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Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung
für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit veränderlichem Lenkübersetzungsverhältnis,
das ein Maximum im Bereich der Geradeausfahrtstellung aufweist.
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Es ist eine Hilfskraftlenkvorrichtung bekannt, bei der zur Steuerung
des Servomotors ein Steuerschieber vorgesehen ist, der durch zwei in entgegengesetzte
Richtungen vorgespannte Federn in seiner neutralen Stellung gehalten wird. Die Steuerkanten
des Schiebers bzw. des Gehäuses sind so ausgebildet, daß der Schieber in seiner
neutralen Stellung ständig durchströmt wird und durch einen schrägen Verlauf der
Steuerkanten ein langsames Einsetzen der Hilfskraft gewährleistet.
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Bei diesem bekannten Schieber sind zwei gegeneinanderwirkende Federn
vorgesehen, die in Form von Schrauben- oder Tellerfedern auf den Schieber einwirken,
um ihn in seine neutrale Stellung zu brinae .' n. Die neutrale Stellung ist jedoch
durch Anschläge im Gehäuse bestimmt, welche den Federweg der einzelnen Federn begrenzen.
Um den Schieber in seiner neutralen Stellung zu halten, müssen also die Federn eine
ausreichende Vorspannung besitzen, die den Schieber mit Sicherheit in die neutrale
Stellung zurückführt und in dieser Stellung hält. Beim Auslenken des Schiebers nach
einer Seite wirkt der Schieber jeweils nur mit einer der beiden Federn zusammen,
die eine zunehmende Rückstellkraft liefert. Gleichzeitig ist aber der Schieber so
ausgebildet, daß bei einer Auslenkung auch die hydraulische Flüssigkeit ein zunehmendes
Rückstellmoment auf den Schieber ausübt. Es handelt sich hierbei also um eine kombinierte
mechanische und hydraulische Rückstellung. Diese kombinierten Rückstellkräfte vermitteln
gleichzeitig dem Fahrer das erforderliche Lenkgefühl. Die Arbeitsweise dieser bekannten
Lenkvorrichtung ist folgende: Da die Federn eine Vorspannung haben, muß die Lenkkraft
erst einen bestimmten Wert erreicht haben, bis die Rückstellkraft der Federn überwunden
ist. Das bedeutet, daß beim Lenken die hydraulische Lenkkraft nicht von Anfang an,
d. h. unmittelbar von der Geradeausfahrtstellung aus, zur Wirkung kommt.
Diese Erscheinung wird dadurch gemildert, daß bei der bekannten Vorrichtung die
Steuerkanten des Schiebers schräg verlaufen, so daß die Wirkung der Hilfskraft nur
ganz allmählich einsetzt. Dennoch verbleibt immer ein gewisser Knick in der Lenkkraftcharakteristik,
der zur Lenkunsicherbeit führt.
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Bei einer Hilfskraftlenkvorrichtung dieser Art ist es weiter bekannt,
die Lenkwelle mit der Lenkschnecke nicht direkt, sondern über ein relativ steilgängiges
Gewinde zu verbinden, so daß bei festgehaltener Schnecke relativ große Axialbewegungen
der Lenkwelle für die Verschiebung des Steuerschiebers zur Verfügung stehen.
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Es sind weiter Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit einem eine
Hilfskraft erzeugenden, durch einen von der Lenksäule betätigten Steuerschieber
gesteuerten Kolbentrieb bekannt, bei dem die Lenksäule im Durchmesser derart reduziert
ist, daß sie bei Lenkbelastung tordiert und von einem am oberen Lenksäulenende mit
ihr vereinigten Rohr umschlossen ist. Bei einer bekannten Ausführung werden Ventile
zur Steuerung des Hilfskolbentriebes ausschließlich durch das die tordierbare Lenksäule
umschließende Rohr betätigt, und die tordierende verhältnismäßig dünne Lenksäule
hat lediglich die Aufgabe, bei jeder Lenkung die Lenkschnecke gegenüber dem Rohr
nacheilen zu lassen, damit der Kraftzylinder der Lenkhilfsvorrichtung mit der Lenkung
einsetzt, ehe die Lenkung durch Muskelkraft erfolgt. Eine derart ausgebildete Lenkung
ist nicht feinfühlig, weil die Lenkung ausschließlich durch Kraftbetrieb erfolgt.
Setzt die Kraftlenkung einmal aus, so ist die gesamte Lenkvorrichtung in der Wirkung
gefährdet.
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Im übrigen weist das den Torsionsstab umgebende Rohr an seinem freien
Ende eine Nockenfläche auf,
die auf einen durch eine Druckfeder
in einer Richtung vorgespannten Ventilschalthebel einwirkt. Auch bei dieser Anordnung
ist also bei Bewegungen aus der neutralen Stellung heraus eine Anfangskraft zu überwinden,
die durch die Vorspannung der Druckfeder gegeben ist.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung mit Torsionsfeder erfolgt die
Verstellung des Ventilsteuerschiebers für den Servomotor durch eine Relativbewegung
zwischen tordierender Lenksäule und dem umschließenden Rohr. Die Anordnung ist daher
so getroffen, daß unter normalen Umständen, also bei einem Lenkwiderstand
' der sich in einem üblichen Rahmen hält, das Lenken ohne Hilfskraft erfolgt.
Die Hilfskraft kommt erst zur Wirkung, wenn die Lenkbelastung höhere Werte annimmt.
Die Wirkungsweise dieser bekannten Lenkvorrichtung, bei der die Rückstellung des
Steuerschiebers in die neutrale Stellung mit Hilfe eines Torsionsstabes erfolgt,
ist daher im wesentlichen die gleiche wie die oben beschriebene Anordnung mit einer
vorgespannten, in gegenläufigen Richtungen auf den Ventilschieber einwirkrnden Schraubenfeder,
die in der neutralen Stellung des Schiebers von festen Anschlägen aufgefangen
werden. In beiden Fällen muß eine vorbestimmte Anfangskraft aufgewendet werden,
ehe der Servomotor zur Wirkung kommt.
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Es sind auch schon I-Elfskraftlenkungen bekannt, bei denen durch besondereAusbildung
der Getriebeverbindung zwischen Lenkwelle und Lenkstockwelle bzw. durch bestimmte
Vorkehrungen in der hydraulischen Steuerung ein veränderliches Übersetzungsverhältnis
verwirklicht ist, und zwar derart, daß dieses im Bereich der Geradeausfahrt ein
Maximum aufweist und mit zunehmendem Winkelausschlag des Getriebes nach links oder
rechts abfällt. In einem bekannten Fall wird dies bei einem Steuerschieber mit hydraulisch
beaufschlagten Reaktionsflächen dadurch erreicht, daß das Verhältnis der auf das
Steuerventil und auf den Hilfskolben wirkenden Drücke in Ab-
hängigkeit vom
Lenkausschlag gesteuert wird. Dies erfordert eine relativ komplizierte Steueranordnung
und ist nur bei hydraulisch beeinflußten Steuerschiebern zu verwirklichen. Auf der
anderen Seite ist es bekannt, ein veränderliches übersetzungsverhältnis der Lenkung
durch sich ändernde Steigung des Schneckengewindes oder durch bestimmte Steuerung
der Kupplungselemente zwischen Lenkwelle und Lenkstockwelle zu verwirklichen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hilfskraftlenkung insbesondere
mit in oben beschriebener Weise veränderlichem Übersetzungsverhältnis zu schaffen,
bei der eine hydraulische Rückstellung des ständig durchströmten Steuerventils und
damit eine Übermittlung des Lenkgefühls auf hydraulischem Wege ausgeschaltet und
die Hilfskraft für die Lenkung von, vornherein in der Weise zur Wirkung gebracht
wird, daß eine knickfreie, gleichmäßig verlaufende Lenkkrafteharakteristik erhalten
wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Vorspannfedern in der Weise an dem beweglichen Ventilkörper angreifen,
daß über den gesamten Verschiebeweg des Ventilkörpers beide Federn wirksam sind
und die Rückstellkraft in die neutrale Stellung im wesentlichen nur durch die Federkräfte
aufgebracht wird, und daß die Federn eine große Federkonstante und eine lineare
Federkraftcharakteristik aufweisen. Da die Federn praktisch die gesamte Rückstellkraft
liefern, erfolgt die Übermittlung des Lenkgefühls aul rein mechanischem Wege. Da
die Nullage des Schieberventilkörpers statt durch Anschläge nur durch die Federn
bestimmt wird, ist die zum Verstellen des Ventilkörpers aus einer Nullstellung heraus
erforderliche Kraft praktisch gleich Null. Die Hilfskraft setzt damit unmittelbar
ein, ohne daß zunächst eine beachtliche Anfangskraft zum Auslösen der Hilfskraft
auf,- gebracht werden muß.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehereren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenkgetriebe;
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-11 in Fig. l,
Fig. -i ist ein der
Linie III-Ill in Fig. 1 folgender Schnitt, der den Kraftbetätigungsmotor
des Lenkgetriebes erkennen läßt; Fig. 4 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung
die Arbeitsweise der Hilfskraftlenkung; Fig. 5 zeigt eine, abgeänderte Ausbildungsform
der Lagerung und Abfederung des Ventilschiebers; Fig. 6 ist die- Stirnansicht
der Anordnung gemäß Fig. 2; Fig. 7 und 8 veranschaulichen Einzelheiten
der Schieberausbildung.
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Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, ist bei dem erfindunggemäß
ausgebildeten Lenkgetriebe in einem Gehäuse 10 eine Lenkradwelle
11, eine Lenkhebelwelle 12 und ein Schneckenrad 13 gelagert. Um Raum
zu sparen, ist der Servozylinder:t4 so angeordnet, daß sich seine Achse parallel
zur Lenkradwelle 11 erstreckt.
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Die Bewegungen des Lenkrades werden von der Welle 11 aus durch
eine mit einem variablen Übersetzungsverhältnis arbeitende Einrichtung (Fig.
1
und 2) auf die Lenkhebelwelle 12 übertragen. Das Schneckenrad besitzt einen
radialen Schlitz 16, in dem eine auf einem Zapfen 18 gelagerte Rolle
17
spielt. Der Zapfen 18 ist in einem radialen Abstand von der Lenkhebelwelle
12 auf einem Kurbelarm 19
angeordnet, so daß Bewegungen des Zapfens Drehbewegungen
der Lenkhebelwelle 12 hervorrufen.
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Die durch den Zapfen und den Schlitz gebildete Verbindung zwischen
dem Schneckenrad 13 und der Lenkhebelwelle 12 liefert ein variables Übersetzungsverhältnis.
Dies geht aus Fig. 1 hervor, aus der zu erkennen ist, daß die Mittellinie
20 des das Schnekkenrad tragenden Achsstummels 21 parallel zur Mittellinie 22 der
Lenkhebelwelle 12 verläuft, gegenüber letzterer jedoch seitlich versetzt ist. Bei
der Stellung für Geradeausfahrt nimmt der Zapfen 18, dessen Mittellinie ebenfalls
parallel zu derjenigen der Lenkhebelwelle verläuft, gemäß Fig. 1 eine Lage
ein, in der er sich auf der der Lenkhebelwelle gegenüberliegenden Seite der Mittellinie
20 befindet. Bei dieser Anordnung ergibt sich ein Hebelarm L zwischen dem Schneckenrad
13 und dem Zapfen 18 sowie ein Hebelarin L, zwischen dem Zapfen und
der Lenkhebelwelle., so daß das übersetzungsverhältnis durch den Ausdruck LA gegeben
ist. Bei einer Drehbewegung des Schneckenrades 13 ist der Zapfen
18 gezwungen, sich längs einer Kreisbahn mit dem Radius L, zu bewegen. Da
sich das Schneckenrad um eine Achse dreht, die zwischen der Achse des Zapfens
18 und der Achse der Lenkhebelwelle liegt, wird der Abstand L vergrößert,
wenn sich die Teile aus
der in Fig. 1 gezeigten Geradeausfahrtstellung
herausbewegen. Diese Änderung des Hebelarins L liefert ein abnehmendes übersetzungsverhältnis
der Lenkung. Dabei steht für die Geradeausfahrt ein verhältnismäßig großes übersetzungsverhältnis
zur Verfügung, während im Bereich der Grenzstellungen der lenkbaren Räder ein vergleichsweise
kleineres übersetzungsverhältnis gegeben ist. An den Enden der Drehbewegung der
Lenkhebelwelle nähert sich das Verhältnis zwischen L und L, praktisch dem Wert
1: 1.
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Bei kraftbetätigten Lenksystemen für Kraftfahrzeuge kommt es darauf
an, die Lenkeinrichtung auf kleinstmöglichem Raum unterzubringen und die Lenkhilfskraft
gleichmäßig auf das Lenkgestänge aufzubringen. Zu diesem Zweck wird die Lenkhebelwelle
12 durch den Kraftbetätigungszylinder 14 unmittelbar über den Zapfen 18 mit
Hilfe einer Pleuelstange 25 betätigt. Zwar bewegt sich die Pleuelstange
1.8 mit ihrem einen Ende längs eines Kreisbogens, doch übt die geringfügige
Änderung des wirksamen Hebelarms zwischen dem Kraftangriffspunkt an dem Zapfen
18 und der Mittellinie 22 der Lenkhebelwelle keine bemerkbare Wirkung aus,
da die Mitnehmerverbindung der Lenkhebelwelle eine ähnliche Bewegung ausführt.
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Die Steuerung des Servozylinders 14 erfolgt mit Hilfe eines hin- und
herbewegbaren Steuerschiebers 26 (Fig. 2), der auf der Lenkradwelle
11 so angeordnet ist, daß er sich ihr gegenüber drehen, jedoch keine axialen
Bewegungen ausführen kann. Die Verbindung zwischen der Lenkradwelle 11, der
Lenkschnecke 15 und dem Steuerschieber 26 läßt sich auf verschiedene
Weise herstellen: Fig. 2 zeigt eine zweckmäßige Ausbildungsform dieser Verbindung.
Gemäß Fig. 2 ist die Lenkwelle 11 bei 11 a mit einem Wellenstummel
15a verkeilt, der mit der Lenkschnecke 15 aus einem Stück besteht. Die Wellen
11
und 15 a sind außerdem mittels einer Hülse
11 b über Stifte 11 c drehfest miteinander verbunden, wobei der Steuerschieber
26 zwischen der Schulter lld der Hülse 11 b und einer Schulter
15 b der Schnecke axial festgelegt ist. Zwischen der Hülse
11 b und dem Gehäuse 10 sind Nadellager 27 angeordnet, in denen
sich die Hülse llb drehen und axial verschieben kann. Um den Verschleiß auf ein
Mindestmaß herabzusetzen, werden Drehbewegungen des Steuerschiebers 26 möglichst
vermieden. In der Praxis werden solche Drehbewegungen durch die an den Dichtungsringen
26a auftretende Reibung verhindert.
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Die Schnecke 15 weist eine große Steigung auf. Diese beträgt
etwa 38 mm bis etwa 50 mm je Umdrehung gegenüber einer Steigung
bei üblichen Schnecken von annähernd 13 mm je Umdrehung. Mit einer
solch aroßen Steigung erhält man ein Lenkübersetzungsverhältnis, das annähernd dem
normalerweise bei Fahrzeugen mit handbetätigter Lenkung vorgesehenen entspricht,
und zwar - in Verbindung mit der oben beschriebenen übersetzungsvorrichtung
zwischen Schneckenrad und Lenkstockwelle - mindestens innerhalb eines kleinen
Drehbereichs zu beiden Seiten der Geradeausfahrtstellung.
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Eine Schnecke mit großer Steigung ist außerdem insofern vorteilhaft,
als sie bei einer gegebenen Winkelbewegung der Lenkwelle eine erheblich größere
axiale Verschiebung der Welle 15 a hervorruft, wenn das Schneckenrad
stillsteht. Diese Vergrößerung der geradlinigen Bewegung bei einer Drehbewegung
der Lenkwelle 11 ermöglicht es, bei der Herstellung des Steuerschiebers mit
erheblich größeren Toleranzen als sonst notwendig zu arbeiten, was sich erheblich
auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Das Kolbenschieberventil 26 arbeitet mit kontinuierlichem Durchfluß.
Es weist eine durch eine Pumpe mit einem hohen Druck beaufschlagte Nut
28, zwei in einem gegenseitigen Abstand zu beiden Seiten der Nut
28 angeordnete Stege 29 und 30 sowie zwei Niederdruckaustrittsnuten
31 und 32 auf den voneinander abgewandten Seiten der Stege
29 und 30
auf. Das Gehäuse 10 ist mit zwei Ringnuten
33 und 34 versehen, die durch Kanäle 33 c bzw. 34
c mit den Räumen auf beiden Seiten des Kraftbetätigungskolbens
61 verbunden sind; außerdem ist ein Hochdruckeinlaß 28 c vorgesehen.
Die Nuten 31 und 32
des Kolbenschiebers sind durch entsprechende Kanäle
bzw. Leitungen mit dem Druckmittelbehälter der Pumpe verbunden.
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Die Breite der Kolbenstange 29 und 30 ist etwas kleiner
als diejenige der damit zusammenarbeitenden Nuten 33 und 34 in dem Gehäuse
10. Wenn sich der Steuerkolben in seiner Mittellage bzw. in seiner neutralen
oder geöffneten Stellung befindet, strömt das durch die Pumpe oder eine andere Quelle
gelieferte Druckmittel aus der Nut 28 in die Nuten 33 und 34 ein und
gelangt von dort aus über die Nuten 31
und 32 zur Saugseite der Pumpe.
Dieser Strömungsweg ist in Fig. 2 durch die Pfeile 36 angedeutet. Wenn die
Welle 15a dadurch nach links bewegt wird, daß sich die Schnecke 15 an dem
Schneckenrad 13
abstützt, wird die Nut 31 gegenüber der Nut
33
durch den Steg 29 abgesperrt, und gleichzeitig wird die Nut 34 durch
den Steg 30 gegenüber der Nut 28
geschlossen. Das Druckmittel strömt
jetzt aus der Nut 28 zu der Nut 33, so daß sich ein Druck aufbaut
und der Kolben 61 betätigt wird. Bei einer Bewegung der Welle 15a nach rechts
wird die Verbindung zwischen den Nuten 32 und 34 unterbrochen, die Verbindung
zwischen den Nuten 28 und 34 wird weiter, und die Verbindung zwischen den
Nuten 28 und 33
wird unterbrochen, so daß die Nut 34 und der Kolben
61 mit dem Strömungsmitteldruck beaufschlagt werden und sich der Kolben in
einer Richtung bewegt, die seiner Bewegungsrichtung bei der Druckbeaufschlagung
der Nut 33 entgegengesetzt ist.
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Der Steuerschieber 26 wird normalerweise durch ein spielfreies,
in Fig. 2 insgesamt mit 37 bezeichnetes Federaggregat in seiner neutralen
Mittelstellung gehalten. Gemäß Fig. 2 trägt die Schnecke 15 an ihrem von
dem Steuerkolben abgewandten Ende einen Achsstummel 15 c, auf
dem die inneren Laufringe 38 und 39 von zwei Kegelrollenlagem angeordnet
sind. Die zugehörigen äußeren Laufringe 40 und 41 weisen radial nach außen ragende
Flansche 42 bzw. 43 auf, die sich an den inneren Rändern von ihnen zugeordneten
Tellerfedern 44 bzw. 45 abstützen. Diese Federn, die bestrebt sind, die Kege17-rollenlager
gegeneinander zu bewegen, gleichen jeden Verschleiß automatisch aus, so daß kein
Spiel auftreten kann. Gleichzeitig wird der einer Hin- und Herbewegung der Welle
15a entgegengesetzte Reibungswiderstand auf ein Minimum herabgesetzt, denn an den
die Hauptlast aufnehmenden Kegelrohenlagern tritt keine gleitende Reibung auf. Vielmehr
führen die Federn 44 und 45 lediglich Kippbewegungen aus, um eine Hin- und Herbewegung
der Welle 15a zu ermöglichen.
Zwischen den äußeren Rändern
der Federn 44 und 45 liegt eine zylindrische Abstandshülse 46, die ein unbeabsichtigtes
übermäßiges Zusammendrücken der Lager verhindert. Zwischen der abgeschrägten Schulter
48 des Gehäuses und der Tellerfeder 44 ist eine Abstimmbeilage 47 angeordnet. In
eine Gewindebohrung des Gehäuses 10 ist ein als EinsteIhnittel dienender
Deckel 49 eingeschraubt. Die Abdichtung zwischen der Gewindebohrung und dem Deckel
erfolgt durch einen Dichtungsring 51. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die
Innenkante 52 des Einstelldeckels 49 abgeschrägt, so daß ein Vorsprung
53 vorhanden ist, der am äußeren Rand der Tellerfeder 45 angreift. Wenn man
den Deckel 49 weiter in die Gewindebohrung einschraubt, werden die Federn 44 und
45 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise so ausgebogen, daß sie eine tellerförmige
Gestalt annehmen, wobei die Federn gleichmäßig vorgespannt sind, je-
doch
ohne daß insgesamt eine Vorspannung auf den Steuerkolben aufgebracht wird.
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Vor dem Einbau sind die Federn 44 und 45 flach und weisen eine im
wesentlichen gleichmäßige Federkonstante auf. Wenn man den Deckel 49 gemäß Fig.
2 weiter in die Gewindebohrung einschraubt, nehmen die Federn 44 und 45 eine immer
stärker ausgeprägte Tellerform an. Gleichzeitig wird die neutrale Stellung der Welle
15 a gegenüber den Federn nach links um eine Strecke verlagert,
die gleich der Hälfte der Bewegungsstrecke des Deckels 49 ist. Mit Hilfe des Deckels
49 ist es somit möglich, die Weile zusammen mit dem Steuerschieber 26 genau
einzustellen, um die Stege des Steuerschiebers gegenüber den Nuten 33 und
34 zu zentrieren.
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Zum Zwecke des Einstellens kann man die Dicke der Abstimmbeilage 47
variieren; hierdurch ist eine zusätzliche Einstellung möglich, wenn die Welle 15a
und der Steuerkolben 26 nach rechts bewegt werden müssen, um die gewünschte
neutrale Stellung zu erreichen. Für den normalen Betrieb werden die Federn so stark
zusammengedrückt, daß während der Bewegung des Steuerkolbens keine der beiden Federn
vollständig entlastet wird und ihre flache Gestalt annehmen kann. Der Steuerschieber
kann sich über eine Strecke in der Größenordnung von etwa 0,3 mm
bewegen,
während die entsprechende Bewegungsstrecke bei den Ventilen von Lenkgetrieben bekannter
Ausführung mit kleiner Steigung der Schnecke nur etwa 0,7 mm beträgt.
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Die Einstellung des Deckels 49 muß genau sein, damit eine genaue Zentrierung
der Teile des Steuerventils erfolgen kann; deshalb ist eine stufenlos verstellbare
Verriegelung vorgesehen. Gemäß Fig. 2 und 7 ist ein Sicherungsblech
55 vorgesehen, das mit einer Nase in eine von mehreren in gleichmäßigen Umfangsabständen
vorgesehenen Aussparungen 56
am Umfang des Deckels 49 eingreift. Das Sicherungsblech
55 besitzt einen Schlitz 57 (Fig. 2) und wird durch eine Sicherungsschraube
festgehalten. Um das Ventil einzustellen, verstellt man den Deckel 49 somit bis
zum Erreichen der endgültigen Stellung; dann i
bringt man das Sicherungsblech
55 in eine Lage, in der es in diejenige Aussparung 56 des Deckels
eingreift, die dem radialen Loch am nächsten benachbart ist, das die Sicherungsschraube
aufnimmt. Der Schlitz 57 des Sicherungsblechs erstreckt sich über den Abstand
zwischen zwei benachbarten Aussparungen 56 hinaus, so daß man die Sicherungsschraube
bei jeder Stellung des Deckels 49 einschrauben und festziehen kann. Diese Anordnung
ermöglicht es, die Lenkung nach dem Zusammenbau des Kraftfahrzeugs genau und endgültig
zu zentrieren.
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Das vorstehend beschriebene Lenksystem arbeitet derart, daß es innerhalb
des kritischen Bereichs während der Fahrt des Kraftfahrzeugs der Lenkkraft einen
zunehmenden Widerstand entgegensetzt. Dies, geht aus Fig. 4 hervor, wo die Charakteristiken
verschiedener Bauarten von kraftbetätigten Lenksystemen zeichnerisch dargestellt
sind. In Fig. 4 ist das auf das Lenkrad ausgeübte Eingangsdrehmoment über dem Ausgangsdrehmoment
bzw. der Lenkbelastung aufgetragen. Gewöhnlich ist es bei kraftbetätigten Lenksystemen
erwünscht, daß ein bestimmtes auf den Griffkranz des Lenkrades auszuübendes Drehmoment
erforderlich ist, das in Fig. 4 mit X bezeichnet ist und einer Kraft von etwa 2
bis 3 kg entspricht, damit ein bestimmtes maximales Ausgangsdrehmoment, das
in Fig. 4 mit y bezeichnet ist, erzeugt wird. Zwar arbeiten sämtliche auf
dem Markt befindlichen kraftbetätigten Lenksysteme auf dieser Basis, doch bestehen
erhebliche Unterschiede zwischen den Kurven, die die Beziehung zwischen dem Eingangsdrehmoment
und dem Ausgangsdrehmoment erkennen lassen.
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Beispielsweise sehen manche Systeme eine ständige Kraftbetätigung
der Lenkung vor. Bei derartigen Sy-
stemen steht somit eine Hilfsbetätigungskraft
auch bei sehr geringen Belastungen der Lenkung zur Verfügung. Die Eingangsdrehmoment-Ausgangsdrehmoment-Kurve
eines solchen Systems wird durch die Gerade A wiedergegeben. Bei einer derartigen
Anordnung ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß das Eingangsdrehmoment, das
in dem der Fahrt auf der Landstraße entsprechenden »kritischen« Bereich der Lenkung,
der zwischen 0 und y' liegt, innerhalb des gesamten kritischen Bereichs
nur bis auf den verhähnismäßig kleinen Wert von X' zunimmt. Infolgedessen ändert
sich das für den Fahrer wahrnehmbare Lenkgefühl innerhalb des ganzen kritischen
Bereichs nur wenig, und es hat sich gezeigt, daß die meisten Fahrer dieses geringe
Lenkgefühl nicht als ausreichend betrachten, um das Fahrzeug einwandfrei zu beherrschen.
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Als Alternative zu dem soeben erläuterten System, bei dem eine ständige
Kraftübertragung vorgesehen ist, sehen viele Systeme eine Kraftbetätigung vor, die
oberhalb eines Schwellenpunktes wirksam wird und auf hydraulischem Wege bei allen
oberhalb des Schwellenpunktes liegenden Betriebszuständen ein Lenkgefühl vermittelt.
Die Arbeitsweise eines solchen Systems wird durch die Gerade B veranschaulicht.
Bei Systemen dieser Art sind vorgespannte Federn od. dgl. vorgesehen, um zu verhindern,
daß die Kraftbetätigung wirksam wird, bevor ein Ausgangsdrehmoment von
y2 erreicht ist. Dieser Punkt auf der Kurve für die Handbetätigung der Lenkung
(Gerade C), der in Fig. 4 mit C' bezeichnet ist, ist der sogenannte Schwellenpunkt.
An diesem Punkt kommt die Kraftbetätigung zur Wirkung, und ebenso wie bei der ständigen
Kraftbetätigung gemäß der Geraden A
setzt sich die Gerade B vom Punkt C' aus
fort und steigt mit im wesentlichen konstanter Steigung bis zum Punkt
X, y an. Die Hauptschwierigkeit, die sich bei derartigen Systemen
ergibt, besteht darin, daß es sich in der Praxis zeig' daß der Schwellenpunkt C'
sehr scharf ausgeprägt ist und genau in der Mitte des kritischen Bereichs liegt,
wodurch der durchschnittliche
Fahrer verwirrt wird, da sich hier
ein plötzlicher Übergang einstellt, so daß der Fahrer die Änderungen der Lenkbelastung
in der Nähe des Schwellenpunktes und in dessen Umgebung nicht mehr genau fühlt.
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Ein weiteres Lenksystem, das nicht mit einem mit Hilfe eines Strörnungsmittels
erzeugten Lenkgefühl arbeitet, liefert einen SchwellenpunktC2 bei einem Ausgangsdrehmoment
y3 und einem EingangsdrehmomentX. Bei einem solchen System vergrößert.sich der der
Lenkkraft entgegengesetzte Widerstand bis zum Erreichen des Schwellenpunktes, und
er bleibt dann unabhängig von den größer werdenden Ausgangsdrdhmomenten oder Lenkungsbelastungen
im wesentlichen konstant. Bei diesem System liegt der eine plötzliche Änderung verursachende
SchwellenpunktC*2 noch im kritischen Bereich. Allerdings besitzt dieses System den
Vorteil, daß es ohne die verhältnismäßig komplizierten Mittel auskommt, die bei
neuzeitlichen kraftbetätigten Lenksystemen allgemein verwendet werden, um dem Fahrer
mit Hilfe einer mit einem Strömungsmittel arbeitenden Einrichtung ein gefühlsmäßiges
Betätigen der Lenkung zu ermöglichen.
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Das erfindungsgemäß ausgebildete kraftbetätigte Lenksystem liefert
dagegen eine andere Charakteristik entsprechend der Linie D in Fig. 4, bei
der kein Schwellenpunkt auftritt. Hierbei wird die Linie C für die handbetätigte
Lenkung nicht an einem Schwellenpunkt mit einem plötzlichen übergang verlassen,
sondern die Kraftbetätigung wird von Anfang an allmählich wirksam. Wie aus der Linie
D ersichtlich, nähert sich ihre Wirkung schnell dem maximalen Wert X des
Eingangsdrehmoments an einem Punkt, der ein kleines Stück jenseits des Endes des
kritischen Bereichs liegt. Dieser verhältnismäßig zügige Verlauf der Kurve wird
durch das Zusammenwirken mehrerer Faktoren erreicht.
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Ein Faktor, der zur Ausbildung der verhältnismäßig zügig verlaufenden
Kurve D beiträgt, ist in der neuartigen Wirkungsweise der Federn 44 und 45
zu erblicken. Angesichts der abgeglichenen gegenseitigen Einwirkung der Federn ergibt
sich eine neutrale Stellung, bei der keine Vorspannung vorhanden ist, wobei die
neutrale Stellung nur durch die Einwirkung der Federn und nicht durch Anschläge
bestimmt ist. Das Lenkgefühl wird daher nur durch die Federn vermittelt.
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Die Federkonstante der beiden Federn 44 und 45 zusammen ist doppelt
so groß wie diejenige jeweils einer der beiden Federn, wenn die Federn in demjenigen
Bereich arbeiten, innerhalb dessen die eine Feder flachgedrückt wird, während sich
die andere in zunehmendem Maße durchbiegt. Es werden Federn mit verhältnismäßig
großer Federkonstante verwendet, so daß zwischen der neutralen Stellung des Ventils,
bei der keine Federbelastung vorhanden ist, und der Stellung für volle Kraftbetätigung
eine hohe Federbelastung hinzugefügt wird. Verwendet man in bekannter Weise eine
Schnecke mit großer Steigung, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Federn vorzusehen,
die in ihrer Stellung für volle Kraftbetätigung eine Last von etwa 40
kg aufbringen.
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Die Kurve D entspricht den Verhältnissen, die bei einem Steuerschieber
mit ebenen Schiebersteuerflächen vorherrschen. Hierbei wird der Druck und damit
auch die Leistungsabgabe bei einer Bewegung des Ventils aus seiner neutralen Stellung
in die Stellung für vollen Betrieb allgemein mit dem Quadrat der Ventilbewegung
abgebaut. Wenn die Federn bei einer Vergrößerung der Lenkbelastung in zunehmendem
Maße ausgelenkt werden, beginnt der Aufbau des Druckes bzw. des abgegebenen Drehmoments
mit einer hohen Geschwindigkeit bei vergleichsweise kleinen entsprechenden Schritten
der Bewegung des Ventils. Dies geht auch aus Fig. 4 hervor, wo die Linie
D ein gleichmäßiges und dabei schnelles Ab-
sinken der Zunahmebeträge
des aufzubringenden Eingangsdrehmoments bei einer Vergrößerung des Ausgangsdrehmoments
jenseits des kritischen Fahrbereichs erkennen läßt.
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Wenn dagegen entsprechend der Kombination gemäß der Erfindung in bekannter
Weise geneigt verlaufende Steuerkanten verwendet werden, wie sie schematisch in
Fig. 7 und 8 angedeutet sind, erhält man die Kurve E. Fig.
7 zeigt z. B. einen Ventilsteg 30a in Gestalt einer Abwicklung,
d. h., die Länge des Stegumfangs ist durch die Strecke P wiedergegeben. Die
diesem Steg zugeordnete, durch ebene Flächen begrenzte Nut 34 des Ventilgehäuses
ist ebenfalls abgewickelt gezeichnet und durch gestrichelte Linie angedeutet. Um
die abgeänderte Kurve E zu erzielen, verläuft die Nut 34 jedoch nicht rechtwinklig
zur Achse des Ventils, sondern, wie bei 34 a angedeutet, unter einem Winkel. Wenn
sich der Steg 30 a gemäß Fig. 7 in Richtung des Pfeils
65 bewegte überschneidet er bei dieser Ausbildung der Nut die Kante 34a des
Steges eher, als er gewöhnlich die Nutenkante 34 überschneiden würde, und der Steg
bewirkt ein vollständiaes Verschließen der Nut 34 a in einem späteren Zeitpunkt,
als es bei der Nut 34 der Fall wäre. Infolgedessen baut sich der Druck in dem Kraftbetätigungszylinder
allmählicher auf, so daß ein längerer und allmählicher gekrümmter Abschnitt
E
auf der Kurve E zur Verfügung steht, was eine Verbesserung gegenüber
dem entsprechenden Ab-
schnitt D' der Kurve D darstellt.
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Ein solches allmähliches Aufbringen der Betätigungskraft läßt sich
dadurch erzielen, daß man statt der Nuten in dem Gehäuse 10 die Stege des
Steuerkolbe,ns 26 entsprechend bearbeitet. Ein Beispiel hierfür ist in Fig.
8 dargestellt, wo die Lage des Steges 30 b gegenüber der Nut
34 gezeigt ist. Der Steg 30 b
weist meherere abgestufte Aussparungen
66 auf, die bewirken, daß der Steg 30 b die Kante der Nut 34
allmählicher überschneidet, als es bei Ventilen der Fall ist, bei denen die Ringnut
und der Kolbensteg durch gerade Flächen begrenzt sind. Die Bearbeitung der Nuten
34 a bzw. des Steges 30 b kann man in gewissen Grenzen abändern, um einen
anderen Verlauf des Druckaufbaus vorzusehen.
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Man könnte auch eine geringfügige Vorspannung vorsehen, damit die
Kurve D oder die Kurve E längs einer kurzen Strecke der Kurve
C folgt. Angesichts des steilen Anstiegs der Kurven D und
E an deren Anfang wäre gegen eine solche Vorspannung nicht so viel einzuwenden
wie bei den nur langsam ansteigenden Kurven A und B.
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Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausbildungsform für die Abfederung
des Schiebers. Bei dieser Anordnung ist die Schnecke 15d mit einer Kugellauffläche
15e versehen. Mit dieser Lauffläche arbeiten Lagerkugeln 70 zusammen, die
durch die äußeren Laufringe 71
und 72 in ihrer Lage gehalten werden;
diese Laufringe werden durch Federscheiben 73 und 74 gegen die Kugeln und
gegeneinandergedrückt. Ebenso wie
bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 bis 3 sind die Federn 73 und 74 anfangs flach, doch
werden sie mit Hilfe des einstellbaren Deckels 49 so vorgespannt, daß sie eine tellerförmige
Gestalt annehmen. Die Anordnung nach Fig. 5 arbeitet ebenso wie diejenige
nach Fig. 2; es handelt sich hierbei jedoch um eine erheblich vereinfachte Konstruktion,
die zur Senkung der Kosten des kraftbetätigten Lenksystems beiträgt.