ausgebildet ist.

4. Lenkeraufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeraufhäng in Form eines herum verkehrten gleichschenkeligen Trapezes ausgebildet ist.