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Servolenkung für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Bei bekannten Servolenkungen (z. B. DE-OS 22 38 125, DE-OS 22 37 166,
DE-PS 23 12 009, DE-OS 23 35 420), bei denen das Drehmoment eines Servomotors, i.
a. eines Elektromotors, unter Zwischenschaltung einer Kupplung zur Unterstützung
der manuellen Betätigung auf die Lenkwelle übertragen wird, ist ein in seiner Drehrichtung
umschaltbar er Motor vorgesehen bzw. erforderlich, der mittels geeigneter Sensoren
und Schaltglieder je nach Lenkraddrehrichtung entweder in die eine oder in die andere
Drehrichtung umgesteuèrt wird, wozu u. U. ein nicht unerheblicher technischer Aufwand
betrieben werden muß.
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Bei einer bekannten Servolenkung (DE-OS 22 38 125) wird das Drehmoment
des Servomotors über eine Fliehkraftkupplung oder über eine mittels eines Fliehkraftschalters
ein- und ausschaltbare elektromagnetische Kupplung auf die Lenkwelle übertragen,
wobei das Ein- und Ausschalten sowie die Drehrichtung des Elektromotors mittels
eines an der Lenksäule angeordneten Schleppschalters gesteuert wird. Die Kupplungen
rücken dabei ein, sobald der Elektromotor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat.
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Diese bekannte Servolenkung arbeitet vergleichsweise träge, da bei
DrehrichWúngsumkehr stets erst der Elektromotor ausgeschaltet, die Kupplung gelöst,
der Motor wieder eingeschaltet und nach einer gewissen Verzögerung
die Kupplung wieder eingerückt wird; dabei ist jeweils entweder
gar keine oder aber die volle Servounterstützung wirksam.
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Bei einer anderen bekannten Servolenkung (DE-OS 22 37 166) wird das
von einem Servomotor erzeugte Servomoment elektrisch gesteuert, wozu die mit dem
Lenkrad verbundene Lenkwelle über Zahnräder mit einem Winkelbewegungsfühler verbunden
ist, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches einem Rechner zugeführt wird.
In Abhängigkeit von diesem Signal erzeugt der Rechner einen Strom, dessen Stärke
sich in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad einwirkenden Moment ändert und der
den elektrischen Servomotor speist. Zwischen den elektrischen Servomotor und die
Lenkwelle ist dabei eine elektromagnetische Kupplung geschaltet, die durch denselben
Stromkreis betätigt wird, der auch den Elektromotor speist.
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Der schaltungstechnische Aufwand dieser bekannten Servolenkung ist
sehr hoch. Wegen ihrer Kompliziertheit muß sie darüber hinaus als recht störanfällig
angesehen werden.
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Vergleichsweise einfach aufgebaut ist dagegen eine bekannte Servolenkung
(DE-PS 23 12 009), bei der die Ubertragung des von einem Elektromotor erzeugten
Servomoments auf die Lenkwelle durch eine rein mechanische Kupplungseinrichtung
erfolgt, wobei der Grad der Drehmomentübertragung in Abhängigkeit vom Lenkmoment
mechanisch selbsttätig gesteuert wird.
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Elektronische Drehzahlsteuereinrichtungen o. ä. sind hierbei nicht
erforderlich.
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Die mechanische Kupplungseinrichtung besteht dabei im wesentlichen
aus einer sogenannten Schlingfeder, die zwischen einem an der Lenkwelle befestigten
topfförmigen Mitnehmer und einer diesen konzentrisch umgebenden Nabe eines elektromotorisch
angetriebenen Zahnrades angeordnet ist.
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Der gewünschte Kupplungseingriff wird dabei in der Weise erzielt,
daß sich die Schlingfeder bei Aufbringen eines entsprechenden Lenkmoments unter
Abstützung an einem Nocken des lenkgetriebeseitigen Lenkwellenteils, das mit dem
den topfförmigen Mitnehmer tragenden lenkradseitigen Lenkwellenteil durch einen
Torsionsstab verbunden ist, radial aufweitet und mit zunehmender Kraft gegen die
Innenwandung der Nabe des Zahnrades gepreßt wird, wodurch aufgrund des Reibungsschlusses
zwischen Schlingfeder und Zahnrad das vom Motor auf das Zahnrad übertragene Drehmoment
über
die Schlingfeder auf den Nocken und damit auf den lenkgetriebeseitigen Lenkwellenteil
übertragen wird.
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Diese bekannte Servolenkung weist zwar den Vorteil auf, daß keine
aufwendige elektronische Steuer- oder Regelschaltung erforderlich ist, doch müssen
auch hier besondere Sensoren oder Schleppschalter o. ä.
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vorgesehen werden, um den Elektromotor entsprechend der Drehrichtung
des Lenkrades entweder in die eine oder in die andere Drehrichtung umschalten zu
können. Die Notwendigkeit, die Drehrichtung des Elektromotors umzuschalten, ist
grundsätzlich von Nachteil, weil damit eine entsprechende Trägheit der Servounterstützung
verbunden ist. Auch sind derartige Schlingfedern im allgemeinen nur zur Übertragung
verhältnismäßig kleiner Drehmomente geeignet, da einerseits bei Verwendung eines
vergleichsweise dünnen Federdrahtes die abgewinkelten Federenden abbrechen können
und andererseits bei Verwendung eines vergleichsweise dicken Federdrahtes eine gleichmäßige
Anlagekraft der Schlingfeder an der Innenwandung des motorisch angetriebenen Bauteils
nur sehr schwer gewährleistet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art bezüglich ihrer Funktionstüchtigkeit
und des erforderlichen Steuer- und Regelaufwandes weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird also ein Servomotor eingesetzt, der grundsätzlich
nur in einer Drehrichtung umläuft und ständig zwei konzentrisch und drehbar auf
der Lenkwelle gelagerte Antriebsglieder, die jeweils eine mechanische Kupplungsvorrichtung
enthalten, gegenläufig antreibt, wobei je nach Wirkrichtung des Lenkmoments mittels
der mechanischen Kupplungsvorrichtungen selbsttätig entweder nur das in die eine
Richtung umlaufende Antriebsglied oder nur das in die entgegengesetzte Richtung
umlaufende Antriebsglied mit der Lenkwelle drehmomentenschlüssig gekoppelt wird.
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Es ergibt sich somit der wesentliche Vorteil, daß die Aufwendungen
zur Steuerung und Regelung des Servomotors minimiert werden, da dieser nur
noch zur grundsätzlichen Inbetriebnahme der Servolenkung eingeschaltet
werden muß, während des normalen Fahrbetriebes in seiner Drehrichtung aber nicht
mehr umgeschaltet zu werden braucht. Dadurch kommen nicht nur die sonst zur Erfassung
des Lenkradeinschlages benötigten Sensoren, Schleppschalter o. ä. in Fortfall, sondern
auch entsprechende Umpolschalter für den Motor selbst.
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Als weiterer wesentlichen Vorteil ergibt sich, daß die gewünschte
Servounterstützung bei einem Drehrichtungswechsel vergleichsweise schnell zur Verfügung
steht, weil der Antriebsmotor nicht erst aus- und anschließend in entgegengesetzter
Drehrichtung wieder eingeschaltet werden muß. Vielmehr steht das gewünschte Servomoment
ständig in der richtigen Drehrichtung zur Verfügung.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand einiger in der Zeichnung zum Teil schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen in zum Teil geschnittener Darstellung Fig.
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Servolenkung gemäß der Erfindung mit axial
betätigbaren Kupplungsvorrichtungen, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel dieser
Art mit einigen Detailänderungen, Fig. 3 und Fig. 4 verschiedene Ansichten eines
dritten Ausführungsbeispieles dieser Art mit einem getriebelosen Antriebsmotor,
Fig. 5 eine spezielle Ausbildung eines der Lenkwellenteile der Ausführungsbeispiele
gemäß den Figuren 1 bis 4 und
Fig. 6 bis 10 verschiedene Ansichten und Schnitte eines vierten
Ausführungsbeispieles einer Servolenkung gemäß der Erfindung mit radial betätigbaren
Kupplungsvorrichtungen.
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In der Zeichnung ist mit 1 die Lenkwelle einer Kraftfahrzeuglenkung
bezeichnet, über die die Lenkbewegungen eines Lenkrades - über ein zwischengeschaltetes
Lenkgetriebe - in entsprechende Lenkbewegungen des Lenkgestänges der lenkbaren Räder
des Kraftfahrzeuges umgesetzt werden. Die Lenkwelle 1 steht somit - ggf. unter Zwischenschaltung
gelenkig an ihr angekoppelter weiterer Wellenteile - mit ihrem einen Ende mit dem
nicht weiter dargestellten Lenkrad und mit ihrem anderen Ende mit dem ebenfalls
nicht weiter dargestellten Lenkgetriebe in einer drehmomentenmäßigen Verbindung.
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Zur Unterstützung der manuellen Betätigung der Lenkwelle ist ein Servomotor
2 vorgesehen, dessen Drehmoment über eine Kupplungseinrichtung auf die Lenkwelle
1 übertragbar ist, wobei der Grad der Drehmomentenübertragung in Abhängigkeit vom
Lenkmoment mechanisch selbsttätig gesteuert wird. Die Kupplungseinrichtung besteht
aus zwei voneinander unabhängigen Kupplungsvorrichtungen 41 und 42, welche innerhalb
zweier im axialen Abstand zueinander konzentrisch und drehbar auf der Lenkwelle
1 gelagerter Antriebsglieder angeordnet sind, welche von dem ihnen gemeinsamen und
nur in einer Drehrichtung umlaufenden Servomotor 2 gegenläufig angetrieben werden.
Die Antriebsglieder sind dabei als topfförmige Kupplungsglocken 31, 32 ausgebildet,
und die Kupplungsvorrichtungen 41, 42 sind konzentrisch in ihnen angeordnet.
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Je nach Wirkrichtung des Lenkmomentes wird entweder nur die eine Kupplungsvorrichtung
oder aber nur die andere Kupplungsvorrichtung selbsttätig in Kupplungseingriff gebracht,
um das vom Servomotor 2 zur Verfügung gestellte Drehmoment entsprechend der Lenkraddrehrichtung
entweder in der einen oder in der anderen Drehrichtung auf die Lenkwelle 1 zu übertragen.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 5 sind die Kupplungsvorrichtungen
41 und 42 als axial betätigbare Reibkupplungen nach Art
von bekannten
Lamellenkupplungen ausgebildet, wobei die in den Kupplungsglocken 31 bzw. 32 drehmomentenschlüssig,
jedoch axial verschiebbar gelagerten Kupplungslamellen mit 44 und die in entsprechender
Weise drehmomentenschlüssig, jedoch axial verschiebbar auf der Lenkwelle 1 gelagerten
Kupplungslamellen mit 45 beziffert sind. Der Kupplungseingriff der Kupplungsvorrichtungen
41, 42 wird jeweils durch in den Kupplungsglocken 31, 32 angeordnete Druckplatten
18 bewirkt, durch welche die miteinander verschachtelten Kupplungslamellen 44, 45
bei Bedarf axial zusammengepreßt werden können, wobei je nach Wirkrichtung des Lenkmomentes
entweder nur die Kupplungslamellen der einen Kupplungsvorrichtung oder nur die Kupplungslamellen
der anderen Kupplungsvorrichtung gegeneinander gepreßt werden.
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Die Lenkwelle 1 ist bei Verwendung axial betätigter Kupplungsvorrichtungen
dreigeteilt. Sie besteht aus einem lenkradseitigen ersten Lenkwellenteil 11, auf
dem die erste topfförmige Kupplungsglocke 31 konzentrisch und drehbar gelagert ist,
einem lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkwellenteil 12, auf dem die zweite topfförmige
Kupplungsglocke 32 konzentrisch und drehbar gelagert ist, und einem mittleren dritten
Lenkwellenteil 13, das mit seinen beiden Enden in der Weise mit den benachbarten
Lenkwellenteilen 11 und 12 gekoppelt ist, daß es unter der Wirkung eines Lenkmomentes
je nach dessen Wirkrichtung axial entweder etwas in die eine oder in die andere
Richtung, d. h. entweder in Richtung des ersten Lenkwellenteils oder des zweiten
Lenkwellenteils verschoben wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 steht das mittlere
Lenkwellenteil 13 mit dem zweiten Lenkwellenteil 12 über eine Keilverzahnung 62
in Verbindung, die einerseits eine axiale Relativverschiebung, andererseits aber
auch eine Drehmomentenübertragung zwischen dem zweiten und dritten Lenkwellenteil
12 bzw.
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13 ermöglicht. Mit dem ersten Lenkwellenteil 11 steht das dritte Lenkwellenteil
13 dagegen über eine Mutter-Spindel-Anordnung 61 in Verbindung, d. h. über ein steiles
Bewegungagewinde. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, und in den Ausführungsbeispielen
gemäß den Figuren 2 und 3 auch dargestellt, beide Enden des mittleren Lenkwellenteils
13 über eine solche Mutter-Spindel-Anordnung anzukoppeln.
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Der gegenläufige Antrieb der beiden topfförmigen Kupplungsglocken
31 und 32 erfolgt über ein an der Abtriebswelle 23 des Servomotors 2 befestigtes
Zahnritzel 8, dessen Drehachse zumindest annähernd radial
zur Lenkwelle
1 verläuft und das mit je einem an den Kupplungsglocken befestigten Tellerrad 81,
82 im Zahneingriff ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Tellerräder
81, 82 sowie das Zahnritzel 8 als Kegelräder ausgebildet.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist es aber auch möglich, anstelle kegeliger
Tellerräder plane Tellerräder 81', 82' einzusetzen und ein entsprechend angepaßtes
Zahnritzel 8' zu verwenden.
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Zum Antrieb der beiden ständig umlaufenden Antriebsglieder, d. h.
der Kupplungsglocken 31 und 32, wird eine Antriebsquelle mit einem ausreichend hohen
Drehmoment und entsprechender Drehzahl benötigt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
1 ist ein Gleichstrommotor mit einem die Drehzahl herabsetzenden nachgeschalteten
Getriebe 21 und mit einem zwischen Getriebe und Abtriebswelle 23 zwischengeschalteten
Freilauf 22 vorgesehen.
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Die Funktionsweise der Servolenkung ist folgende: Vom ständig in die
eine Drehrichtung umlaufenden Elektromotor 2 wird über die Kegelradverzahnung 8,
81, 82 die erste topfförmige Kupplungsglocke 31 ständig in die eine und die zweite
topfförmige Kupplungsglocke 32 ständig in die entgegengesetzte Drehrichtung gedreht,
wobei die in den Kupplungsglocken gelagerten Kupplungslamellen 44 entsprechend mitumlaufen.
Bei nicht betätigtem Lenkrad bzw. bei Geradeausfahrt befindet sich das mittlere
dritte Lenkwellenteil 13 in einer Neutral- bzw. Mittenposition relativ zu den benachbarten
ersten und zweiten Lenkwellenteilen 11 bzw. 12, in der die auf ihm drehmomentenfest
gelagerten Kupplungslamellen 45 außer Eingriff mit den jeweils benachbarten Kupplungslamellen
44 sind bzw. die zwischen beiden Lamellengruppen auftretende Reibung nicht zu irgendeiner
Drehmomentenübertragung ausreicht.
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Bei Betätigen des Lenkrades, d. h. bei Verdrehen des ersten Lenkwellenteils
11, und einem am Lenkgetriebe anstehendem Moment wird das mittlere dritte Lenkwellenteil
13 über die Mutter-Spindel-Anordnung 61 aus ihrer Neutralposition je nach Lenkraddrehrichtung
axial entweder in die eine oder in die andere Richtung verlagert, wozu entsprechendes
axiales Spiel zwischen dem dritten Lenkwellenteil 13 und den benachbarten ersten
und zweiten Lenkwellenteilen 11 und 12 vorgesehen ist. Da die beiden Druckplatten
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zumindest in axialer Richtung starr mit dem dritten Lenkwellenteil 13 verbunden
sind, kommt hierbei entweder die eine oder die andere Druckplatte am zugeordneten
Kupplungslamellen-Paket axial zur Anlage und preßt dieses mit einer von der Größe
des Lenkmomentes abhängigen Axialkraft zusammen. Dadurch wird eine drehmomentenschlüssige
Verbindung der angetriebenen topfförmigen Kupplungsglocke dieser betreffenden Kupplungsvorrichtung
mit dem dritten Lenkwellenteil 13 und damit mit der Lenkwelle 1 ganz allgemein hergestellt.
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Die beiden topfförmigen Kupplungsglocken 31, 32 mit ihren Kupplungsvorrichtungen
41, 42, die Antriebsvorrichtung sowie natürlich die Mutter-Spindel-Anordnung(en)
sind nun derart ausgebildet und räumlich plaziert, daß jeweils diejenige Kupplungsglocke
drehmomentenschlüssig mit dem dritten Lenkwellenteil gekoppelt wird, deren Drehrichtung
der jeweiligen Lenkrad-Dreh richtung entspricht.
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Durch den in geschilderter Weise durchgeführten Kupplungseingriff
wird somit die vom Fahrzeuglenker aufgebrachte manuelle Betätigungskraft durch ein
durch den Motor 2 geliefertes Servomoment unterstützt, dessen Größe ohne jede Regel-
oder Leistungselektronik rein mechanisch selbsttätig in Abhängigkeit vom benötigten
Lenkmoment gesteuert wird.
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Es ist leicht erkennbar, daß die Lenkung des Kraftfahrzeugs auch bei
Ausfall der Servolenkung voll funktionsfähig bleibt, weil die drei Lenkwellenteile
11, 12 und 13 über die Mutter-Spindel-Anordnung 61 bzw.
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die Keilverzahnung 62 drehmomentenübertragend miteinander in Verbindung
stehen. Durch den zwischen Zahnritzel 8 und Getriebe 21 angeordneten Freilauf 22
ist im übrigen sichergestellt, daß auch bei blockierendem Motor 2 die Lenkwelle
1 unbehindert manuell betätigt werden kann.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt bezüglich seines
Aufbaus und seiner Funktionsweise im wesentlichen mit der in Fig. 1 dargestellten
und erläuterten Anordnung überein. Nicht weiter dargestellt sind hierbei Motor,
Getriebe und Freilauf sowie das in Fig. 1 mit 10 bezifferte Gehäuse, in dem die
beiden Kupplungslocken 31, 32 sowie der Servomotor 2 mit seinen nachgeschalteten
Gliedern gelagert sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das mittlere dritte Lenkwellenteil
13 an beiden Enden jeweils über eine Mutter-Spindel-Anordnung 61 mit
den
benachbarten Lenkwellenteilen 11 und 12 gekoppelt. Darüber hinaus ist zwischen diesem
dritten Lenkwellenteil 13 und den benachbarten beiden Lenkwellenteilen je eine vorgespannte
Druckfeder 53 bzw. 54 wirksam, welche das dritte Lenkwellenteil bei fehlendem Lenkmoment
in einer Neutral-oder Mittenstellung hält. In Verbindung mit den Mutter-Spindel-Anordnungen
61 bewirken diese Druckfedern 53, 54, daß aus der Neutral- bzw. Mittenstellung heraus
erst ein gewisses Lenkmoment aufgebracht werden muß - wobei infolge der durch die
Druckfedern 53, 54 bewirkten kraftschlüssigen Kopplung der Lenkwellenteile bereits
ein gewisses Einschlagen der Fahrzeugräder erfolgt -, ehe die entsprechende Kupplungsvorrichtung
41 bzw.
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42 in Eingriff gelangt.
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Durch diese Maßnahmen wird der Geradeauslauf des Fahrzeuges für den
Fahrzeuglenker besser spürbar. Durch entsprechende Bemessung der Vorspannung und
Federsteifigkeit dieser Druckfedern kann somit in Verbindung mit der Bemessung der
Mutter-Spindel-Anordnungen 61 in einfacher Weise die "Rückmeldung" zum Fahrzeuglenker
beeinflußt werden.
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Im übrigen wird durch die Anordnung der beiden Druckfedern 53, 54
- bei fehlendem Lenkmoment - das Zurückgehen des dritten Lenkwellenteils 13 in seine
Neutral- bzw. Mittenposition, in der die beiden Kupplungsvorrichtungen außer Eingriff
sind, unterstützt.
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Die Verwendung von zwei Mutter-Spindel-Anordnungen 61, wie in Fig.
2 und Fig. 3 dargestellt, bietet im Vergleich zur Verwendung nur einer Mutter-Spindel-Anordnung
und einer Keilverzahnung den Vorteil, daß die Kuppelkräfte der beiden Kupplungsvorrichtungen
41 und 42 jeweils in der zugehörigen topfförmigen Kupplungsglocke 31 bzw. 32 verbleiben
und nur durch ein Lager gehen und nicht auf das Gehäuse 10 (Fig. 1) übertragen werden.
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Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Servolenkung unterscheidet
sich von den Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 2 im wesentlichen nur durch die
Ausgestaltung des Antriebs der beiden topfförmigen Kupplungsglocken 31 und 32. In
diesem Ausführungsbeispiel wird ein getriebeloser Motor, der mit relativ hoher Drehzahl
und kleinem Moment umläuft, vorgesehen, von dem lediglich seine Abtriebswelle 24
dargestellt ist. Auch bei dieser Anordnung ist die Motor-Abtriebawelle 24 zumindest
annähernd radial
zur Lenkwelle 1 ausgerichtet. Sie ist über eine
lösbare Kuppeleinrichtung 9 mit einer Antriebsschnecke 83 verbunden, welche mit
zwei einander diametral gegenüberliegenden Schneckenrädern 84, 85 im Zahneingriff
ist. Antriebsschnecke und Schneckenräder sind dabei in einem nicht weiter bezifferten
festen Gehäuse drehbar gelagert. Die Drehachsen der beiden Schneckenräder verlaufen
parallel zur Lenkwelle 1. Sie sind jeweils mit einem axialen Ritzelfortsatz 86,
87 versehen, mit denen sie in einer Stirnverzahnung 33 der beiden Kupplungsglocken
31 bzw. 32 eingreifen.
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In der schematischen Darstellung der Fig. 4 sind diese Verhältnisse
gut zu erkennen. Wie in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 werden
die beiden Kupplungsglocken 31 und 32 somit von dem ständig in einer Drehrichtung
umlaufenden Servomotor gegenläufig angetrieben.
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In Fig. 4 sind diese Verhältnisse durch entsprechende Drehrichtungspfeile
für die Antriebsschnecke 83, die Schneckenräder 84, 85 und die Kupplungsglocken
31, 32 verdeutlicht.
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Mit der Kuppeleinrichtung 9 wird sichergestellt, daß die manuelle
Lenkung des Kraftfahrzeuges auch dann ungestört stattfinden kann, wenn der Motor
bzw. die Abtriebswelle 24 des Motors blockieren sollte. Diese Kuppeleinrichtung
ist nämlich derart ausgebildet, daß die Antriebsschnecke 83 bei stillgesetztem Gleichstrommotor
und drehenden Kupplungsglocken 31, 32 durch die Schneckenräder 84 und 85 gegen die
Kraft einer Druckfeder 91, die zwischen dem nicht weiter bezifferten Gehäuse und
der Kuppeleinrichtung 9 wirksam ist, unter Aufhebung des Formschlusses zwischen
Kuppeleinrichtung 9 und Abtriebswelle 24 axial so weit nach unten verschoben wird,
bis der Eingriff zwischen Antriebsschnecke 83 und den beiden Schneckenrädern 84,
85 aufgehoben ist. Ein besonderer Freilauf ist hierbei nicht mehr erforderlich.
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In Fig. 5 ist in einer Prinzipiendarstellung angedeutet, wie eine
Servolenkung nach Art der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Anordnungen mit axial
betätigbaren Kupplungsvorrichtungen in einfacher Weise derart modifiziert werden
kann, daß es möglich wird, die Servounterstützung in Abhängigkeit von geeigneten
Betriebsparametern des Fahrzeugs, beispielsweise der Fahrzeugbeladung, der Fahrzeuggeschwindigkeit,
Quer- oder Längsbeschleunigung etc. zu verändern.
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Zu diesem Zweck ist im mittleren dritten Lenkwellenteil 13 eine umlaufende
Steuernut 19 angeordnet, in welche ein Steuerstift 7 radial mit in Abhängigkeit
von solchen geeigneten Betriebsparametern des Fahrzeugs steuerbarer Kraft F eingreift.
Die Aufbringung dieser Kraft kann in jeder beliebigen geeigneten Weise, beispielsweise
mittels elektromagnetischer, pneumatischer, hydraulischer oder elektromechanischer
etc. Stellglieder erfolgen.
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Im einfachsten Fall kann diese Abhängigkeit durch einen Zweipunktbetrieb
des Steuerstifts 7 hergestellt werden, indem dieser jeweils entweder nur mit einer
Minimalkraft oder aber mit einer Maximalkraft beaufschlagt wird, so daß also - je
nachdem ob die Minimalkraft oder die Maximalkraft anliegt - entweder die axiale
Auslenkung des dritten Lenkwellenteils 13 im wesentlichen nicht behindert wird oder
aber die Auslenkung dieses Lenkwellenteils aus seiner Neutralstellung völlig unterbunden
wird.
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Das bedeutet, daß in dem einen Fall die Servounterstützung wie zuvor
erläutert aufgebracht wird, im anderen Falle dagegen die Übertragung eines Servomoments
vom Elektromotor auf die Lenkwelle nicht möglich ist.
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Denkbar ist es z. B., den Steuerstift 7 mit geeigneten Mitteln oberhalb
einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit mit der Maximalkraft, darunter jedoch mit
der Minimalkraft zu beaufschlagen. Dadurch wird erreicht, daß in einem unteren Geschwindigkeitsbereich,
insbesondere z. B. beim Parkieren, die volle Servounterstützung zur Verfügung steht,
oberhalb der vorerwähnten vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit die Servounterstützung
dagegen nicht zur Wirkung gebracht wird.
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In entsprechender Weise ist es sehr einfach möglich, den Steuerstift
7 bei Überschreiten einer vorbestimmten Fahrzeugbeladung mit der Minimalkraft zu
beaufschlagen, unterhalb dieser Fahrzeugbeladung dagegen die Maximalkraft auf ihn
einwirken zu lassen, um der sonst mit zunehmender Beladung im allgemeinen zunehmenden
Schwergängigkeit der Lenkung entgegenzuwirken.
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Es ist aber natürlich auch möglich, die auf den Steuerstift 7 aufgebrachte
Radialkraft in Abhängigkeit geeigneter Betriebsparameter kontinuierlich zu verändern,
um die auf die Lenkwelle 1 einwirkende Servounterstützung
in Abhängigkeit
von diesen Betriebsparametern kontinuierlich zu variieren.
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In diesem Falle wird die Steuernut 19 so ausgebildet, daß ihre Nutflanken
191 vom Nutengrund aus stetig ansteigen, wobei durch entsprechende Gestaltung der
Kontur der Nutflanken die Charakteristik der Servounterstützung beeinflußt werden
kann. Je nach Größe der einwirkenden Radialkraft wird das mittlere dritte Lenkwellenteil
13 dann unterschiedlich weit axial ausgelenkt werden können, wobei der Steuerstift
7 - auf der Nutflanke emporgleitend - so weit zurückgeschoben wird, bis an ihm wieder
ein Kräftegleichgewicht herrscht. Zweckmäßigerweise wird die in die Steuernut eingreifende
Spitze des Steuerstiftes kugelig ausgebildet.
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Die axiale Auslenkung des dritten Lenkwellenteils 13 führt zu einer
entsprechenden Aktivierung der für diese Lenkraddrehrichtung maßgeblichen Kupplungsvorrichtung,
wobei der Grad des Kupplungseingriffes und damit der Grad der Drehmomentübertragung
von der Größe der vom Steuerstift 7 zugelassenen axialen Verschiebung des Lenkwellenteils
13 abhängt.
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In den Figuren 6 bis 10 sind verschiedene Ansichten und Schnitte einer
Servolenkung dargestellt, die in ihrem grundsätzlichen konstruktiven Aufbau und
in ihrer Funktion im wesentlichen übereinstimmt mit den Anordnungen der Figuren
1 bis 5. Auch bei dieser Servolenkung ist also ein - nicht weiter dargestellter
- ständig in einer Drehrichtung umlaufender Servomotor vorgesehen, der zwei konzentrisch
und drehbar auf der Lenkwelle 1 gelagerte topfförmige Kupplungsglocken 31, 32 gegenläufig
antreibt, z. B. in der in Fig. 3 dargestellten Weise. Eine entsprechende Stirnverzahnung
der Kupplungsglocken ist deshalb mit 33 angedeutet.
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Unter entsprechender zweckmäßiger Abwandlung der Verzahnung ist aber
natürlich auch eine Antriebsanordnung gemäß den Figuren 1 und 2 denkbar.
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Grundsätzlich wäre es bei sämtlichen Anordnungen natürlich auch denkbar,
den Servomotor räumlich anders anzuordnen, d. h. seine Abtriebswelle nicht zumindest
annähernd radial zur Lenkwelle auszurichten. Er könnte auch parallel zur Lenkwelle
liegen. In einem solche Falle wären aber zusätzliche Aufwendungen, beispielsweise
die Verwendung von Umlenk-oder sonstigen Zwischengliedern erforderlich, um die Drehrichtung
der einen Kupplungsglocke umzukehren.
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Abweichend von den Anordnungen gemäß den Figuren 1 bis 5 sind bei
dieser Servolenkung nicht axial, sondern radial betätigbare Reibkupplungen
vorgesehen.
Diese bestehen aus Bremsbacken 43, die jeweils schwenkbar an der Lenkwelle angelenkt
sind und zum Kupplungseingriff an die Innenwandung der topfförmigen Kupplungsglocken
31, 32 zur Anlage gebracht werden. In ihrer äußeren Gestaltung entsprechen diese
Bremsbacken im Prinzip den bei Kfz-Trommelbremsen verwendeten Bremsbacken.
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Bei dieser Anordnung ist die Lenkwelle 1 nicht dreigeteilt, sondern
zweigeteilt, wobei sich die beiden Lenkwellenteile 11 und 12 in der Weise mit Spiel
drehmomentenübertragend miteinander in Eingriff befinden, daß einerseits das erste
Lenkwellenteil 11 stirnseitig mit einer Koppelnut 17 und andererseits das zweite
Lenkwellenteil 12 mit einem in diese Koppelnut mit Spiel eingreifenden Koppelzapfen
16 versehen ist.
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Die Bremsbacken 43 der beiden Kupplungsvorrichtungen 41, 42 sind dabei
an dem einen Lenkwellenteil, im Ausführungsbeispiel am zweiten Lenkwellenteil 12
angelenkt, der zu diesem Zweck mit sich axial erstreckenden Lagerzapfen 15 ausgestattet
ist, die im Längsschnitt der Fig. 10 sowie den beiden Querschnitten der Figuren
7 und 8 zu erkennen sind.
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Am anderen Lenkwellenteil, im Ausführungsbeispiel am ersten Lenkwellenteil
11, sind Steuer- oder Schaltnocken 14 o. ä. angeordnet, die derart ausgebildet und
bemessen sind, daß sie bei einer Relativverdrehung beider Lenkwellenteile 11 und
12 derart relativ zu den Bremsbacken 43 verschwenkt werden, daß sie mit diesen Berührungskontakt
bekommen und zur Anlage an die zugeordneten Kupplungsglocken 31, 32 bringen. Für
jede der beiden Kupplungsvorrichtungen 41, 42 ist eine solche Bremsbacken/Schaltnockenkombination
vorgesehen, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel pro Kupplungsvorrichtung jeweils
zwei Bremsbacken und entsprechend zwei Schaltnocken vorgesehen sind. In der Schnittdarstellung
gemäß Fig. 6 sind lediglich die Schaltnocken für die erste Kupplungsvorrichtung
41 zu erkennen.
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In den Schnittdarstellungen gemäß den Figuren 7 und 10 sind die erkennbaren
Schaltnocken der zweiten Kupplungsvorrichtung 42 mit 14' gekennzeichnet.
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Die Funktionsweise entspricht im Prinzip der Funktionsweise der zuvor
erläuterten Anordnungen. Bei einer Lenkradverdrehung und anstehendem Lenkmoment
werden die beiden Lenkwellenteile 11 und 12 relativ zueinander
verdreht,
wodurch je nach Drehrichtung entweder die Schaltnocken 14 der ersten Kupplungsvorrichtung
41 oder aber die Schaltnocken 14' der zweiten Kupplungsvorrichtung 42 mit den entsprechenden
Bremsbacken 43 in Kontakt gelangen und diese entsprechend dem Lenkmoment mehr oder
weniger stark an die Innenwandung der stetig umlaufenden Kupplungsglocke drückt,
so daß auch bei dieser Ausführung der Grad der Servomomentübertragung in Abhängigkeit
vom Lenkmoment mechanisch selbsttätig gesteuert wird, wobei die Servounterstützung
auch von den wirksamen Hebellängen der Schaltnocken etc. abhängt.
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Auch bei dieser Anordnung ist eine Federvorrichtung 51, 52 vorgesehen,
die zwischen den beiden Lenkwellenteilen 11 und 12 wirksam ist und in ihrer Wirkung
und ihrer Zielsetzung den in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3
dargestellten Druckfedern 53, 54 entspricht.
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Da bei dieser Anordnung die Übertragung des Servomoments jedoch nicht
durch eine axiale Verlagerung eines der Lenkwellenteile, sondern durch eine Relativverdrehung
beider Lenkwellenteile gesteuert wird, sind die beiden Federn 51, 52 als zueinander
umgekehrt gewickelte Spiralfedern ausgebildet, die jeweils mit ihrem einen Ende
am ersten Lenkwellenteil 11 und mit ihrem anderen Ende am zweiten Lenkwellenteil
12, vorzugsweise an einem der Lagerzapfen 15 angreifen.
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Selbstverständlich ist es bei dieser Anordnung auch möglich, in einer
der Fig. 5 äquivaienten Weise die Servolenkung derart zu modifizieren, daß es möglich
wird, die Servounterstützung in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsparametern des
Fahrzeugs zu verändern.
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