DE3530001A1 - Lenkhilfe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge, mit einem die Handlenkung unterstützenden Antriebsaggregat, das auf ein den Lenkausschlag beeinflussen­ den Gestängeteil in einem der Handlenkung entsprechenden Sinne einwirkt, wobei das Antriebsaggregat von einer geschwindigkeits­ abhängigen Schalteinrichtung nur bei geringen Fahrgeschwindig­ keiten einschaltbar und bei Überschreiten einer bestimmten Fahr­ geschwindigkeit abschaltbar ist.

Es ist bekannt, die bei Lenkvorgängen manuell auf das Lenkrad aufzubringenden Kräfte, welche bei niedrigen Fahrzeuggeschwin­ digkeiten, vornehmlich beim Parkieren, besonders groß sind, durch motorische Hilfskraftaggregate zu unterstützen. Beim diesbezüglichen Stand der Technik, wie ihn die DE-OS 23 52 526, 24 31 737, 28 45 864, 32 36 080, 33 36 272, 33 43 180 und 34 02 332 repräsentieren, wird die Hilfskraft durch Elektro­ motoren aufgebracht und in räumlich, konstruktiv und schaltungs­ technisch aufwendiger Weise über Getriebe und komplizierte Kupplungen auf drehende Teile des Lenkgetriebes übertragen.

Außerdem ist es bekannt, das hohe Lenkkraftaufkommen beim Parkieren durch eine aufwendige hydraulische Hilfskraftlenkung zu reduzieren, die andererseits im normalen Fahrbetrieb kaum benötigt wird, jedoch ständig Energie verbraucht.

Ausgehend von einem derartigen Stand der Technik ist es Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung, eine im Aufbau vergleichs­ weise unkomplizierte und raumsparende Servolenkeinrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die sich darüber hinaus durch nur geringen Energiebedarf auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das An­ triebsaggregat unmittelbar mit der Lenksäule oder einer Welle des Lenkgetriebes verbunden und koaxial zu der betreffenden Welle angeordnet ist und daß die Zu- und Abschaltung des An­ triebsaggregats in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad von Hand aufgebrachten Drehmoment steuerbar ist.

Durch die koaxiale Anordnung und unmittelbare Verbindung des Antriebsaggregats mit der betreffenden Welle des Lenksystems, vorzugsweise der Lenkwelle oder der Lenksäule, ergibt sich vorteilhaft eine insgesamt sehr raumsparende Konzeption gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei dem das Antriebsaggregat räumlich getrennt von Lenksäule und -getriebe angeordnet ist und damit räumlich sowie materialmäßig aufwendige Übertragungs­ mittel (Kupplung, Getriebe) zur Hilfskraftübertragung auf das Lenksystem notwendig macht.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt darin, daß das Antriebs­ aggregat nur dann in Tätigkeit gesetzt wird und demgemäß nur dann Energie verbraucht, wenn die am Lenkrad aufzubringenden Kräfte einen (vorher festzulegenden) Maximalwert überschreiten, was in aller Regel nur beim Parkieren der Fall ist.

Für eine Lenkhilfe mit einem von einem Elektromotor betriebenen Antriebsaggregat wird in vorteilhafter Ausgestal­ tung der Erfindung vorgeschlagen, das Antriebsaggregat in die Lenkwelle zu integrieren. Hierbei kann das Antriebsaggregat - alternativ - vor dem Eintritt der Lenkwelle in das Lenkgetriebe angeordnet oder hinter dem Lenkgetriebe in die Lenkwelle integriert vorzugsweise an das Lenkgetriebe angeflanscht sein. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das Antriebsaggregat unmittelbar vor der Verbindungsstelle zwischen Lenksäule und Lenkwelle in die Lenksäule zu integrieren.

Sofern das Lenkgetriebe als sog. Kugelumlaufgetriebe ausgebildet ist, ergibt sich als weitere Variante die Möglichkeit, das Antriebsaggregat in die Segmentwelle des Kugelumlauflenkge­ triebes zu integrieren.

Alle diese genannten Ausführungsformen zeichnen sich - infolge Axialanordnung zu der betreffenden Welle und direkt Integra­ tion in dieselbe - durch einen außerordentlich geringen Raum­ bedarf aus.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die sich durch weitestgehende Einsparungen von mechanischen Kraftüber­ tragungsteilen und damit durch eine Minimierung des Raumbedarfs und der Kosten auszeichnet, besteht das Antriebsaggregat aus­ schließlich aus einem Elektromotor, vorzugsweise einem ver­ gleichsweise geringe Drehzahl bei hohem Drehmoment aufweisen­ den Hauptschlußmotor, und der Anker des Elektromotors bildet zweckmäßigerweise zusammen mit der Lenksäule bzw. Lenkwelle bzw. Segmentwelle ein gemeinsames Bauteil.

Ein Hauptschlußmotor, wie er z. B. auch als Anlasser im Kraft­ fahrzeug Verwendung findet, hat den Vorteil eines hohen Dreh­ moments bei nur geringer Drehzahl. Er kann daher direkt mit Lenksäule oder -welle verbunden sein. Getriebe und lösbare Kupplung können entfallen.

Da der als Antriebsaggregat dienende Hauptschlußmotor - bei Integration in die Lenksäule oder -welle - nur maximal 3 Um­ drehungen von Anschlag zu Anschlag auszuführen braucht, kann ferner auf Schleifringe verzichtet werden. Vielmehr können zur Stromversorgung vorteilhafterweise flexible Zuleitungen ver­ wendet werden.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Antriebsaggregat aus einem Elektromotor mit integriertem Planetengetriebe bestehen. Diese Variante ermöglicht die Ver­ wendung kleinerer, schnell drehender Elektromotoren. Gleichwohl läßt sich auch hier eine raumsparende Bauweise des Antriebs­ aggregats erreichen, und zwar dadurch, daß der Stator des Elektromotors zugleich das Gehäuse und das innenverzahnte Außenrad des Planetengetriebes bildet und daß der Anker des Elektromotors drehbar auf der Lenksäule bzw. der Lenkwelle gelagert ist und das Sonnenrad bildet und daß der die Planeten­ räder tragende Steg drehfest mit der Lenksäule bzw. Lenkwelle verbunden ist.

Alternativ ist es auch denkbar, daß das Antriebsaggregat aus einem Elektromotor mit integriertem hydrodynamischen Dreh­ momentwandler besteht. Auch diese Variante ermöglicht die Ver­ wendung eines kleinen, schnell drehenden Elektromotors, der mit einem wenig mechanische Übertragungsteile benötigenden hydrodynamischen Drehmomentwandler zu einer gemeinsamen Bau­ einheit integriert sein kann, wobei Teile des Gehäuses un­ mittelbar an das Lenkgetriebegehäuse angeformt sein können.

Die Erfindung ist indessen nicht darauf beschränkt, das An­ triebsaggregat durch einen Elektromotor zu betreiben. Sofern das Lenkgetriebe als sog. Kugelumlauflenkgetriebe ausgebildet ist, kann die oben gestellte Aufgabe nämlich auch dadurch ge­ löst werden, daß als Antriebsaggregat ein doppeltwirkender Unterdruckverstärker dient, dessen Membran mit der Lenkmutter des Kugelumlauflenkgetriebes gekoppelt ist, und daß die Zu- und Abschaltung des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad von Hand aufgebrachten Drehmoment steuerbar ist.

Auch diese Erfindungsvariante zeichnet sich durch nur wenige Kraftübertragungsteile und geringen Raumbedarf aus. Das Gehäuse des Unterdruckverstärkers kann unmittelbar an das Lenkgetriebe angeflanscht werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt, die nachstehend beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1-3 verschiedene Ausführungsformen, bei denen das Antriebsaggregat ausschließlich durch einen Elektromotor gebildet wird,

Fig. 4-6 Varianten mit Antriebsaggregaten, die jeweils als Baueinheit aus Elektromotoren und Planetenge­ trieben ausgeführt sind,

Fig. 7 u. 8 Ausführungsformen, bei denen das Antriebsaggregat als Baueinheit aus Elektromotoren und hydrodynamischem Drehmomentwandler ausgebildet ist,

Fig. 9 eine Ausführungsform, bei der das Antriebs­ aggregat als doppeltwirkender Unterdruckver­ stärker ausgeführt ist,

Fig. 10 eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Lenk­ rades, in Draufsicht betrachtet,

Fig. 11 die Einzelheit "A" aus Fig. 10, aufgebrochen gezeichnet und in gegenüber Fig. 10 vergrößerter Darstellung,

Fig. 12 - in Seitenansicht (schematisch) - eine als Kreuzgelenk ausgebildete Verbindungsstelle zwischen Lenksäule und Lenkwelle einer Kraft­ fahrzeuglenkung,

Fig. 13 den Gegenstand aus Fig. 12, in Draufsicht be­ trachtet,

Fig. 14 eine Ausführungsform eines Kugelumlauflenkgetriebes (schematisch), mit durch Spindellagerung axial verschieblichem Antriebsaggregat, und

Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines Antriebs­ aggregates, bestehnd aus Elektromotor und Planetengetriebe, ähnlich den Ausführungsformen nach Fig. 4 - 6.

Nach Fig. 1 bezeichnet 10 das Lenkgetriebe eines Kraftfahr­ zeuges. Es handelt sich hierbei um ein sog. Zahnstangenlenkge­ triebe. Das Lenkgetriebe besteht aus einer bei 11 und 12 ge­ lagerten Lenkwelle 13 mit Antriebsritzel 14 sowie einer durch das Antriebsritzel 14 hin und her bewegbaren Zahnstange 15. Die Lenkwelle 13 ist über ein als Lenkungsdämpfer ausgebildetes Kreuzgelenk 16 und eine Anschlußmuffe 17 mit der Lenksäule 18 verbunden, auf die mittels des Lenkrades (nicht gezeigt) die manuelle Lenkkraft aufgebracht wird.

Zur Unterstützung der manuellen Lenkkraft dient ein insgesamt mit 19 beziffertes Antriebsaggregat. Dieses ist zwischen Kreuzgelenk 16 und Lenkgetriebe 10 koaxial zur Lenkwelle 13 angeordnet und in letztere integriert. Das Antriebsaggregat 19 besteht aus einem Hauptschluß-Elektromotor, dessen Anker 20 mit der Lenkwelle 13 drehfest verbunden ist. Die Ankerwelle wird hierbei zugleich von der Lenkwelle 13 gebildet. Der mit 21 bezeichnete Stator des Elektromotors 19 ist an das zu diesem Zweck einen Flansch 22 aufweisende Lenkgetriebegehäuse 23 ange­ flanscht. Die Stromversorgung des als Antriebsaggregat fungie­ renden Elektromotors 19 ist bei 24 angeordnet; sie kann - wie üblich - mittels Kolben und Schleifring erfolgen. Da der Elektromotor 19 indessen - entsprechend dem maximalen Lenk­ ausschlag der Lenksäule 18 - nur insgesamt drei Umdrehungen auszuführen braucht, ist es auch denkbar, die Stromversorgung durch flexible Leitungen vorzunehmen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das hier mit 19 a bezeichnete Antriebsaggregat - im Unterschied zu der Aus­ führungsform nach Fig. 1 - nicht in die Lenkwelle 13, sondern vielmehr in die Lenksäule 18 integriert. Im übrigen sind die einander entsprechenden Teile in Fig. 2 mit denselben Bezugs­ zeichen versehen wie in Fig. 1. Der Stator 21 a des Elektro­ motors 19 a ist - bei 25 - karosserieseitig fixiert. Die Welle des Ankers 20 a ist mit der Lenksäule 18 einstückig ausgebildet. Ein die Lenksäule 18 umgebendes Lenkrohr ist mit 26 bezeichnet. Die stirnseitige Abdichtung des Stators 21 a gegenüber dem Lenkrohr 26 erfolgt durch eine Manschette 27.

Bei dem Lenkgetriebe 10 a, dessen Lenkgehäuse mit 23 a beziffert ist, kann es sich, abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 1, um ein sog. Kugelumlauflenkgetriebe handeln. Die Lenk­ stockwelle mit dem daran befestigten Lenkstockhebel ist mit 28 bzw. 29 bezeichnet.

Ein entsprechendes Lenkgetriebe - mit 10 b bezeichnet - zeigt auch Fig. 3. Die Besonderheit gegenüber den beiden vorbe­ schriebenen Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 besteht hier jedoch darin, daß das mit 19 b bezeichnete Antriebsaggregat hinter dem Lenkgetriebe 10 b angeordnet ist. Auch bei der Aus­ führungsform nach Fig. 3 handelt es sich bei dem Antriebs­ aggregat 19 b um einen Elektromotor, bestehend aus Anker 20 b und Stator 21 b. Die Ankerwelle wird wiederum durch die Lenk­ welle 13 b, d. h. durch deren rückwärtige Verlängerung, gebil­ det. Wie weiterhin aus Fig. 3 erkennbar ist, ist der Stator 21 b bei 30 mit dem Lenkgetriebegehäuse 23 b verschraubt. Das rückwärtige Ende der Ankerwelle bzw. Lenkwelle 13 b ist mittels eines Kugellagers 31 in einem Deckel 32 gelagert, der bei 33 mit dem Stator 21 b verschraubt ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 ähnelt hinsichtlich der An­ ordnung des Antriebsaggregates der Ausführungsform nach Fig. 1. Das Lenkgetriebe entspricht jedoch der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 und ist deshalb mit gleichen Bezugszeichen wie dort versehen.

Das insgesamt mit 19 c bezeichnete Antriebsaggregat ist, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, in die Lenkwelle 13 c integriert und zwischen Kreuzgelenk 16 und Lenkgetriebe 10 c angeordnet. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird das Antriebsaggregat 19 c von einem Elektromotor betrieben, dessen Anker mit 20 c und dessen Stator mit 21 c beziffert ist. Der Anker 20 c sitzt auf einer Hohlwelle 34, die auf der nach vorne verlängerten Lenkwelle 13 c drehbar gelagert ist.

Im Unterschied zu den übrigen bisher beschriebenen Ausführungs­ formen besteht jedoch das Antriebsaggregat 19 c nach Fig. 4 nicht ausschließlich aus einem Elektromotor, sondern aus einer Kombination eines Elektromotors mit einem Planetengetriebe. Elektromotor 20 c, 21 c und Planetengetriebe sind hierbei zu einer Baueinheit zusammengefaßt, derart, daß das Planetenge­ triebegehäuse zugleich von dem Stator 21 c des Elektromotors gebildet wird. Fig. 4 macht deutlich, daß der Stator 21 c bei 35 durch Schraubenbolzen an einem Flansch 22 c des Lenkgetriebe­ gehäuses 23 c angeflanscht ist.

Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad 36 auf, welches koaxial zu der Lenkwelle 13 c angeordnet und mit dem Anker 20 c drehfest verbunden ist. Auf einem mit der Lenkwelle 13 c drehfest verbun­ denen Steg 37 sind Planetenräder 38 gelagert, die mt dem Son­ nenrad 36 kämmen. Zur Lagerung der Planetenräder 38 im Steg 37 dienen Wellen 39, die auf der anderen Seite des Steges 37 weitere Planetenräder 40 tragen. Die dadurch synchron mit den Planetenrädern 38 umlaufenden Planetenräder 40 stehen mit einem innenverzahnten Außenrad 41 in Eingriff. Fig. 4 läßt erkennen, daß das Außenrad 41 von dem Stator 21 c bzw. dem Planetengetriebegehäuse gebildet wird. Durch das beschriebene Planetengetriebe wird also die Ankerdrehzahl unter entsprechen­ der Untersetzung auf die Lenkwelle 13 c übertragen. Gemäß der Drehzahluntersetzung erfolgt gleichzeitig eine entsprechende Übersetzung des Anderdrehmoments. Für das Antriebsaggregat 19 c nach Fig. 4 kann also ein kleiner, schnell drehender Elektro­ motor Verwendung finden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein Zahnstangengelenk­ getriebe 10 d vorgesehen, welches der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht. Das insgesamt mit 19 d bezeichnete Antriebsaggregat ist jedoch - im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 4 - nicht vor dem Lenkgetriebe, sondern dahinter angeordnet.

Das Antriebsaggregat 19 d wird, ähnlich wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 4, durch eine aus Elektromotor und Planetenge­ triebe bestehende Baueinheit gebildet. Hierbei ist der Anker des Elektromotors mit 20 d und der Stator mit 21 d bezeichnet. Die Ankerwelle 42 trägt ein Sonnenrad 43 und ist mit ihrem lenkgetriebeseitigen Ende in einer zentralen Axialbohrung 44 der nach rückwärts verlängerten Lenkwelle 13 d gelagert. Auf dem rückseitig verlängerten Ende der Lenkwelle 13 d und dreh­ fest mit diesem verbunden ist ein Steg 45 angeordnet, an dem zwei Planetenräderpaare 46 gelagert sind. Jedes Planetenräder­ paar 46 besteht aus einem größeren Planetenrad 47 und einem kleineren Planetenrad 48. Die größeren Planetenräder 47 kämmen mit dem Sonnenrad 43, wohingegen die kleineren Planetenräder 48 mit einem innenverzahnten Außenrad 49 in Eingriff stehen, welches am Stator 21 d des Elektromotors ausgebildet ist. Hinsichtlich der hierdurch bewirkten Drehzahluntersetzung und Drehmoment­ übersetzung zwischen Anker 20 d und Lenkwelle 13 d gilt das zu Fig. 4 Gesagte entsprechend.

Das Gehäuse des Planetengetriebes wird bei der Ausführungsform nach Fig. 5 teilweise durch den Stator 21 d, teilweise durch das Lenkgetriebegehäuse 23 d gebildet, zu welchem Zweck der Stator 21 d bei 50 an einem rückwärtigen Fortsatz 51 des Lenk­ getriebegehäuses 23 d angeflanscht ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht im wesentlichen der­ jenigen nach Fig. 5. Ein Unterschied besteht lediglich in der Ausgestaltung des Lenkgetriebes, welches in Fig. 6 entsprechend den Ausführungsformen nach Fig. 2, 3, und 4 als sog. Kugelum­ lauflenkgetriebe ausgeführt ist.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 15 besteht das Antriebs­ aggregat - ähnlich wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 4-6 - aus einem Elektromotor mit Planetengetriebe. Es kann daher hin­ sichtlich Anordnung, konstruktiver Ausbildung und Funktions­ weise im großen und ganzen auf Fig. 4-6 und die zugehörige, vorstehende Beschreibung verwiesen werden.

Eine Besonderheit der Variante nach Fig. 15 besteht aller­ dings darin, daß das innenverzahnte Außenrad 102 nicht (wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 4-6) mit dem Gehäuse drehfest verbunden, sondern vielmehr im Gehäuse drehbar ge­ lagert ist. Erst beim Aktivieren des Elektromotors erfolgt die Herstellung einer drehfesten Verbindung des innenver­ zahnten Außenrades 102 mit dem Gehäuse. Nach Fig. 15 ist hier­ für ein Bremsband 103 vorgesehen, durch das ein Kraftschluß zwischen dem innenverzahnten Außenrad 102 und dem Gehäuse hergestellt wird.

Alternativ zu der in Fig. 15 gezeigten Variante kann aber die beim Einschalten des Elektromotors vorgesehene Arretierung des innenverzahnten Außenrades 102 gegenüber dem Gehäuse auch - formschlüssig - durch einen Sperrbolzen erfolgen.

Der Vorteil dieser Variante nach Fig. 15 (und der vorerwähnten formschlüssigen Alternativlösung) besteht darin, daß beim Lenken im normalen Fahrzeugbetrieb das Planetengetriebe leer mitläuft. Der Elektromotor dreht hierbei nur im Verhältnis 1 : 1 zur Lenk­ radbewegung mit, während seine Drehzahl im aktivierten Zustand im Verhältnis 20 : 1 oder 30 : 1 zur Lenkradumdrehung übersetzt ist. Auf diese Weise wird eine geringe Bremswirkung (bzw. Erhöhung der manuell aufzuwendenden Lenkkraft), die bei ständig in hohem Über­ setzungsverhältnis mitdrehendem Elektromotor auftreten würde und sich bei schnellen Lenkmanövern auswirken könnte, vermieden.

Auch die Ausführungsform nach Fig. 7 ähnelt derjenigen nach Fig. 5; jedoch liegt ein wesentlicher Unterschied in der Ausge­ staltung des in Fig. 7 mit 19 e bezeichneten Antriebsaggregats. Dieses besteht in einer aus einem Elektromotor und einem hydro­ dynamischen Drehmomentwandler gebildeten Baueinheit, die bei 52 an einen rückwärtigen Fortsatz 53 des Lenkgetriebegehäuses 23 e angeflanscht ist. Der Elektromotor besteht wieder in üblicher Weise aus einem Anker 20 e und einem diesen umgebenden Stator 21 e, der - bei 54 - zugleich einen Teil des Gehäuses des Drehmomentwandlers 55 bildet. Das mit dem Anker 20 e drehfest verbundene Antriebsrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 55 ist mit 56 bezeichnet. Das Abtriebsrad des Drehmomentwandlers 55 trägt das Bezugszeichen 57. Es ist mit dem rückwärtigen Ende 58 der Lenkwelle 13 e drehfest verbunden.

Der Drehmomentwandler 55 bewirkt - ähnlich wie die Planetenge­ triebe bei den Ausführungsformen nach Fig. 4-6 - eine Unter­ setzung der Ankerdrehzahl, verbunden mit einer gleichzeitigen Übersetzung des Ankerdrehmoments.

Durch den hydrodynamischen Drehmomentwandler 55 wird - ähnlich wie durch die Planetengetriebe bei den Ausführungsformen nach Fig. 4-6 - eine Untersetzung der Ankerdrehzahl, verbunden mit einer gleichzeitigen Übersetzung des Ankerdrehmoments, erzielt. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist daher ein kleiner, schnelldrehender Elektromotor verwendbar.

Das im vorstehenden zu Fig. 7 Gesagte gilt entsprechend auch für die Ausführungsform nach Fig. 8. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 7 lediglich in der Ausge­ staltung des Lenkgetriebes. Es kann diesbezüglich auf die ent­ sprechenden Ausführungen zu Fig. 2, 3, 4 und 6 verwiesen werden.

In Fig. 9 ist ein derartiges Kugelumlauflenkgetriebe im Schnitt schematisch dargestellt. Hierbei bezeichnet 59 das Gehäuse, 60 die Lenkspindel, die bei 61 mit der Lenksäule 62 verbunden ist, 63 die Lenkmutter und 64 ein mit der Lenkmutter 63 käm­ mendes Zahnsegment. Das Zahnsegment 64 sitzt auf der Lenkstock­ welle 65 und dient dazu, diese bzw. den am Ende der Lenkstock­ welle 65 angeordneten Lenkstockhebel (nicht gezeigt) in Drehung zu versetzen.

Die Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 9 besteht darin, daß hier ein Antriebsaggregat 19 f zum Einsatz kommt, welches als doppeltwirkender Unterdruckverstärker ausgebildet ist. Der Unterdruckverstärker 19 f wird gebildet durch zwei bei 66 miteinan­ der verschraubte Gehäusehälften 67, 68, die zwei durch eine zwischengeschaltete Membran 69 voneinander getrennte Unter­ druckräume 70, 71 umschließen. Durch einen Zylinder 72 und je eine Unterdruckleitung 73 bzw. 74 können die Unterdruck­ kammern 70, 71 wahlweise mit dem Ansaugsystem des Motors (nicht gezeigt) verbunden werden. Hierzu dient ein im Zylinder 72 hin und her bewegbarer Steuerkolben 75, dessen Bewegungsrichtung von der jeweiligen Lenkraddrehrichtung abhängt. Die Membran 69 ist mittig mit der Lenkmutter 63 gekuppelt, so daß sie - bei ensprechender Unterdruckbeaufschlagung der betreffenden Unter­ druckkammer 70 bzw. 71 die Längsbewegungen der Lenkmutter 63 auf der Lenkspindel 60 unterstützen kann. Eine selbsttätige Verschiebung der Lenkmutter 63 nur aufgrund der vom Unterdruck­ verstärker 19 f ausgeübten Kraft ist wegen der Selbsthemmung des Spindeltriebes 60, 63 nicht zu befürchten. Nur bei Drehung des Lenkrades (nicht gezeigt) und damit von Lenksäule 62 und Lenk­ spindel 60 kann die vom Unterdruckverstärker 19 f ausgeübte pneumatische Kraft zur Wirkung kommen, indem sie über die Lenk­ mutter 63 auf das Zahnsegment 64 arbeitet und auf diese Weise die von Hand aufzubringende Lenkkraft entsprechend reduziert.

Fig. 10 und 11 veranschaulichen nun eine Möglichkeit, wie die in den vorstehenden Ausführungen geschilderten und in Fig. 1-9 dargestellten Antriebsaggregate zur Unterstützung der Lenkkraft in Abhängigkeit von der am Lenkrad manuell aufgewendeten Lenk­ kraft gesteuert werden können. Zu diesem Zweck sind an dem in Fig. 10 dargestellten und mit 76 bezifferten Lenkrad - an zwei gegenüberliegenden Bereichen - Griffstellen 77, 78 vorgesehen, die - wie Fig. 11 zeigt - gegenüber dem tragenden Lenkradkörper 79 in Pfeilrichtung 80, d. h. in Umfangsrichtung des Lenkrades 76, beweglich angeordnet sind. Wie Fig. 11 des weiteren erkennen läßt, ist die beidseitige Beweglichkeit der Griffstelle 77 durch die angrenzenden Teile des Lenkrades 76 zu einem auf nur sehr kleine Streckenabschnitte begrenzt und kann zum anderen nur nach Überwindung eines Ferderwiderstandes erfolgen. Zu diesem Zweck ist in das bewegliche Griffteil 77 eine Aussparung 81 eingearbeitet, in die in am Lenkkörper 79 angeformter Nocken 82 hineinragt. In die sich hierbei zwischen Nocken 82 und Aus­ sparung 81 jeweils ergebenden Zwischenräume ist je eine Gummi­ einlage 83 bzw. 84 eingelegt. Anstelle der Gummieinlagen 83, 84 können auch entsprechende andere Federmittel vorgesehen sein. Wird nun das Griffteil 77 in einer der beiden Richtungen des Doppelpfeils 80 bewegt, so erfolgt ein Zusammendrücken der je­ weiligen Gummieinlage, die damit einer weiteren Bewegung des Griffteils 77 einen entsprechenden Federwiderstand entgegen­ setzt.

Wie Fig. 11 weiterhin deutlich macht, sind an den beiden Enden des beweglichen Griffteiles 77 elektrische Kontakte 85, 86 angebracht. An den angrenzenden Flächen des Lenkradkörpers 79 liegen Gegenkontakte 87, 88, die dazu bestimmt sind, mit den jeweils angrenzenden Kontakt 85 bzw. 86 zu kooperieren. Wird nun das Griffteil 77 - unter Überwindung des Federwiderstandes - in eine der beiden Richtungen des Doppelpfeils 80 bis zum An­ schlag am Lenkradkörper bewegt, so erfolgt durch eine Berührung des betreffenden Kontaktes ( 85 oder 86) mit dem zugeordneten Gegenkontakt (87 bzw. 86) die Schließung eines Stromkreises, wodurch das betreffende Antriebsaggregat (19) zwecks Unter­ stützung der Lenkkraft in dem gewünschten Sinne in Tätigkeit gesetzt wird. Hierbei ist das Kontaktpaar 85/87 für eine Lenk­ kraftunterstützung nach links zuständig, während das andere Kontaktpaar, 86/88, die Einschaltung des Antriebsaggregats im Sinne einer Lenkkraftunterstützung nach rechts bewerkstelligt. Der tragende (metallische) Lenkradkörper 79 kann hierbei als elektrische Masse fungieren.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel sind nur zwei derartige Griffstellen bzw. Griffteile (77, 78) vorgesehen. Es ist jedoch durchaus denkbar, in der Praxis mehrere derartiger Griffstellen am Umfang des Lenkrades anzuordnen, um sicherzu­ stellen, daß in jedem Fall bei Überschreiten eines bestimmten Lenkdrehmoments eine Einschaltung des Antriebsaggregats (19) erfolgt. Zweckmäßigerweise sind die Griffstellen in gleich­ mäßigen Winkelabständen zueinander und damit, mit Bezug auf das Lenkrad, rotationssymmetrisch angeordnet.

Aus Fig. 12 und 13 geht eine andere Variante eines Drehmoment­ sensors hervor. Als Drehmomentsensor zur Ein- und Abschaltung des Antriebsaggregats (19-19 f) dient hierbei das mit 16 a bezifferte Kreuzgelenk zwischen Lenksäule 18 und Lenkwelle 13 des Lenk­ getriebes (nicht dargestellt). Das Kreuzgelenk besteht aus zwei in Axial- und in Drehrichtung miteinander verbundenen Gelenkteilen 89, 90, wobei das Gelenkteil 89 der Lenksäule 18 und das Gelenkteil 90 der Lenkwelle 13 zugeordnet ist. Das Kreuzgelenk 16 a, welches gleichzeitig als Lenkungs-Schwingungs­ dämpfer ausgebildet sein kann, läßt in Drehrichtung ein be­ grenztes Spiel der elastisch miteinander verbundenen Gelenk­ teile 89, 90 zu. Wie insbesondere Fig. 13 erkennen läßt, sind an dem Gelenkteil 90 zwei seitliche Fortsätze 91, 92 ausge­ bildet, an deren Enden jeweils ein Kontakt 93 bzw. 94 ange­ ordnet ist. An dem anderen Gelenkteil 89 ist ein kreisseg­ mentförmiges Anschlagteil 95 ausgebildet, dessen beide Enden - als Gegenkontakt - mit den Kontakten 93, 94 des Gelenkteils 90 zusammenwirken. Die Wirkungsweise des Drehmomentsensors nach Fig. 12 und 13 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 10 und 11. Das heißt bei Überschreiten eines bestimmten Lenkdrehmoments er­ folgt ein Verdrehen der beiden Gelenkteile 89, 90 bis einer der beiden Kontakte 93 bzw. 94 mit dem Gegenkontakt am Anschlag­ teil 95 zur Anlage kommt. In diesem Augenblick wird das be­ treffende Antriebsaggregat (19-19 f) in dem gewünschten Lenk­ sinne in Tätigkeit gesetzt. Ein Abschalten des Antriebs­ aggregats erfolgt in dem Augenblick, in dem das zur Anlage von Kontakt (93 bzw. 94) und Gegenkontakt 95 erforderliche Drehmoment an der Lenksäule 19 unterschritten wird.

Eine weitere Variante eines Drehmomentsensors zeigt Fig. 14. Er ist für Lenkungen vorgesehen, bei denen das Lenkgetriebe als Kugelumlauflenkgetriebe ausgebildet ist. Ein solches Kugelumlauflenkgetriebe ist aus Fig. 14 ersichtlich und - da es in seinem Aufbau dem Kugelumlauflenkgetriebe nach Fig. 9 entspricht - mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 9 ver­ sehen. An das Gehäuse 59 des Kugelumlauflenkgetriebes ist ein insgesamt mit 19 g bezeichnetes Antriebsaggregat angeflanscht. Das Antriebsaggregat 19 g besteht aus einem Elektromotor mit Anker 20 g und Stator 21 g. Die Besonderheit der Ausführungs­ form nach Fig. 14 liegt darin, daß der Anker 20 g auf der in rückwärtiger Richtung verlängerten Lenkspindel 60 g angeordnet ist. Die Stromversorgung des Elektromotors erfolgt durch zwei Schleifringe 96, 97 und Kohlen 98. Die beiden Schleifringe 96, 97 sind fest mit dem Anker 20 g verbunden, wohingegen die Koh­ len 98 ortsfest angeordnet sind.

Wird die Lenkung, d. h. die Lenksäule 62, nicht betätigt, so befindet sich der Motor in abgeschalteter Normalstellung, d. h. es besteht kein elektrischer Kontakt zwischen den Schleifringen 96, 97 und den Kohlen 98. Bei Vornahme einer Lenkbewegung er­ folgt nun vermittels des Spindeltriebes 60 g eine Verschiebe­ bewegung des Ankers 20 g in eine der durch einen Doppelpfeil 99 gekennzeichneten Richtung, wobei die jeweilige Richtung dem Drehsinn von Lenksäule 62 und Lenkspindel 60 g entspricht. Hier­ bei kommt entweder der Schleifring 96 oder - bei umgekehrter Drehrichtung der Lenkspindel 62 - der Schleifring 97 mit den Kohlen 98 in Kontakt, und der Elektromotor 20 g, 21 g wird in Tätigkeit gesetzt. Da das Lenkmoment stets größer ist als das zur Unterstützung der Lenkkraft vom Anker 20 g auf die Lenk­ spindel 60 g aufgebrachte Drehmoment, wirkt der Motor 20 g, 21 g nur so lange, wie am Lenkrad Lenkkraft aufgebracht wird. An­ schläge 100 und 101 sorgen dafür, daß der Anker 20 g sein Dreh­ moment auf die Lenkspindel 60 g übertragen kann und nicht weiter entlang der Lenkspindel 60 g bewegt wird.

Bei Nachlassen der manuell auf das Lenkrad aufgebrachten Lenk­ kraft wandert der Anker 20 g in seine neutrale Mittelstellung zurück, wodurch der betreffende Schleifring 96 bzw. 97 mit den Kohlen 98 außer Kontakt gelangt und damit der Elektromotor stromlos wird.

Wie bereits eingangs angedeutet, soll das Antriebsaggregat (19-19 g) in jedem Fall nur bei niedrigen Fahrzeuggeschwindig­ keiten, z. B. unter 10 km pro Stunde, einschaltbar sein. Denn nur bei niedriger Geschwindigkeit treten hohe Lenkkräfte auf und entsteht demgemäß ein Bedarf nach Lenkkraftunterstützung. Um eine Aktivierung des Antriebsaggregats nur bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu gewährleisten, ist somit eine zum sätzliche Sicherungsschaltung notwendig, die beispielsweise derart vorgenommen werden kann, daß die Stromversorgung des elektromotorischen Antriebsaggregats mit der Tachometerwelle gekoppelt ist. Auch eine Koppelung mit dem Bremslichtschalter ist denkbar.

Claims (22)

1. Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge, mit einem die Handlenkung unterstützenden Antriebsaggregat, das auf ein den Lenk­ ausschlag beeinflussendes Gestängeteil in einem der Hand­ lenkung entsprechenden Sinne einwirkt, wobei das Antriebs­ aggregat von einer geschwindigkeitsabhängigen Schaltein­ richtung nur bei geringen Fahrgeschwindigkeiten einschalt­ bar und bei Überschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindig­ keit abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19) un­ mittelbar mit der Lenksäule (18) oder einer Welle (13) des Lenkgetriebes (10) verbunden und koaxial zu der betreffenden Welle angeordnet ist und daß die Zu- und Abschaltung des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad (76) von Hand aufgebrachten Drehmoment steuerbar ist.

2. Lenkhilfe nach Anspruch 1, mit einem von einem Elektro­ motor betriebenen Antriebsaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19, 19 b, 19 c, 19 d, 19 e) in die Lenkwelle (13, 13 b, 13 c, 13 d und 13 e) integriert ist.

3. Lenkhilfe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19, 19 c) vor dem Eintritt der Lenkwelle (13 bzw. 13 c) in das Lenk­ getriebe (10 bzw. 10 c) angeordnet ist (Fig. 1 und 4).

4. Lenkhilfe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19 b, 19 d, 19 e) hinter dem Lenkgetriebe (10 b bzw. 10 d bzw. 10 e) in die Lenkwelle (13 b bzw. 13 d bzw. 13 e) integriert, vorzugs­ weise an das Lenkgetriebe angeflanscht ist (Fig. 3, 5, 6, 7 und 8).

5. Lenkhilfe nach Anspruch 1, mit einem von einem Elektro­ motor betriebenen Antriebsaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19 a) unmittelbar vor der Verbindungsstelle (16, 17) zwischen Lenksäule (18) und Lenkwelle (13) in die Lenksäule (18) integriert ist (Fig. 2).

6. Lenkhilfe nach Anspruch 1, mit einem von einem Elektro­ motor betriebenen Antriebsaggregat und wobei das Lenk­ getriebe als Kugelumlauflenkgetriebe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat in die Segmentwelle des Kugelumlauflenkgetriebes integriert ist.

7. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19, 19 a, 19 b) ausschließlich aus einem Elektromotor (20, 21 bzw. 20 a, 21 a bzw. 20 b, 21 b), vorzugsweise einem vergleichs­ weise geringe Drehzahl bei hohem Drehmoment aufweisenden Hauptschlußmotor, besteht, und daß der Anker (20 bzw. 20 a bzw. 20 b) des Elektromotors zusammen mit der Lenksäule (18) bzw. Lenkwelle (13, 13 b) bzw. Segmentwelle ein ge­ meinsames Bauteil bildet (Fig. 1, 2 und 3).

8. Lenkhilfe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung des als Hauptschlußmotor ausgebildeten Elektromotors (z. B. 20, 21) flexible Zuleitungen dienen.

9. Lenkhilfe nach Anspruch 7 oder 8, für eine Zahnstangen­ lenkung, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) des Elektro­ motors (20, 21) zusammen mit dem Ritzel (14) des Zahn­ stangenlenkgetriebes (10) einteilig ausgebildet ist (Fig. 1).

10. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat aus­ schließlich aus einem Elektromotor, vorzugsweise einem vergleichsweise geringe Drehzahl bei hohem Drehmoment aufweisenden Hauptschlußmotor, besteht und daß der Anker des Elektromotors auf die Lenkwelle aufgesetzt und mit dieser drehfest verbunden ist.

11. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19 c, 19 d) aus einem Elektromotor (20 c, 21 c bzw. 20 d, 21 d) mit inte­ griertem Planetengetriebe (36-41 bzw. 42-49) besteht (Fig. 4, 5 und 6).

12. Lenkhilfe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (21 c bzw. 21 d) des Elektromotors (20 c, 21 c bzw. 20 d, 21 d) zugleich das Ge­ häuse oder einen Teil des Gehäuses und das innenverzahnte Außenrad (41 bzw. 49) des Planetengetriebes bildet und daß der Anker (20 c bzw. 20 d) des Elektromotors drehbar auf bzw. in der Lenksäule oder der Lenkwelle (13 c bzw. 13 d) gelagert ist und das Sonnenrad (36 bzw. 43) bildet und daß der die Planetenräder (38, 40 bzw. 47, 48) tragende Steg (37 bzw. 45) drehfest mit der Lenksäule oder Lenkwelle (13 c bzw. 13 d) verbunden ist (Fig. 4, 5 und 6).

13. Lenkhilfe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (21 h) des Elektro­ motors (20 h) zugleich das Gehäuse oder einen Teil des Gehäuses bildet und daß das innenverzahnte Außenrad (102) des Planetengetriebes im Gehäuse drehbar gelagert ist, jedoch mittels elektromagnetischer Arretierung (103) fest mit dem Gehäuse verbunden werden kann (Fig. 15).

14. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19 e) aus einem Elektromotor (20 e, 21 e) mit integriertem hydro­ dynamischen Drehmomentwandler (55) besteht (Fig. 7 und 8).

15. Lenkhilfe für eine Kugelumlauflenkung von Kraft­ fahrzeugen, mit einem die Handlenkung unterstützenden Antriebsaggregat, das auf ein den Lenkausschlag beeinflus­ senden Gestängeteil in einem der Handlenkung entsprechenden Sinne einwirkt, wobei das Antriebsaggregat von einer ge­ schwindigkeitsabhängigen Schalteinrichtung nur bei geringen Fahrgeschwindigkeiten einschaltbar und bei Überschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsaggregat ein doppelt wirkender Unterdruckverstärker (19 f) dient, dessen Membran (69) mit der Lenkmutter (63) des Kugelumlauflenkgetriebes (59, 60, 63-65) gekoppelt ist, und daß die Zu- und Ab­ schaltung des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad (76) von Hand aufgebrachten Drehmoment steuerbar ist (Fig. 9).

16. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Griffstellen (77, 78) am Lenkrad (76) gegenüber dem tragenden Lenkradkörper (79) in Umfangsrichtung (80) gegen Federwiderstand (83, 84) be­ weglich angeordnet und ihre Enden als elektrische Kontakte (85, 86) ausgebildet sind, die mit Gegenkontakt (87, 88) an den angrenzenden Stellen des Lenkrades zusammenwirken, derart, daß das Antriebsaggregat bei Schließung der Kontakte infolge Überwindung des Federwiderstandes bei einem bestimmten auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoment eingeschaltet und bei geöffneten Kontakten abgeschaltet wird (Fig. 10 und 11).

17. Lenkhilfe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (19-19 f) durch den linksseitigen Kontakt (85) an der Griffstelle (77) im Zusammenwirken mit dem angrenzenden Gegenkontakt (87) im Sinne einer Lenkkraftunterstützung nach links und durch den rechts­ seitigen Kontakt (86) an der Griffstelle im Zusammenwirken mit dem angrenzenden Gegenkontakt (88) im Sinne einer Lenkkraftunterstützung nach rechts in Tätigkeit setzbar ist.

18. Lenkhilfe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Lenkrades (76) - vorzugsweise in symmetrischer Anordnung - mindestens zwei elastisch bewegliche mit Kontakten (85, 86) versehene Griff­ stellen (77, 88) vorgesehen sind.

19. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-15, wobei die Verbindungsstelle zwischen Lenksäule und Lenkwelle als elastisch, schwingungsdämpfendes Kreuz­ gelenk ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß - als Drehmomentensensor - an den beiden Enden (91, 92) des einen Kreuzgelenkteils (90) elektrische Kontakte (93, 94) und an den angrenzenden Enden (95) des anderen Kreuzgelenkteils (89) entsprechende Gegenkontakte angeordnet sind, welche Kontakte und Gegen­ kontakte bei Überschreiten eines bestimmten auf die Lenk­ säule (18) ausgeübten Drehmoments im Sinne eines Einschal­ tens des Antriebsaggregats (19-19 f) zusammenwirken, derart, daß bei Schließung von linksseitigem Kontakt und Gegen­ kontakt eine Lenkkraftunterstützung nach links und bei Schließung von rechtsseitigem Kontakt und Gegenkontakt eine Lenkkraftunterstützung nach rechts erfolgt.

20. Lenkhilfe nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine derartige Steuerung des Elektro­ motors, daß bei Schaltvorgängen der Kontakte (93, 94) das Drehmoment des Elektromotors nicht schlagartig, sondern an- bzw. abschwellend auf- bzw. abgebaut wird.

21. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20 g, 21 g) bzw. das Antriebsaggregat (19 g) mittels Spindeltrieb (60 g) axial verschieblich auf der Lenksäule bzw. der betreffenden Welle (60 g) des Lenkgetriebes gelagert ist, derart, daß ein Herstellen eines elektrischen Schleifringkontaktes (96, 98 bzw. 97, 98) und damit einer Stromversorgung des Elektromotors bzw. Antriebsaggregats nur bei Drehung der Lenksäule (62) und dadurch gleichzeitig bewirkter Axial­ verschiebung des Ankers (20 g) des Elektromotors (20 g, 21 g) erfolgen kann (Fig. 14).

22. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß - als Drehmomentsensor und zum Ein- und Ausschalten des Antriebsaggregats (19-19 f) - in die Lenksäule (18) ein Torsionsstab zwischengeschaltet ist.