Lenkgestänge für Kurvenradius von unendlich bis 0 (bei einem Radfahrzeug)

[vohopri]

Hallo,

ich werde mir wieder einmal ein Landfahrzeug als Technikträger bauen.

Zur Zeit bin ich dabei, die Lenkung zu entwickeln.
Da geht es um die Achsschenkel, Hebel, Stangen und Gelenke. Andere Themen werden dann behandelt, wenn Geometrie und Kinematik gelöst sind.

Die Anforderungen sind:
4 Räder, 2 davon gelenkt.
Kurvenradius von geradeaus (unendlich) bis zum Drehen auf dem Innenrad der nicht gelenkten Achse (Radius 0).
Die Ackermann Bedingung soll mechanisch erreicht werden, das heisst Betätigung nur mit einem Servo.

Gesucht sind jetzt:
Die mechanische Struktur: Aus welchen Teile ist eine Lenkug mit der vorliegenden Aufgabenstellung auf zu bauen?
Ein oder mehrere Dimensionierungverfahren. Wobei ich hoffe, dass ich eines davon mathematisch bewältigen kann.

Meine Voraussetzung ist, dass ich KEINE Ingenieursausbildung auf Universitäts Niveau besitze, mir aber durchaus einiges erarbeiten kann. Beruflich arbeite ich im Bereich Elektronik und habe durchaus immer wieder einiges mechanisch zu lösen und verfüge über umfangreiche und auch professionelle handwerkliche Erfahrung. CAD und programmieren sind kein Problem. Zur Lenkproblematik habe ich viel und lange recherchiert und einige Lehrbücher und Skripten gefunden. Da kann mir aber auch wesentliches entgangen sein.

Ich hoffe, dass hier Leute mit einschlägiger Erfahrung oder fundiertem Wissen sind und bitte um Vorschläge.

[Rabenauge]

Kurvenradius von geradeaus (unendlich) bis zum Drehen auf dem Innenrad der nicht gelenkten Achse (Radius 0).

Das wird schwer. Die Lenkräder müssen dann ja bis zu 90° einschlagen können. Nur mit einem eher kurzen, aber breiten Fahrwerk kannst du dann noch genug Vortrieb erzeugen, fürchte ich, da das kurveninnere Rad wirklich stehen muss.
Zudem ist es mechanisch nicht ganz einfach, da du die Räder wohl "von oben" anlenken müsstest, sonst stört das Lenkgestänge oder kann blockieren.

[Geistesblitz]

Hmm, das wird dann aber nicht einfach nur ein Lenkgestänge sein, da das zu Nichtlinearitäten führt und die Räder dann nur in wenigen Stellungen optimal stehen, in anderen Stellungen werden sie aber leicht schräg laufen. Da müsste schon was anderes her, wenns wirklich 100% exakt werden soll.

[vohopri]

Hallo Kollegen,

danke für Interesse, Anteilnahme und Kommentare.

Dass es nicht leicht wird, vermute ich auch, denn bisher wars schon nicht einfach.

Das Verhältnis von Spurbreite zu Radstand ist noch nicht wirklich Thema, wird sich dann aber wohl im Bereich von quadratisch bis etwas breiter bewegen.

Anlenkung von oben könnte sich als günstig erweisen, aber das wird sich erst zeigen, wenn die Kinematik im Prinzip fertig entwickelt ist.

Nichtlinearitäten sind nicht notwendigerweise ein Übel. Die Ackermann Bedingung fordert ja schon einen nicht linearen Zusammenhang zwischen den Einschlagswinkeln. Und mechanisch gesteuerte Achsschenkel Lenkungen sind nach meinem Kenntnisstand immer nur brauchbare Näherungslösungen. Das zeigt sich bei Lankensberger-, Zahnstangen- und Führungshebel Lösungen.

Darum stehe ich ja an dem Punkt, wo ich nach dem Weg zu einer optimalen Näherungslösung Suche und frage, ob ihn jemand kennt.

100% exakt ist in diesem Bereich des Maschinenbaus gar nichts. Vielleicht muss ja was anderes her, aber welches Andere wird jetzt vorgeschlagen, um zu einer brauchbare mechanischen Achsschenkel Lenkung mit den vorgegebenen Anforderungen zu kommen?

[Rabenauge]

Praktisch _könnte_ man es so bauen: oberhalb der Achsschenkellager Zahnräder auf die Lenkwellen.
Dort ist dann die Möglichkeit gegeben, das eigentliche Lenkgestänge weiter innen, und zusätzlich übersetzt auf die Achssschenkel zu übertragen-damit wären sogar Lenkausschläge über 90 Grad mechanisch möglich.
Weisst, wie ichs meine?

[RoboHolIC]

Mal ins Blaue getippt: Anlenkung über Kurvenscheiben am Servo. Damit müsste doch der mathematische Zusammenhang zwischen Lenkkommando und den beiden Einschlagwinkeln (von Fertigungstoleranzen abgesehen) perfekt realisierbar sein.

[vohopri]

Ja,

das sind zwei Möglichkeiten, die ich in Betracht ziehe. Beide haben mit dem selben Teilproblem zu tun. Bei einem konventionellen Gestänge mit Führungshebel oder zwei Führungshebeln habe isch bei vielen Lösungen zwar durchaus einen Ackermannfehler der nahezu bei Null bleibt, aber die Winkel im Gestänge geraten in ungünstige Grössen, wo die auftretenden Kräfte hoch werden. Mit beiden Massnahmen handelt man sich auch Nachteile ein. Die Übersetzung erhöht die Kräfte im Gestänge davor und die Steuerscheiben bzw entsprechend geformten Gelenkführungen können auch ungünstige Winkel ergeben. Das alles wird zu prüfen sein.

Vorher Suche ich besser noch nach einem korrekten Lösungsweg und damit dann nach einer optimalen Lösung.

Der Bereich der Einschlagwinkel ist ja auch nicht soo gross. 135° sind es bei quadratischer Dimensionierung wie wieter oben schon überlegt. Bei kürzerem Radstand gegenüber der Spurweite wird der Bereich sogar kleiner und günstiger.

[Rabenauge]

Eine menge mechanischer Probleme könntest du umgehen, wenn du zwei Servos benutzt, das ist dir klar?
Dann kannst du die gewünschten Winkel sogar einfach berechnen lassen...ohne dich mit allzuviel Theorie herumzuschlagen.

[RoboHolIC]

Eine menge mechanischer Probleme könntest du umgehen, wenn du zwei Servos benutzt ...

Die sollten dann aber nicht ungenauer arbeiten als die beste Lösung a la Ackermann. Kriegt man das mit guten RC-Servos hin?

[ranke]

Eine Möglichkeit die ungünstigen Winkel einer Hebelanlenkung zu vermeiden wäre eine Anlenkung mit Seilzug. Für die Konstruktionsprinzipien einer solchen Kinematik kann man sich ein altes Radio ansehen, bei dem ein Seil mittels eines Drehknopfs einerseits einen Zeiger über die Skala und gleichzeitig einen Drehkondensator betätigt. Eine exzentrische Anordnung des Seilscheibenumfangs zum Lenkkreis könnte schon eine Annäherung zur Ackermannbedingung sein. Wenn das nicht reicht, kann man darüber nachdenken, dass die Seilscheiben zur Umlenkung nicht notwendigerweise kreisförmig sein müssen. Eine Herausforderung dabei ist sicher das Halten einer gleichmäßigen Seilspannung.