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Elektrische Hilfskraftlenkung Die Erfindung betrifft eine elektrische
Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge, Chargiermaschinen u. dgl., bei der die Lenksäule
durch eine Kupplung mit Verdrehungsspiel unterbrochen und ein parallel zur Kupplung
liegender Stellmotor vorgesehen ist, dessen Eingang und Ausgang über je ein Untersetzungsgetriebe
mit dem oberen bzw. unteren durch die Kupplung unterteilten Abschnitt der Lenksäule
verbunden ist und der am Umfang seines Gehäuses durch eine Erregerwicklung gebildete
Magnetpole aufweist.
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Bei bekannten Hilfskraftlenkungen dieser Art ist der Stellmotor ein
üblicher elektrischer Gleichstrommotor, der über Kontakte zum Antrieb in Vorwärts-und
Rückwärtsrichtung gesteuert wird. Solchen bekannten Lenksystemen ist der Nachteil
gemeinsam, daß vom Auftreten der die .Lenkung verstellenden Fahrstöße bis zum Ansprechen
der Kontakte ein toter Gang durchlaufen werden muß, innerhalb dessen die Lenkung
weder von Hand noch durch den Stellmotor gehalten wird. Um das auftretende schädliche
Lenkspiel zu beseitigen, ist bei einer anderen bekannten Hilfskraftlenkung eine
selbsthemmende Schnecke als Lenkschraube. vorgesehen. Diese Hilfsmaßnahme entspricht
aber nicht mehr dem . derzeitigen Entwicklungsstand bei Lenkungen, die der Forderung
unterliegen, daß die Lenkung nach einer Kurvenfahrt bei Loslassen des Steuerrades
selbsttätig wieder in ihre Stellung für Geradeausfahrt zurückgeht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, eine Hilfskraftlenkung
zu schaffen, die die genannten Nachteile der bekannten Bauarten nicht aufweist und
die einen relativ einfachen Aufbau mit einem Mindestmaß an Wartung und Störanfälligkeit
hat.
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Als Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
die einzelnen Wicklungsspulen der Erregerwicklung an die Lamellen eines im Gehäuse
festen Kommutators angeschlossen sind, dem eine der Polzahl entsprechende Anzahl
von außen über Schleifringe mit Gleichstrom gespeister Bürsten zugeordnet ist, die
auf einer von dem Lenkrad über das Eingangsgetriebe drehbaren Hohlwelle sitzen,
in der eine mit der Lenkung über das Ausgangsgetriebe verbundene Stellmotorwelle
mit einem darauf befestigten magnetischen Polrad der gleichen Polzahl wie die der
Erregerwicklungen gelagert ist.
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Ein solcher Stellmotor hat den Vorteil, daß die Lenkung ständig durch
ein Magnetfeld in der von Hand über das Lenkrad vorgegebenen Stellung festgehalten
wird. Sie besitzt demnach keinen Leergang von der Lenkseite, sondern nur zur Einleitung
der' Verstellung von der Bedienungsseite her.
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Die Erfindung ist zweckmäßig weitergebildet durch eine an sich bekannte
Federzentrierung für den automatischen Rücklauf der Lenkung, die in der Kupp-Jung
eingebaut ist und die Bürsten im Stellmotor bei nicht betätigtem Lenkrad in Ruhestellung
kontaktlos hält. In diesem Zustand decken sich die Pole des Ständers mit denen des
Polrades. Das Polrad kann elektrische Erregerwicklungen aufweisen, die über die
gleichen Schleifringe wie die Bürsten gespeist werden.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt A b b.1 eine durch eine Kupplung
unterbrochene Lenkwelle und die Zuordnung des Stellmotors in schematischer Ansicht,
A b b. 2 den Stellmotor im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung, A b b. 3 den
Radialschnitt durch den Stellmotor längs der Schnittlinie III-III in A b b. 2 und
A b b. 4 den Wicklungsplan für die im Ausführungsbeispiel gewählte 4polige Anordnung.
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Die Lenkwelle besteht aus einem oberen, das Lenkrad tragenden Abschnitt
1 sowie aus einem unteren Abschnitt 2, der an ein übliches Lenkgetriebe angeschlossen
sein kann. Die beiden Lenkwellenabschnitte 1 und 2 sind über eine Kupplung 5 miteinander
verbunden, die ein Verdrehungsspiel aufweist, welches zur Betätigung eines Stellmotors
ausgenutzt wird. Das Verdrehungsspiel beträgt z. B. 4 bis 6°. über diese Kupplung
kann bei Ausfall der Stromversorgung eine Notlenkung vorgenommen werden.
Um
einen selbsttätigen Rücklauf der Lenkung zu ermöglichen, ist in der Kupplung 5 eine
Federzentrierung eingesetzt, welche die beiden Kupplungshälften in der Mitte des
Verdrehungsspiels hält. Wie aus den nachstehenden Erläuterungen ersichtlich, wird
auf Grund der Federzentrierung erreicht, daß bei losgelassenem Lenkrad die Lenkung
durch von außen über die zu lenkenden Räder angreifende Kräfte verstellt werden
kann. Es ist somit ein selbsttätiger Rücklauf der Lenkung gewährleistet.
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Der Abschnitt 1 der Lenkwelle trägt ein Zahnrad 3 und der Abschnitt
2 der Lenkwelle ein gleich großes Zahnrad 4. Das Zahnrad 3 steht spielfrei mit einem
kleineren -Ritzel. 6 im Eingriff, während ein vorzugsweise gleich großes Ritzel
7 mit dem Zahnrad 4 im Eingriff steht. Die Ritzel 6 und 7 sind im Gehäuse eines
Stellmotors gelagert, der seinerseits ortsfest in einem Fahrzeug oder in einer sonstigen
Einrichtung gelagert ist.
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Das Ritzel 7 ist auf einer Welle 8 des Stellmotors gelagert, auf der
ein in diesem Beispiel 4pölig ausgeführtes Polrad 9 befestigt ist. Das Ritzel 6
setzt sich in eine im Gehäuse des Stellmotors gelagerte Hohlwelle fort, welche ihrerseits
ein Lager für das andere Ende der Welle 8 bildet.
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Mit der Hohlwelle des Ritzels 6 fest verbunden ist eine der gewählten
Polzahl entsprechende Anzahf Bürsten 10, die über zwei auf der Hohlwelle des Ritzels
6 befestigte Schleifringe 11 mit Strom gespeist werden. Die Bürsten 10 schleifen
an den Lamellen eines Konimutators 13, der fest im Gehäuse des Stellmotors untergebracht
ist.
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Das Polrad ist von einem feststehenden Ständer 12 umgeben, der eine
Wicklung 14 trägt, welche, wie nachstehend beschrieben, mit den einzelnen Kommutatorlamellen
in Verbindung steht. Entsprechend A b b. 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel der Ständer
mit 24 Nuten versehen. In diesen Nuten ist die Wicklung 14 gemäß dem schematischen
Wicklungsplan A b b. 4 derart untergebracht, daß eine geschlossene Spule in je zwei
benachbarten Nuten liegt, wobei die 24 Spulen gleiche Wicklungsrichtung aufweisen.
Der Endanschluß der ersten Spule ist mit dem Anfangsanschluß -der folgenden Spule
verbunden, so daß eine aus 24 Spulen bestehende, fortschreitende und in sich geschlossene
Wicklung entsteht. Die Verbindung zweier benachbarter Spulen sind an je eine Kommutatorlamelle
angeschlossen.
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Bei der im gezeigten Beispiel angenommenen 4poligen Ausführung des
Polrades 9 sind vier Bürsten -abwechselnder Polarität um je 90° zueinander versetzt
auf den Kommutatorlamellen schleifend angeordnet und liegen über Schleifringe 11
und Bürsten 15 an Gleichstrom, so daß sich im Ständer vier Polfelder bilden, da
je sechs Spulen, immer in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen werden.
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Demgemäß verläuft durch die Ständernutenpaare 21 und 22, 22 und 23,
23 und 24, 24 und 25 usw. (A b b. 3) je ein eine _ Spule bildender Wicklungsstrang,
so daß in jeder- Ständemut zwei Wicklungsstränge liegen. Wie aus A b b. 4 entnommen
werden kann, in der die Wicklungsstränge nur mit ihren Anschlüssen angedeutet sind,
liegt ein Anschluß der eine. Spule bildenden Wicklungsstränge 40 an der ersten und
der andere Anschluß an der darauffolgenden zweiten Lamelle 41. Die Wicklungsstränge
42 der nächsten Spule sind an- die zweite und dritte Kollek-. torlamelle angeschlossen
usw. Schematisch angedeu-. tet sind in Ab b.4 ebenfalls die für das- vorliegende
Beispiel angenommenen vier Bürsten 10. Die Bürsten überdecken je nach Stellung zwei
Kommutatorlamellen und überbrücken dadurch den bei neutraler Stellung des "Polrades
in der Lücke zwischen den Polen desselben liegenden Wicklungsstrang - im:.Ständer.
Dadurch fließt bei jeder Drehstellung der Bürsten durch mindestens fünf nebeneinanderliegende
Erregerspulen Strom in der gleichen Richtung.
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Sofern ausreichende Maßnahmen angewendet werden, um die an den Kollektorlamellen
abzuschaltenden Induktionsströme klein zu halten, kann die Ständerwicklung 14 auch
so verlaufen, daß die Wicklungsstränge- der einzelnen Spulen z. B. in der ersten
und siebten, zweiten und achten, dritten und neunten Nut liegen, wobei die beiden
Anschlüsse jeder Spule dann mit der ersten.ünd achten, zweiten.und neunten usw.
Kommutatorlamelle verbunden .und die. Bürsten etwas breiter sind. als in. A b b-
4 gezeichnet-Wiid beim Betrieb. der Hilfskraftlenkung von einem Bedienenden der
Lenkwellenabschnitt 1. auf. Grund des Spiels.' innerhalb der Kupplung 5 unabhängig
von dem Lenkwellenabschnitt 2 mit geringem..Aufwand gedreht, so..wird diese Drehbewegung
über die Zahn-: räder 3 oder 6 oder .ein beliebiges anderes Getriebe so übersetzt,
daß die Bürsten 10 je nach dem übersetzungsverhältnis entsprechend viele Umläufe
ausführen. Da die Bürsten abwechselnde Polarität aufweisen, erzeugen die über die
Kommutatorlamellen angeschlossenen Erregerspulen 14 im Ständer 12 ein entsprechendes
vierpoliges Magnetfeld. Beim Umlauf der Bürsten 10 läuft somit - das durch die Wicklung
14 erzeugte Magnetfeld nach Maßgabe der von dem Bedienenden gewählten Drehbewegungsrichtung
um und sucht das Polrad mitzuziehen, damit sich die Pole des Ständers 12 mit denen
des Polrades 9 immer decken. Das Polrad 9 wird- von. den Ständermagnetfeldern nachgezogen,
bis sich die Felder wieder decken. Die Drehbewegung des Polrades wird von dem auf
der gleichen Welle sitzenden Ritzel 7 auf das Zahnrad 4 übertragen und entsprechend
dem Übersetzungsverhältnis dieses oder eines anderen Getriebes soweit untersetzt,
daß die von der Hilfskraftlenkung erzeugte Kraft zur Betätigung einer Lenkung oder
einer anderen Verstelleinrichtung ausreicht.
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Das Polrad 9 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus magnetisierbarem
Material, in das am Umfang in Axialrichtung verlaufende Nuten eingearbeitet sind,
so daß ausgeprägte Pole entstehen.
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Das Polrad kann auch mit einer Wicklung versehen werden, die über
die Schleifringe 11 gespeist wird, wenn die einfachere Anordnung für die zu übertragenden
Kräfte nicht ausreicht. Je nach dem zur Verfügung stehenden Platz und dem vertretbaren
Aufwand kann das Polrad auch eine andere Polzahl besitzen, wozu in solchen Fällen
die Erregerwicklung im Ständer mit einer entsprechenden anderen Polzahl versehen
wird.
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Um einen automatischen Rücklauf der Lenkung zu ermöglichen, enthält
die Kupplung 5 eine Federzentrierung, welche die beiden Kupplungshälften in der
Mitte des Verdrehungsspiels hält. Dadurch werden die Bürsten 10 in die Neutralstellung,
z. B. Geradeausstellung, bei Kraftfahrzeugen - gebracht, sobald das ' Lenkrad nicht
gegen die. Rückstellkraft der Feder festgehalten ist. Diese Maßnahme gewährleistet
einen. automatischen Rücklauf der Lenkung:-
Dadurch ist es ferner
möglich, daß Kräfte, die von außen auf die Lenkung wirken, diese bei losgelassenem
Lenkrad verstellen können.