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Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge u. dgl. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, Schiffe oder Flugzeuge.
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Es sind Hilfskraftlenkungen bekannt, bei denen eine zum Antrieb der
Lenkwelle dienende Einrichtung, die z. B. mit einem Elektromotor ausgerüstet sein
kann, durch Drehen des Handlenkrades in Betrieb gesetzt wird. Dabei treibt der Elektromotor
die Lenkwelle über Zahnräder an oder ist unmittelbar auf der Lenkwelle angeordnet.
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Derartige Anordnungen erleichtern zwar das Lenken des Fahrzeugs, da
der Fahrer mit Hilfe des Handlenkrades lediglich die Hilfskraft einzuschalten hat.
Sie haben jedoch vielfach den Nachteil, daß sie nicht genügend schnell ansprechen.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Antrieb
der Lenkwelle über eine mit totem Gang arbeitende Mitnehmereinrichtung erfolgt.
Durch die Einschaltung eines toten Ganges in den Antrieb wird es dem Antriebsmotor
ermöglicht, ohne Last anzulaufen, so daß der Anlauf beschleunigt vor sich geht und
nach dem Durchlaufen des toten Ganges, was infolge des Fehlens der Belastung eine
praktisch ins Gewicht fallende Zeit nicht in Anspruch nimmt, ein hohes Drehmoment
zur Verfügung steht, das eine wirkungsvolle Unterstützung beim Lenken gewährleistet.
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Der im Antriebsgetriebe enthaltene tote Gang ermöglicht außerdem eine
außerordentlich schnelle Umsteuerung des Hilfsantriebs, da er jede Klemmwirkung
ausschaltet. Dieser Vorteil tritt besonders dann in Erscheinung, wenn der Antrieb
der Lenkwelle über eine von der Mitnehmereinrichtung angetriebene Kupplung erfolgt,
bei der der eine Kupplungsteil durch das Auflaufen von Kugeln auf Schrägflächen
in axialer Richtung verschoben wird und dadurch das Einrücken der Kupplung bewirkt.
Bei einer Kupplung dieser Art wird beim Wegfall des Antriebsmoments der kuppelnde
Eingriff der Kugeln augenblicklich aufgehoben. Ein solches augenblickliches Ausrücken
der Kupplung ist besonders dann erwünscht, wenn die Lenkwelle mit Hilfe des Handlenkrades
eine Überholbewegung gegenüber dem Hilfsantrieb ausführen soll.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. I ist eine schematische Darstellung einer Steuersäule und zeigt
die Zuordnung der Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung zu der Steuersäule; Fig.2
ist ein in größerem Maßstab gezeichneter Querschnitt durch den erfindungsgemäßen
Kraftverstärker; Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 und
zeigt die erfindungsgemäße, mit totem Gang arbeitende Kupplungsbetätigungsverbindung;
Fig. 4 ist ein Schnitt längs, der Linie IV-IV in Fig. 2 und zeigt die Konstruktion
der erfindungsgemäßen Kupplung.
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Das erfindungsgemäße kraftbetätigte Steuerungssystem eignet sich zur
Verwendung bei einem in der üblichen Weise ausgebildeten handbetätigten Lenkungssystem
mit einem Lenkrad Io, das an einer Lenkwelle II befestigt ist, die ihrerseits über
eine bei I3 allgemein angedeutete, mit totem Gang arbeitende Kupplung mit einer
zweiten Lenkwelle I2 verbunden ist (Fig. I). Die Welle I2 treibt ein Lenkungs-Untersetzungsgetriebe
I4 bekannter Ausführung an, das eine untersetzte Drehbewegung liefert und einen
mit dem Lenkgestänge verbundenen Lenkarm 15 betätigt. Die Welle 12 ist innerhalb
des Leistungsverstärkergehäuses 16 drehbar gelagert und trägt ein mit ihr fest verbundenes
Zahnrad 17 zur Aufnahme der Antriebskraft.
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Die in dem Gehäuse 16 untergebrachte bzw. ihm zugeordnete Kraftverstärkereinrichtung
umfaßt einen Elektromotor 18, der durch ein noch zu erläuterndes elektrisches Steuersystem
gesteuert wird. Die durch den Motor 18 gelieferte Antriebskraft wird durch die Schneckenwelle
ig auf das Schneckenrad 2o übertragen, das durch die mit totem Gang arbeitende Verbindung
22 mit der Kupplungsscheibe 21 verbunden ist. Eine Drehbewegung des Schneckenrades
2o unter der Antriebswirkung der Welle ig bewegt die mit totem Gang arbeitende Verbindung
22 in eine formschlüssige Lage, so daß sich die Kupplungsscheibe 21 nach einer kurzen
Verzögerung dreht. Durch die Drehbewegung
der Kupplungsscheibe
2I wird bewirkt, daß die Kugeln 23 je nach der Drehrichtung des Motors auf die Rampen
24 bzw. 25 (Fig. 4) auflaufen und hierdurch das Kupplungsgehäuse 26 von der Kupplungsscheibe
2I wegbewegen. Diese axiale Bewegung des Gehäuses 26 führt dazu, daß der Stapel
von Kupplungsscheiben bzw. Kupplungslamellen 27 zusammengedrückt wird; die Kupplungslamellen
27 sind durch Keilverzahnungen mit dem Gehäuse 26 verbunden und werden hierbei jeweils
gegen die Kupplungslamellen 28 gedrückt, die durch Keilverzahnungen mit der Zwischenwelle
3o verbunden sind; der aus den Lamellen 27 und 28 gebildete Stapel wird somit gegen
die Fläche 3I des Zahnrades 32 gedrückt.
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Durch das Zusammendrücken der Kupplungselemente 27 und 28 wird das
Zahnrad 32 gezwungen, sich zusammen mit dem Kupplungsgehäuse 26 zu drehen, das seinerseits
durch die eingekeilten Kugeln 23 zwangläufig angetrieben wird. Die von dem Zahnrad
32 abgegebene Kraft wird auf das Zahnrad I7 auf der Welle I2 übertragen, so daß
sich die Welle I2 automatisch dreht, wenn der Elektromotor I8 in Betrieb gesetzt
wird.
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Die durch die Betätigung der Kupplung hervorgerufenen Reaktionskräfte
wirken im wesentlichen in axialer Richtung (Fig. 2). Da die Kupplungselemente unmittelbar
auf das Zahnrad 32 wirken, läßt sich die gesamte Axialbelastung, die von der Betätigung
der Kupplung herrührt, auf sehr einfache Weise durch das äußere Gehäuse I6 selbst
aufnehmen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch bewirkt, daß zwischen dem Zahnrad
32 und dem Gehäuse I6 ein Axialwälzlager 33 vorgesehen ist und daß Axialwälzlager
34 bzw. 35 zwischen der Kupplungsscheibe 2I und dem Schneckenrad 2o bzw. zwischen
dem Schneckenrad 2o und dem Gehäuse I6 vorgesehen sind. Infolge des Vorhandenseins
dieser Drucklager wird die von der Kupplung herrührende Schubkraft nicht auf die
Traglager für die Welle 3o übertragen, so daß es im Gegensatz zu den bisher bekannten
Kupplungskonstruktionen nicht mehr erforderlich ist, verhältnismäßig kostspielige
Kegelrollenlager vorzusehen. Da die axialen Kräfte auf diese Weise von der Welle
3o ferngehalten werden, kann man für diese Welle die bei 36 angedeuteten Gleitlager
üblicher Ausführung verwenden. Zwar hat sich dieses Verfahren zum Verteilen bzw.
zum Weiterleiten der Kräfte als außerordentlich zuverlässig und gleichzeitig als
sehr billig erwiesen, doch kann man alternativ auf der Welle 30 Mittel vorsehen,
um das Zahnrad 32 und die Kupplungsscheibe 2I in axialer Richtung festzulegen und
so die Schubkräfte von dem Gehäuse I6 fernzuhalten.
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Während des Betriebes wird der Elektromotor I8 auf beliebige bekannte
Weise unter Strom gesetzt, wenn in einer der beiden Richtungen ein Lenkdrehmoment
von vorbestimmter Größe aufgebracht wird. Gemäß der schematischen Darstellung in
Fig. I verstellt sich die Welle II beim Aufbringen eines vorbestimmten Lenkdrehmoments
gegenüber der Welle I2 und bewirkt hierdurch, daß sich die Kontakte 4o oder 4I gegenüber
dem geerdeten Kontakt 42 bewegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der
Kontakt 4o mit dem Elektromotor I8 derart verbunden, daß er eine Lenkbewegung nach
rechts hervorruft, und der Kontakt 4I ist an den Elektromotor I8 derart angeschlossen,
daß er eine Lenkbewegung nach links hervorruft. Die Kontakte 4o und 4I sind naturgemäß
mit der Welle I2 fest verbunden, und bei einer gegenseitigen Verstellung der Wellen
II und I2, d. h. beim Aufbringen eines genügend großen Lenkdrehmoments, wird der
Kontakt 42 entweder mit dem Kontakt 4o oder mit dem Kontakt 4I in Berührung gebracht,
um den Motor I8 wahlweise einzuschalten. Es sei bemerkt, daß das vorstehend beschriebene,
auf ein Lenkdrehmoment ansprechende System zwar zum Einschalten des Elektromotors
I8 verwendet werden kann, daß jedoch dieser Teil der Konstruktion als bekannt vorausgesetzt
wird und daß sich zahlreiche andere Systeme zum Einschalten eines Motors in Verbindung
mit der Erfindung benutzen lassen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Beim Einschalten des Motors I8 in einer der beiden möglichen Drehrichtungen
überwindet das Schneckenrad 2o sofort den toten Gang in der Verbindung 22. Dieser
tote Gang in der Verbindung 22 reicht aus, um eine Drehung des Schneckenrades 2o
gegenüber der Kupplungsscheibe 2I um etwa 3o° zuzulassen, bevor ein zwangläufiger
Antrieb erfolgt. Dies ist im Hinblick auf die Einleitung des Aufbringens der Antriebskraft
sehr vorteilhaft, denn es ermöglicht dem Motor I8, ohne Last anzulaufen und dann
auf die Kupplungsscheibe 2I ein hohes Drehmoment aufzubringen. Unmittelbar nach
dem Aufbringen eines Drehmoments auf die Kupplungsscheibe 2I verschieben sich infolge
der Trägheit des Kupplungsgehäuses 26 die Kugeln 23 gegenüber den Rampenflächen
24 bzw. 25, und die Kupplungselemente 27 und 28 werden aufeinandergedrückt, so daß
die Antriebskraft von dem Schneckenrad 2o auf das Zahnrad I7 übertragen wird.
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Unmittelbar nach dem Ausschalten des Elektromotors I8 geht das auf
das Schneckenrad 2o aufgebrachte Drehmoment auf Null zurück. Wenn man eine ein Umkehren
der Antriebsvorrichtung zulassende Schnecke I9 verwendet, kann sich das Schneckenrad
2o beim Wegnehmen des Drehmoments von dem Schneckenrad unbehindert von der mit totem
Gang arbeitenden Kupplung 22 wegbewegen, so daß keine formschlüssige Verbindung
mehr besteht; hierdurch wird der Kraftschluß zwischen den Kugeln 23 und den Rampenflächen
24 bzw. 25 sofort aufgehoben. Man erkennt, daß das Vorhandensein der mit totem Gäng
arbeitenden Verbindung 22 zwangläufig jede Klemmwirkung ausschaltet, die anderenfalls
zu einem langsamen oder schleifenden Ausrücken der Kupplung führen könnte. Dies
ist der Fall, da die mit totem Gang arbeitende Verbindung beim Fortfall des Antriebsdrehmoments
eine freie Drehbewegung über einen Winkel von annähernd 30° ermöglicht, durch welche
der kuppelnde Eingriff der Kugeln 23 sofort aufgehoben wird, wenn er nicht bereits
durch die Stoßwirkung des sich nun in der entgegengesetzten Richtung bewegenden
Schneckenrades 2o aufgehoben worden ist. Durch diesen Stoß werden die Kugeln 23
kräftig angeschlagen, so daß sie sich im wesentlichen augenblicklich von den Kupplungsflächen
lösen, :d. h., jede Möglichkeit des Klemmens ist ausgeschaltet. Dies ist insbesondere
in solchen Fällen erwünscht, in denen es erforderlich ist, für eine im wesentlichen
augenblicklich erfolgende Überholbewegung der Welle 12 gegenüber dem Motor 18 und
dem zugehörigen Schneckenrad 2o zu sorgen. Eine solche Überholbewegung ergibt sich
ohne Schwierigkeit infolge des Vorhandenseins der mit totem Gang arbeitenden Verbindung
22 ohne eine sie begleitende Schleifbewegung. Wenn sich die Überholbewegung nach
dem Durchlaufen der durch die Verbindung 22 zugelassenen Winkelstrecke von 30° fortsetzt,
führt der kräftige Stoß infolge der plötzlichen Beendigung der Totbewegung zu einem
augenblicklichen Ausrücken der Kupplung.
Die vorstehend beschriebene
elektrische Kraftverstärkereinrichtung ist somit außergewöhnlich einfach aufgebaut,
und dabei umfaßt sie eine nur wenig kostspielige Kupplungskonstruktion. Durch die
Benutzung der mit totem Gang arbeitenden Verbindung in Kombination mit einer mit
Kugeln arbeitenden Kupplung erhält man unter Aufwand minimaler Kosten eine sehr
günstige Kupplungswirkung. Ferner ermöglicht der gedrängte Aufbau und das Fehlen
hydraulischer Druckquellen nebst den erforderlichen motorgetriebenen Pumpen und
ähnlichen Einrichtungen das Einbauen der erfindungsgemäßen Einrichtung an jeder
geeigneten Stelle der Lenksäule. Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich daher
in hohem Maße zur Verwendung bei Lenkungen für weniger kostspielige Kraftfahrzeuge,
bei denen es unzweckmäßig ist, die verschiedenen Modelle umzukonstruieren, um die
Lenkeinrichtung unterzubringen. Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung ist so raumsparend
konstruiert und von motorgetriebenen Pumpen od. dgl. derart unabhängig, daß sie
sich leicht praktisch jedem Kraftfahrzeug bekannter Ausführung anpassen läßt, ohne
konstruktive Änderungen an dem eigentlichen Kraftfahrzeug zu bedingen.