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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem für ein Amphibienfahrzeug und
auf ein Amphibienfahrzeug, das ein solches Lenksystem aufweist. Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren, durch das eine konventionelle, hydraulisch servounterstützte Lenkzahnstange
zum Gebrauch in einem solchen Lenksystem für ein Amphibienfahrzeug modifiziert
wird.
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Die
Ausstattung von Amphibienfahrzeugen mit Lenksystemen, die zu Land
und zu Wasser funktionsfähig
sind, ist schon bekannt. In ihrer einfachsten Form bestehen solche
Systeme aus zwei unabhängigen
Lenkanordnungen, beispielsweise aus einem Lenkrad, das an eine konventionelle
Zahnstange-Ritzel-Anordnung für
den Fahrbetrieb angeschlossen ist, und aus einer Ruderpinne, die
an das Kopfende eines Ruders für
den Schwimmbetrieb angeschlossen ist.
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In
weiterentwickelten Lenksystemen steuert ein Lenkrad sowohl die Fahr-
wie auch die Schwimmlenkung. So wird beispielsweise im US-Patent
Nr. 572 7494, das gemäß der Präambel von
Anspruch 1 den nächsten
Stand der Technik darstellt, ein Amphibienfahrzeug offenbart, das
ein durch eine Welle an ein Festgetriebe angeschlossenes Lenkrad
aufweist. Das Festgetriebe ist teleskopisch an ein Mobilgetriebe
angeschlossen, und an das Mobilgetriebe angeschlossene Lenkstangen
ermöglichen
das Schwenken der Vorderräder
des Fahrzeugs. Die Lenkwelle ist außerdem an ein mechanisches
Kabellenksystem angeschlossen, wodurch die Drehung eines Ruders gesteuert
wird. Die Fahr- und Schwimmlenkanordnungen sind beide permanent
an das Lenkrad angeschlossen.
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Es
ist davon auszugehen, dass ein Kabelsystem in seiner Relation von
Kraft zu Entfernung inflexibel und in einer maritimen Umwelt reibungs-
und korrosionsanfällig
ist.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird für ein Amphibienfahrzeug ein Lenksystem
bereitgestellt, das eine Lenkregelung aufweist, die betriebsfähig an ein
Fahrlenkmittel zur Lenkung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs angeschlossen
ist, und ein Schwimmlenksystem, dadurch gekennzeichnet, dass: das
Schwimmlenksystem einen hydraulischen Geberzylinder in Fluidverbindung
mit einem hydraulischen Nehmerzylinder aufweist; und wobei: der
Nehmerzylinder betriebsfähig
an ein Schwimmilenkmittel angeschlossen ist; und der Geberzylinder
betriebsfähig
an das Fahrlenkmittel gekoppelt ist, sodass er, als Reaktion auf Bewegung
des Fahrlenkmittels, den Nehmerzylinder und damit das Schwimmlenkmittel
antreibt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsart
weist der Geberzylinder einen doppeltwirkenden Kolben auf, der erste
und zweite Kammern auf der einen bzw. der anderen Seite des Kolbens
definiert, wobei der Kolben zur Bewegung mit dem Fahrlenkmittel
an dieses gekoppelt ist und der hydraulische Nehmerzylinder auch
einen doppeltwirkenden Kolben aufweist, der erste und zweite Kammern
auf der einen bzw. der anderen Seite des Kolbens definiert, wobei
der Kolben des Nehmerzylinders zur Bewegung mit dem Schwimmlenkmittel
an dieses gekoppelt ist, wobei die erste Kammer des Geberzylinders
in Fluidverbindung mit der ersten Kammer des Nehmerzylinders steht
und die zweite Kammer des Geberzylinders in Fluidverbindung mit
der zweiten Kammer des Nehmerzylinders steht.
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Vorzugsweise
ist das Fahrlenkmittel eine Lenkzahnstange, die ein Bauteil einer
Zahnstange-Ritzel-Baugruppe
bildet. In dieser Anordnung kann der Geberzylinder als integrierter
Bestandteil der Zahnstange-Ritzel-Baugruppe
ausgebildet sein. Ein Teil der Ummantelung der Zahnstange-Ritzel-Baugruppe
kann ein Gehäuse
für den
Geberzylinder bilden, und der Geberzylinderkolben kann an der Lenkzahnstange
zum Bewegen mit der Zahnstange innerhalb des Geberzylindergehäuses befestigt
sein. Der Geberzylinder kann in Reihenanordnung mit der Lenkzahnstange
bereitgestellt werden. Als Alternative kann der Geberzylinder im
Wesentlichen parallel zur Lenkzahnstange angeordnet sein, wobei
der Geberzylinderkolben an einer Kolbenstange befestigt ist, die
durch mindestens ein Verbindungsglied an die Zahnstange gekoppelt
ist.
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Vorzugsweise
werden Mittel bereitgestellt, um das Schwimmlenksystem selektiv
zu aktivieren oder deaktivieren. Die Mittel zur selektiven Aktivierung
oder Deaktivierung des Schwimmlenksystems können Ventilmittel aufweisen,
um die Kammern des Geberzylinders und/oder des Nehmerzylinders mit einem
hydraulischen Fluidreservoir selektiv zu verbinden. Als Alternative
können
die Mittel zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren des Schwimmlenksystems
Ventilmittel aufweisen, um die ersten und zweiten Kammern des Geberzylinders
miteinander in Fluidverbindung zu bringen.
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Wo
Mittel bereitgestellt werden, um das Schwimmlenksystem selektiv
zu aktivieren oder deaktivieren, da können auch Mittel bereitgestellt werden,
um die Geradeausstellungen des Fahrlenksystems und des Schwimmlenksystems
zu synchronisieren, während
das Schwimmlenksystem aktiviert ist.
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Vorzugsweise
ist das Ventilmittel nur dann zum Aktivieren des Schwimmlenkmittels
betriebsfähig,
wenn sich das Fahrlenkmittel genau oder im Wesentlichen in einer
Geradeausstellung befindet. Ein Sensor kann bereitgestellt werden,
um zu erkennen, ob sich das Fahrlenkmittel genau oder im Wesentlichen
in einer Geradeausstellung befindet, und das Lenksystem kann außerdem ein
Regelmittel aufweisen, das den Betrieb des Ventilmittels ermöglicht,
um das Schwimmsystem nur dann zu aktivieren, wenn der Sensor erkennt,
dass sich das Fahrlenkmittel genau oder im Wesentlichen in der Geradeausstellung befindet.
In einer vorteilhaften Ausführungsart
entdeckt der Sensor die Stellung des Geberzylinderkolbens, um zu
bestimmen, ob sich das Fahrlenkmittel in der Geradeausstellung befindet.
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In
einer alternativen Ausführungsart
ist der Geberzylinder über
mindestens einen Anschluss an ein hydraulisches Fluidreservoir gekoppelt,
wobei der Anschluss genau oder im Wesentlichen an einer vorausbestimmten
Stelle des Hubs des Kolbens positioniert ist, die einer Geradeausstellung
des Fahrlenkmittels entspricht, wobei die Anordnung so gestaltet ist,
dass sich der Nehmerzylinderkolben nach Aktivierung des Ventilmittels
zwecks Aktivierung des Schwimmlenkmittels nur dann in einer gegebenen Richtung
bewegt, wenn der Kolben den Mittelpunkt seines Hubs passiert hat,
um eine entsprechende Kammer vom Reservoir abzuschließen. Vorzugsweise
ist der Geberzylinder über
zwei Anschlüsse,
die auf der einen bzw. anderen Seite des Mittelpunkts des Hubs des
Geberzylinderkolbens angeordnet sind, an das Reservoir gekoppelt.
Der Abstand zwischen den zwei Anschlüssen kann etwas größer sein als
die Dicke des Geberzylinderkolbens.
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Vorzugsweise
weist das Lenksystem außerdem
ein federndes Mittel auf, um das Schwimmlenkmittel für eine Geradeausstellung
vorzuspannen. Das federnde Mittel kann aus einem Federpaar bestehen, dessen
erste Feder in einer ersten Kammer des Nehmerzylinders und dessen
zweite Feder in einer zweiten Kammer des Nehmerzylinders angeordnet
ist, wobei die Anordnung so gestaltet ist, dass die ersten und zweiten
Federn auf entgegengesetzten Seiten des Nehmerzylinderkolbens wirken,
um den Kolben für
eine vorherbestimmte Stelle seines Hubs vorzuspannen, die einer
Geradeausstellung des Schwimmlenkmittels entspricht.
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Vorzugsweise
ist das Fahrlenksystem servounterstützt. Die Servounterstützung kann
ein hydraulisches Servounterstützungssystem
aufweisen. Als Alternative kann die Servounterstützung ein elektrisches, elektro-hydraulisches
oder magnetisches Servounterstützungssystem
aufweisen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Fahrlenksystem
Hydraulikfluid benutzt, weil sein Fluidreservoir auch für das Schwimmlenksystem
verwendet werden kann.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Amphibienfahrzeug
bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Lenksystem
in Übereinstimmung
mit dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
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In Übereinstimmung
mit einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt,
das eine konventionelle, hydraulisch servounterstützte Lenkzahnstange
zum Gebrauch in einem Lenksystem in Übereinstimmung mit dem ersten
Aspekt der Erfindung anpasst, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
Bereitstellung
einer Lenkzahnstange mit einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder,
der erste und zweite Hydraulikzylinderkammern und ein Regelventil
definiert;
Abtrennung der ersten und zweiten Hydraulikzylinderkammern
vom Regelventil;
Bereitstellung eines Nehmerzylinders zur Aktivierung eines
Schwimmlenkmittels, wobei der Nehmerzylinder einen Kolben aufweist,
der auf der einen bzw. anderen Seite des Kolbens erste und zweite
Kammern definiert; und
eine Fluidverbindung der ersten Hydraulikzylinderkammer
der Lenkzahnstange mit einer ersten Kammer des Nehmerzylinders,
sowie eine Fluidverbindung der zweiten Hydraulikzylinderkammer der Lenkzahnstange
mit einer zweiten Kammer des Nehmerzylinders.
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Mehrere
Ausführungsarten
der Erfindung werden jetzt nur mit Hilfe von Beispielen beschrieben,
wobei Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird, in denen:
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1 teilweise
eine Schnittansicht ist, teilweise eine schematische Ansicht eines
erfindungsgemäßen Lenksystems;
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2 teilweise
eine Schnittansicht ist, teilweise eine schematische Ansicht einer
zweiten Ausführungsart
eines erfindungsgemäßen Lenksystems;
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3 eine
alternative Anordnung der hydraulischen Ventile zum Gebrauch mit
den Lenksystemen von 1 und 2 zeigt;
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4 eine
Schnittansicht eines Teils eines modifizierten Geberzylinders zum
Gebrauch in den Lenksystemen von 1 und 2 zeigt;
und
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5 eine
schematische, teilweise geschnittene Draufsicht eines Amphibienfahrzeugs
ist, die eine weitere Ausführungsart
des erfidungsgemäßen Lenksystems
zeigt.
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Zuerst
wird auf 1 Bezug genommen; eine erste
Ausführungsart
eines erfindungsgemäßen Lenksystems
für den
Gebrauch in einem Amphibienfahrzeug wird allgemein bei 10 gezeigt.
Eine konventionelle, servounterstützte Lenkzahnstange-Ritzel-Baugruppe 12 für ein Straßenfahrzeug
wird zum Gebrauch im System angepasst und umfasst ein auf eine Lenksäule 16 montiertes
Ritzel 14 und eine Zahnstange 18, die im Eingriff
mit dem Ritzel 14 steht. Eine Lenkregelung, zum Beispiel
ein (nicht gezeigtes) Lenkrad, ist an der Lenksäule 16 befestigt.
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Das
(aus Sicht des Betrachters) linke Ende der Zahnstange 18 ist
als eine doppeltwirkende Stange 20 ausgebildet, um der
Bewegung der Zahnstange 18 auf konventionelle Weise Servounterstützung zu
leisten. Zu diesem Zweck ist ein Kolben 22 auf die Zahnstange 18 montiert,
der in einem Hydraulikzylinder 24 durch Dichtungen 26, 28 abgedichtet
ist. Eine Kommandoventilanordnung, allgemein bei 30 gezeigt,
ist um die Lenksäule 16 montiert,
und Hydraulikleitungen 32, 34 sind vorgesehen,
um die Ventilanordnung mit den Kammern zu verbinden, die im Zylinder 24 auf
der einen bzw. anderen Seite des Kolbens 22 gebildet sind.
Das (aus Sicht des Betrachters) linke Ende der Zahnstange 18 ist
an einen Lenkhebel 36 und das (aus Sicht des Betrachters)
rechte Ende der Zahnstange 18 an einen Lenkhebel 38 gekoppelt.
Die Lenkhebel 36, 38 expandieren, um die (nicht
gezeigten) Vorderräder
des Fahrzeugs zu schwenken.
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Ein
Verbindungsglied 40 ist an der (aus Sicht des Betrachters)
rechten Seite der Zahnstange 18 zwischen der Verzahnung
und der Verbindung an den Lenkhebel 38 befestigt. Das Glied 40 verläuft senkrecht
zur Zahnstange 18 und ist an seinem Ende mit einer drehgelenkigen
Befestigung 42 versehen. Ein hydraulischer Geberzylinder 44 mit
einer Kolbenstange 46 befindet sich auf der einen Seite
der Zahnstange 18 der Lenkzahnstange 12 und parallel
dazu. Ein Ende der Kolbenstange 46 ist durch die Befestigung 42 drehgelenkig
an dem Verbindungsglied 40 befestigt.
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Der
Geberzylinder 44 hat erste und zweite Kammern 48, 50 auf
der einen bzw. anderen Seite eines doppeltwirkenden Kolbens 52,
der auf die Kolbenstange 46 montiert ist. Die Kolbenstange 46 verläuft von
beiden Enden des Zylinders 44 und ist durch die Dichtungen 54, 56 am
Zylinder abgedichtet. Erste und zweite Anschlüsse 49, 51 sind
an beiden Enden des Zylinders 44 vorgesehen und stehen
in Fluidverbindung mit den Kammern 48 bzw. 50.
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Ein
hydraulischer Nehmerzylinder 58 ist am Heck des Fahrzeugs
(nicht gezeigt) befestigt. Der Nehmerzylinder 58 besteht
aus einem doppeltwirkenden Kolben 60, der auf eine Kolbenstange 62 montiert
ist, ersten und zweiten Kammern 68, 70 auf der
einen bzw. anderen Seite des Kolbens 60 und Dichtungen 64, 66,
die die Kolbenstange 62 an den Enden des Zylinders 58 abdichtet.
Erste und zweite Anschlüsse 69, 71 sind
an beiden Enden des Zylinders 58 in Fluidverbindung mit
den ersten bzw. zweiten Kammern 68, 70 vorgesehen.
Ein Ende der Kolbenstange 62 ist an einem Lenkhebel 72 eines Schwimmlenkmittels,
beispielsweise eines Ruders oder einer Wasserstrahldüse (nicht
gezeigt), drehgelenkig befestigt.
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Eine
Hydraulikleitung 74 verläuft vom Anschluss 49 der
ersten Kammer 48 des Geberzylinders 44 zum Anschluss 69 der
ersten Kammer 68 des Nehmerzylinders 58. Auf ähnliche
Weise verbindet eine weitere Hydraulikleitung 80 den Anschluss 51 der
zweiten Kammer 50 des Geberzylinders mit dem Anschluss 71 in
der zweiten Kammer 70 des Nehmerzylinders 58.
Eine Abzweigleitung 74a verläuft von der Hydraulikleitung 74 und
stellt eine Fluidverbindung über
ein erstes Ventil 76 her, und zwar zwischen den ersten
Kammern 48, 68 der Geber- bzw. Nehmerzylinder
und einem hydraulischen Fluidreservoir 88. Gleichermaßen verläuft eine
zweite Abzweigleitung 80a von der Hydraulikleitung 80 und
stellt eine Fluidverbindung über
ein zweites Ventil 82 her, und zwar zwischen den zweiten
Kammern 50, 70 der Geber- bzw. Nehmerzylinder
und einem hydraulischen Fluidreservoir 88.
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Die
Ventile 76, 82 werden in 1 in einer „geschlossenen" Stellung gezeigt,
wodurch das Hydraulikfluid daran gehindert wird, aus den Abzweigleitungen 74a, 80a in
das Reservoir 88 zu fließen. Die Ventile können durch
geeignete Mittel in eine offene Stellung gebracht werden, bei der
das Hydraulikfluid ungehindert zwischen den Abzweigleitungen 74a, 80a und
dem Reservoir fließen
kann.
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Federn 83, 84 sind
in den ersten 68 bzw. zweiten 70 Kammern des Nehmerzylinders
positioniert und reagieren gegen die jeweiligen Enden des Zylinders
und des Kolbens 60, um den Kolben auf eine mittlere Position
innerhalb des Zylinders zu bringen. Die mittlere Position entspricht
einer Geradeausstellung des Schwimmlenkmittels.
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Jetzt
wird der Betrieb des Lenksystems 10 bei geschlossenen Ventilen 76, 82 beschrieben.
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Will
ein Bediener die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ändern, so verursacht er durch
Bedienung des Lenkrads die Rotation der Lenksäule 16 und des Ritzels 14.
Dadurch wird die Zahnstange 18 bewegt, wobei sie durch
den Kolben 22 auf konventionelle Art servounterstützt wird,
und die Lenkhebel 36, 38 werden entsprechend bewegt,
um die (nicht gezeigten) Vorderräder
des Fahrzeugs zu schwenken.
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Die
Bewegung der Zahnstange 18 beispielsweise in Richtung des
Pfeils A verursacht die Bewegung des Verbindungsglieds 40 und
damit der Kolbenstange 46 und des Kolbens 52 des
Geberzylinders 44 in derselben Richtung. Deshalb verkleinert sich
das Volumen der Kammer 50 und Hydrauliköl wird durch den Anschluss 51 und
die Hydraulikleitung 80 in die Kammer 70 des Nehmerzylinders 58 gepresst.
Der Kolben 60 und die Kolbenstange 62 des Nehmerzylinders 58 werden
gegen die Wirkung der Feder 83 in die dem Kolben 52 und
der Kolbenstange 46 des Geberzylinders 44 entgegengesetzte
Richtung gezwungen, d. h. in Richtung des Pfeils B, wodurch der
Lenkhebel 72 des Schwimmantriebmittels bewegt wird. Zur
gleichen Zeit fließt
Hydrauliköl
in der Kammer 68 des Nehmerzylinders durch die Leitung 74 in
die Kammer 48 des Geberzylinders 44, wodurch dessen
Volumen vergrößert wird.
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Wird
die Zahnstange 18 in die entgegengesetzte Richtung bewegt,
d. h. in Richtung des Pfeils B, dann bewegen sich die Kolben 52, 60 in
entgegengesetzten Richtungen, das Hydrauliköl fließt in der anderen Richtung
durch die Leitungen 74 und 80, und der Lenkhebel 72 wird
in Richtung des Pfeils A bewegt.
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So
ermöglicht
das Lenksystem 10 den gleichzeitigen oder dualen Betrieb
sowohl eines Fahrlenksystems wie auch eines Schwimmlenksystems durch
eine einzige Lenkregelung, in diesem Fall durch ein Lenkrad. Dadurch
wird einem Bediener ermöglicht,
das Fahrzeug entweder zu Land oder zu Wasser mit derselben Lenkregelung
zu lenken.
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Im
oben beschriebenen Betrieb des Lenksystems sind die Ventile 76, 82,
wie in 1 gezeigt ist, geschlossen und verhindern so das
Fließen
des Hydraulikfluids aus den Hydraulikleitungen 74, 80 in das
Hydraulikreservoir 88. Wird jedoch gewünscht, die (nicht gezeigten)
Räder des
Fahrzeugs zu lenken, ohne aber den Lenkhebel 72 des Schwimmantriebmittels
zu bewegen, können
die hydraulischen Ventile 76, 82 geöffnet werden,
um die Hydraulikleitungen 74, 80, die die ersten 48, 68 und
zweiten 50, 70 Kammern der Geber- und Nehmerzylinder
miteinander verbinden, in Fluidverbindung mit dem Reservoir 88 zu
bringen.
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Bei
geöffneten
Ventilen 76, 82 bewirkt die Bewegung des Kolbens 52 des
Geberzylinders in Richtung des Pfeils A, dass das Hydraulikfluid
wie zuvor in die Leitung 80 fließt. Da jedoch die Feder 83 der
Bewegung des Nehmerzylinderkolbens 60 in Richtung des Pfeils
B Widerstand leistet, tendiert das Fluid dazu, in die Abzweigleitung 80a und
in das Reservoir zu fließen,
da es sich dabei um den Weg des geringsten Widerstands handelt.
Zur gleichen Zeit wird Hydraulikfluid vom Reservoir in die Abzweigleitung 74a,
durch die Leitung 74 und in die Kammer 48 des
Geberzylinders abgezogen. Deshalb bewegen sich der Kolben 60 und
die Kolbenstange 62 des Nehmerzylinders 58 nicht,
und so wird das Schwimmlenkmittel nicht aktiviert.
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Auf ähnliche
Weise fließt
Hydraulikfluid von der Kammer 48 des Geberzylinders in
die Leitung 74, durch die Abzweigleitung 74a und
in das Reservoir 88, wenn der Geberzylinderkolben 52 in
der entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Zur gleichen Zeit wird
Fluid aus dem Reservoir über
Abzweigleitung 80a und Leitung 80 in die Kammer 50 des
Geberzylinders abgezogen. Diesmal ist es aber die Feder 84,
die der Bewegung des Nehmerzylinderkolbens 60 Widerstand
leistet.
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Sind
also die Ventile 76, 82 geöffnet, dann ist das Schwimmlenksystem
effektiv gesperrt oder deaktiviert, sodass das Fahrzeug zu Land
ohne eine entsprechende Bewegung des Schwimmlenkmittels gelenkt
werden kann.
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Obwohl
die Federn 83, 84 zum Drücken des Schwimmlenkmittels
in die Geradeausstellung innerhalb des Nehmerzylinders gezeigt werden,
besteht dafür
keine Notwendigkeit, und die Federn könnten außerhalb des Zylinders bereitgestellt
werden, beispielsweise könnten
die Federn zur Kooperation mit der Kolbenstange 62 bereitgestellt
werden. Tatsächlich
muss ein solches Federmttel durchaus nicht direkt auf den Nehmerzylinder
einwirken, sondern könnte
so angeordnet werden, dass es auf irgendeinen Bestandteil des Schwimmlenksystems
einwirkt, vorausgesetzt, dass es dazu neigt, das Schwimmlenkmittel
in eine Geradeausstellung zu bringen.
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In
einer in 2 gezeigten alternativen Ausführungsart
ist das (aus Sicht des Betrachters) rechte Ende der Zahnstange-Ritzel-Baugruppe 12 modifiziert,
um einen integrierten Geberzylinder bereitzustellen, der mit der
Baugruppe 12 koaxial verläuft. Für die auch in 1 vorkommenden
Bestandteile wurden dieselben Bezugszahlen verwendet.
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Die
Ummantelung der konventionellen, servounterstützten Lenkzahnstange 12 ist
erweitert, um das Gehäuse
des Geberzylinders 44 zu bilden. Die (aus Sicht des Betrachters)
rechte Seite der Zahnstange 18 ist als Kolbenstange 46 ausgebildet,
die mit einem Lenkhebel 38 verbunden ist. Ein doppeltwirkender
Kolben 52 ist auf die Kolbenstange 46 montiert,
und erste und zweite Kammern 48, 50 sind auf der
einen bzw. anderen Seite des Kolbens 52 ausgebildet. Dichtungen 53, 55 bilden
eine Abdichtung zwischen der Kolbenstange 46 und dem Zylinder 44.
Die Anschlüsse 49, 51,
die mit den Kammern 48 bzw. 50 kommunizieren,
sind an die Hydraulikleitungen 74 bzw. 80 angeschlossen,
und der restliche Hydraulikkreis ist mit dem der Ausführungsart
identisch, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde.
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Der
Betrieb der Ausführungsart
von 2 ist mit dem der Ausführungsart von 1 identisch, abgesehen
davon, dass sich bei Bewegung der Zahnstange 18 die Kolbenstange 46 und
der Kolben 52 des Geberzylinders 44 direkt bewegen
und nicht durch das Verbindungsglied 40 der
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1.
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In
einer (nicht gezeigten) dritten Ausführungsart der Erfindung ist
die Lenkzahnstange 12 der ersten Ausführungsart durch ein konventionelles Lenkgetriebe
ersetzt, das eine Untersetzung von der Lenksäule 16 aufweist. Der
Abtrieb des Lenkgetriebes, der an die Lenkhebel 36, 38 gekoppelt
ist, ist auch an das Verbindungsglied 40 gekoppelt, und zwar
auf dieselbe Art wie die Kopplung an die Lenkzahnstange 12 in 1.
Der Betrieb dieser Ausführungsart
ist mit dem der in 1 gezeigten Ausführungsart
identisch.
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In
anderen alternativen Anordnungen kann das Lenkgetriebe oder die
Zahnstange durch ein anderes bekanntes Lenkmittel ersetzt werden.
In allen Ausführungsarten
können
die Ventile 76, 82 elektrisch, manuell oder durch
einen Hydraulikkreis gesteuert werden.
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Das
gestrichelte Rechteck V in 2 enthält das Ventil-
und Reservoirsystem zur Aktivierung und Deaktivierung des Schwimmlenksystems.
Ein alternatives System, das entweder mit der Ausführungsart
von 1 oder der von 2 verwendet werden
kann, wird in 3 gezeigt. In dieser alternativen
Anordnung wird eine Querleitung 74b bereitgestellt, die
die Leitungen 74 und 80 verbindet und ein On-off-Ventil 77 aufweist.
Wenn das On-off-Ventil 77, wie in 3 gezeigt,
geöffnet
ist, kann Hydraulikfluid direkt zwischen den Leitungen 80 und 74 fließen, wodurch
das Schwimmlenksystem deaktiviert wird. Ist das Ventil 77 geschlossen,
so ist das Schwimmlenksystem aktiviert und funktioniert, wie oben
mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist,
wenn die Ventile 76 und 82 geschlossen sind. Falls
erforderlich, kann eine weitere Hydraulikleitung 80b bereitgestellt
werden, um den Hydraulikkreis an ein Fluidreservoir 88 anzuschließen. Ein
weiteres On-off-Ventil 83 wird in der Leitung 80b bereitgestellt, das
bei geöffnetem
Ventil 77 geöffnet
werden kann, um einen Verlust von Hydraulikfluid im Hydraulikkreis zu
ersetzen, wenn das Schwimmlenksystem deaktiviert ist.
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Wird
das hydraulische Schwimmlenksystem aktiviert oder deaktiviert, dann
ist es wünschenswert, die
Geradeausstellungen für
die Lenkzahnstange 18 und das Schwimmlenkmittel zu synchronisieren. 4 zeigt
schematisch eine Modifikation des Geberzylinders 44 für beide
oben mit Bezug auf 1 und 2 beschriebene
Ausführungsarten.
Im modifizierten Geberzylinder werden zwei weitere Anschlüsse 90, 92 auf
der einen bzw. anderen Seite des Mittelpunkts 52a im Hub
des Kolbens 52 bereitgestellt. Der Mittelpunkt 52a im
Hub des Geberzylinderkolbens 52 entspricht der Geradeausstellung
der Lenkzahnstange. Die zusätzlichen
Anschlüsse 90, 92 stellen
eine Fluidverbindung der Kammern 48, 50 des Geberzylinders
mit dem hydraulischen Fluidreservoir 88 her.
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In
dieser Anordnung können
die Ventile 76a, 82a geschlossen sein, um zu verhindern,
dass irgendwann Hydraulikfluid aus den hydraulischen Leitungen 74, 80 in
das Reservoir 88 fließt.
Der Nehmerzylinderkolben 60 wird sich aber nur dann bewegen, wenn
der Geberzylinderkolben 52 den Mittelpunkt passiert und
die Kammer 48 bzw. 50 vom Reservoir 88 isoliert,
indem er den Anschluss 90 bzw. 92 abschließt.
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Bewegt
sich beispielsweise der Kolben vom Mittelpunkt 52a in Richtung
des Pfeils A, passiert er den Anschluss 92, um in der Kammer 50 und
der Hydraulikleitung 80 ein geschlossenes Volumen zu erzeugen.
Eine weitere Bewegung des Kolbens in derselben Richtung verdrängt das
Fluid aus der Kammer 50 in die entsprechende Kammer 70 des
Nehmerzylinders und bewegt auf diese Weise den Nehmerzylinderkolben 60 in
Richtung des Pfeils B, wobei das Schwimmlenksystem bewegt wird.
Zur gleichen Zeit fließt
das aus der Kammer 68 des Nehmerzylinders verdrängte Fluid
durch die Leitung 74 in die Kammer 48 des Geberzylinders.
Werden die Lenkzahnstange und der Geberzylinderkolben 52 in
der entgegengesetzten Richtung zurückbewegt, dann gewährleistet die
Feder 83, dass der Nehmerzylinderkolben 60 der Bewegung
des Geberzylinderkolbens 52 folgt. Auf ähnliche Weise schließt die Bewegung
des Geberzylinderkolbens vom Mittelpunkt 52a in der dem
Pfeil A entgegengesetzten Richtung den Anschluss 90 und erzeugt
so in der Kammer 48 ein geschlossenes Volumen, und das
System wird reversiert.
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Jedes
Mal, wenn in der obigen Anordnung der Geberzylinderkolben den Mittelpunkt
passiert, treten die beiden Kammern 68, 70 des
Nehmerzylinders (über
die Hydraulikleitungen 74, 80, die ersten und
zweiten Kammern 48, 50 des Geberzylinders und
die Anschlüsse 90, 92)
in Fluidverbindung zum Reservoir 88, sodass die Federn 83, 84 betriebsfähig sind,
den Nehmerzylinderkolben 60 zu zentrieren, um das Schwimmlenkmittel
in die Geradeausstellung zurückzubringen.
Dadurch wird gewährleistet,
dass die Geradeausstellungen der Lenkzahnstange und des Schwimmlenkmittels
synchronisiert bleiben.
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Die
Ventile 76a, 82a weisen Sperr- oder Rückschlagventile
in „geschlossener" Stellung auf, die
in Kombination mit den Anschlüssen 90, 92 zwischen
dem Geberzylinder und dem Reservoir funktionieren, und die Federn 83, 84 im
Nehmerzylinder 48, um unerwünschte Bewegung des Nehmerzylinderkolbens 60 zu
verhindern, falls die Ventile 76a, 82a geschlossen
sind, wenn der Geberzylinderkolben 52 vom Mittelpunkt 52a entfernt
positioniert ist.
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Der
Betrieb der Rückschlagventile
kann wie folgt erklärt
werden. Falls die Ventile 76a, 82a geschlossen
sind, während
sich der Geberzylinderkolben 52 in der Position befindet,
die in 4 in Volllinie gezeigt ist, dann verhindern die
offenen Anschlüsse 90 und 92 die
Verdrängung
des Fluids durch die Hydraulikleitung 80, wenn sich der
Kolben 52 in Richtung A auf den Mittelpunkt 52a zubewegt. Eine
solche Bewegung des Kolbens 52 könnte aber auf der (aus Sicht
des Betrachters) linken Seite des Kolbens 52 zur Erzeugung
eines Vakuums führen, das
allgemein als Kavitation bekannt ist. Werden keine Rückschlagventile
in den Ventilen 76a, 82a verwendet, dann könnte die
Erzeugung eines Vakuums auf der linken Seite des Geberzylinderkolbens
den Nehmerzylinderkolben 60 wegen des negativen Drucks
in Kammer 68 in Richtung des Pfeils B ziehen, obwohl eine
positive Verdrängung
von Fluid in die Kammer 70 nicht stattfindet. Obwohl eine
derartige Bewegung durch über
den Anschluss 90 eintretendes Fluid korrigiert würde, sobald
der Kolben den Anschluss 90 passiert hat, könnte der
transiente Schwimmlenkeffekt, der erzeugt wird, bis dieser Punkt
erreicht ist, den Fahrzeugbediener stören. Durch den Einsatz der
gezeigten Rückschlagventile wird
dieser Effekt verhindert. Entwickelt sich also, wie oben beschrieben,
ein negativer Druck hinter dem Geberzylinderkolben 52,
wenn er sich in Richtung des Pfeils A bewegt, dann wird der Bewegung
des Nehmerzylinderkolbens 60 in Richtung des Pfeils B durch
die Feder 83 Widerstand geleistet, und das Fluid wird vom
Reservoir 88 durch das Rückschlagventilmittel im Ventil 76a abgezogen,
wodurch jegliche unerwünschte
Bewegung des Nehmerzylinderkolbens 60 verhindert wird.
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Die
obige Anordnung hat eine kleine Totzone, in der der Nehmerzylinder
nicht aktiviert wird, wenn sich der Geberzylinderkolben 52 zwischen
den Anschlüssen 90, 92 am
Mittelpunkt bewegt. Deshalb sollte der Abstand zwischen den beiden
Anschlüssen so
klein wie möglich
gehalten werden, wohingegen sicherzustellen ist, dass beide Kammern 48, 50 des Geberzylinders
gleichzeitig an das Reservoir angeschlossen sind, wenn sich der
Kolben am Mittelpunkt seines Hubs befindet. Anstatt, wie gezeigt,
zwei beabstandete Anschlüsse 90, 92 zu
benutzen, könnte ein
einziger Anschluss bereitgestellt werden, wobei der Anschluss größer als
die Dicke des Kolbens ist, um sicherzustellen, dass beide Kammern 48, 50 des Geberzylinders
gleichzeitig an das Reservoir angeschlossen sind, wenn sich der
Kolben am Mittelpunkt 52a seines Hubs befindet.
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In
einer alternativen Anordnung, die sicherstellt, dass die Geradeausstellungen
der Lenkzahnstange und des Schwimmlenkmittels synchronisiert sind,
ist das Regelmittel, das die Ventile 76, 82 aktiviert,
so angepasst, dass die Ventile nur dann geschaltet werden können, wenn
sich die Lenkzahnstange in der Geradeausstellung befindet. Beispielsweise
könnte
ein Sensor bereitgestellt werden, um zu erkennen, ob sich die Zahnstange
in der Geradeausstellung befindet, und das Regelmittel wäre betriebsfähig, die
Aktivierung der Ventile 76, 82 nur dann zu gestatten,
wenn der Sensor angibt, dass sich die Zahnstange in der Geradeausstellung
befindet. In einer Ausführungsart
könnte
ein in 1 mit 94 referenzierter Sensor bereitgestellt
werden, um zu erkennen, ob sich der Kolben 52 des Geberzylinders
am Mittelpunkt seines Hubs befindet, was einer Geradeausstellung
der Zahnstange entspricht. Der Sensor ist an ein schematisch bei 96 gezeigtes
Regelmittel angeschlossen, das die Ventile 76, 82 steuert
und den Betrieb der Ventile nur dann gestattet, wenn der Sensor
signalisiert, dass sich der Kolben am Mittelpunkt befindet. Da das
Schwimmsteuermittel durch die Federn 83, 84 jedes
Mal erneut zentriert wird, wenn die Ventile 76, 82 geöffnet werden,
um das Schwimmlenksystem zu deaktivieren, gewährleistet diese Anordnung,
dass die Geradeausstellungen der Lenkzahnstange und des Schwimmlenkmittels
synchronisiert bleiben.
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Eine
weitere Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Lenksystems
wird in 5 gezeigt. Diese Ausführungsart
benutzt wieder eine servounterstützte
Lenkzahnstange als Fahrlenkmittel, modifiziert aber den Hydraulikzylinder
der servounterstützten Lenkzahnstange
und benutzt ihn als Geberzylinder, anstatt einen zusätzlichen
Geberzylinder für
das Schwimmlenksystem bereitzustellen.
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5 zeigt
ein Amphibienfahrzeug, das zur angetriebenen Fortbewegung im Fahr-
und Schwimmmodus befähigt
ist, was allgemein bei 100 gezeigt wird. Das Fahrzeug 100 umfasst
ein Paar lenkbare Vorderräder 112, 114,
ein Paar Hinterräder 116, 118 und
eine Wasserstrahleinheit 120 mit einer beweglichen Düse 121.
Die Vorderräder 112, 114 sind
auf konventionelle Weise mit (nicht gezeigten) Aufhängungsgliedern
gestützt,
die auf Achsschenkel 122, 124 montiert sind, und
werden durch Antriebswellen 113 bzw. 115 angetrieben.
Lenkgestänge 128, 130 koppeln
gegenüberliegende
Enden der Lenkzahnstange-Ritzel-Baugruppe 126 an die Achsschenkel 122 bzw. 124.
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Die
Lenkzahnstange-Ritzel-Baugruppe 126 hat eine Zahnstange 132 im
Eingriff mit einem Kitzel 140, das auf das Ende einer Lenksäule 142 montiert ist.
Ein auf das andere Ende der Lenksäule 142 montiertes
Lenkrad 144 ermöglicht
einem Fahrer, das Fahrzeug entweder im Fahr- oder im Schwimmmodus
zu lenken, wie unten weiter erklärt
wird.
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Die
Zahnstange-Ritzel-Baugruppe 126 enthält eine Zahnstange 132 und
einen Hydraulikzylinder 134. Der Zylinder 134 umfasst
einen doppeltwirkenden Kolben 135, der innerhalb des Zylinders
auf die Lenkzahnstange 132 montiert ist, um zwei Kammern 158, 162 auf
der einen bzw. anderen Seite des Kolbens zu bilden. Das (aus Sicht
des Betrachters) linke Ende der Zahnstange 132 ist an das
Lenkgestänge 128 gekoppelt,
und das andere Ende 133 der Zahnstange 132 ist
an das Lenkgestänge 130 gekoppelt.
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Der
Hydraulikzylinder 134 wird üblicherweise benutzt, um der
Bewegung der Zahnstange 132 Servounterstützung zu
leisten; in dieser Anordnung wird der Zylinder jedoch modifiziert,
um als Geberzylinder eines Schwimmlenksystems zu funktionieren.
Zur Modifikation gehört
die Abtrennung der Kammern 158, 162 des Zylinders 134 von
den Kommandoventilen 165 für die Servolenkung, die typischerweise
auf die Lenksäule 142 montiert
werden und üblicherweise
Drucköl über die
Anschlüsse 136, 138 in
eine der beiden Kammern 158, 162 leiten, um die
Bewegung der Zahnstange 132 und der Vorderräder 112, 114 zu unterstützen.
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Ein
weiterer Hydraulikzylinder 148 oder Nehmerzylinder ist
am Heck des Fahrzeugs neben der maritimen Wasserstrahlantriebseinheit 120 angebracht.
Der Nehmerzylinder 148 hat auch einen doppeltwirkenden
Kolben 151 mit Kolbenstangen 150, 152,
die sich von gegenüberliegenden
Enden des Zylinders erstrecken. Die Kolbenstange 152 ist
drehgelenkig an einen Lenkhebel 154 gekoppelt, der sich von
der Düse 121 der
maritimen Wasserstrahlantriebseinheit 120 erstreckt, und
die Kolbenstange 150 ist frei.
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Die
erste Kammer 158 des Geberzylinders 134 ist an
die erste Kammer 160 des Nehmerzylinders 148 durch
eine erste Hydraulikleitung 156 angeschlossen, und die
zweite Kammer 162 des Geberzylinders 134 ist an
die zweite Kammer 164 des Nehmerzylinders 148 durch
eine zweite Hydraulikleitung 157 angeschlossen. Der Hydraulikkreis
ist mit Hydrauliköl
oder einem anderen geeigneten Fluid gefüllt. Die Hydraulikleitungen 156, 157 können über die Anschlüsse 136, 138,
die üblicherweise
dazu verwendet werden, die Kammern an die Kommandoventilanordnung
der Servounterstützung
anzuschließen, an
die Kammern 158 bzw. 162 angeschlossen werden.
Als Alternative können
weitere Anschlüsse
bereitgestellt werden, damit die Hydraulikleitungen mit den Kammern
verbunden werden können;
in diesem Fall müssen
die Anschlüsse 136, 138 abgeschlossen werden.
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Im
Betrieb dreht ein Fahrer das Lenkrad 144 in eine gewünschte Richtung,
beispielsweise rechtsläufig.
Dadurch wird das Ritzel 140 veranlasst, die Zahnstange 132 nach
rechts zu rücken,
wie durch den Pfeil A angezeigt wird. Die Bewegung der Zahnstange 132 veranlasst
den Kolben 135 und die Lenkgestänge 128, 130 ebenfalls
nach rechts zu rücken, was
die Folge hat, dass die Räder 112, 114 nach rechts
geschwenkt werden, wie durch die Pfeile B angezeigt wird.
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Der
Lauf des Kolbens 135 im Zylinder 134 verursacht
eine Erhöhung
des Volumens der linken Kammer 158 des Geberzylinders 134 und
eine gleiche Verkleinerung des Volumens der rechten Kammer 162 des
Geberzylinders. Deshalb wird Öl
aus der Kammer 162 durch die Leitung 157 in die
rechte Kammer 164 des Nehmerzylinders 148 gepresst. Das
veranlasst den Kolben 151 des Nehmerzylinders 148 dazu,
sich nach links zu bewegen, wie durch den Pfeil C angezeigt wird.
Außerdem
bewegen sich die Kolbenstangen 150, 152 nach links,
und dadurch wird die Düse 121 veranlasst,
sich in der Richtung zu drehen, die durch den Pfeil D angezeigt
wird. Hydrauliköl,
das aus der Kammer 160 des Nehmerzylinders 148 verdrängt wird,
fließt
durch die Leitung 156 in die Kammer 158 des Geberzylinders 134,
wodurch die Hydraulikflüsse
ausgeglichen werden.
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Eine
linksläufige
Drehung des Lenkrads 144 verursacht die Bewegung der Teile
in der Richtung, die der für
die rechtsläufige
Drehung des Lenkrads beschriebenen Richtung entgegengesetzt ist,
und das Hydrauliköl
fließt
notwendigerweise in entgegengesetzten Richtungen durch die Leitungen 156, 157.
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In
der beschriebenen Anordnung ist der hydraulische Lenkmechanismus
permanent aktiviert, sodass das Schwimmlenksystem jederzeit betrieben wird,
sogar dann, wenn das Fahrzeug zu Land benutzt wird. Dadurch wird
ein sicheres System bereitgestellt, in dem es unmöglich sein
müsste,
im Fahr- oder Schwimmmodus die Lenkfähigkeit zu verlieren. Die Hydraulikleitungen 156, 157 könnten jedoch
mit einem Hydraulikreservoir über
Ventile auf ähnliche Weise
verbunden werden, wie oben mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben
wurde, sodass das Schwimmlenksystem selektiv deaktiviert werden kann,
wenn es nicht benötigt
wird. Das wird in 5 durch das gestrichelte Rechteck
V schematisch angezeigt, wo die Ventil- und Reservoiranordnungen
V der 2 oder 3 eingefügt werden können.
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Die
so geartete Verwendung einer konventionellen, servounterstützten Lenkzahnstange
stellt eine preisgünstige
und kompakte Anordnung zur Ausstattung eines Schwimmlenksystems
mit einem hydraulischen Geberzylinder zur Verfügung, was mit dem Verlust der
Servounterstützung
für das Fahlenkmittel
bezahlt wird. In den meisten Amphibienfahrzeugen sind jedoch der
Motor und das Getriebe in der Nähe
des Hecks des Fahrzeugs angebracht, sodass die Frontpartie notwendigerweise
leicht ist. Daraus folgt, dass servounterstützte Lenkung nicht unerlässlich ist
und dass darauf verzichtet werden kann, ohne die Gesamtleistung
des Fahrzeugs ernstlich zu beeinträchtigen.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsformen diskutiert wurde,
die gegenwärtig
als am praktischsten und bevorzugt angesehen werden, soll klargestellt
sein, dass sich die Erfindung nicht auf die offengelegten Anordnungen
beschränkt,
sondern das sie im Schutzbereich der Ansprüche verschiedene Modifikationen
und äquivalente
Konstruktionen einschließen
soll. Obwohl zu bevorzugen ist, dass die mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen
Schwimmlenksysteme die Fähigkeit
haben sollen, selektiv deaktiviert zu werden, ist diese Eigenschaft
nicht unabdingbar, und die Kreise könnten so modifiziert werden,
dass das Schwimmlenksystem permanent aktiviert ist. Es soll auch
klargestellt werden, dass alternative Mittel benutzt werden könnten, um
das Schwimmlenksystem selektiv zu deaktivieren. Anstatt Hydraulikmittel
zum Deaktivieren des Schwimmlenkmittels zu verwenden, könnte man
beispielsweise Entkopplungsmittel zwischen dem Nehmerzylinder und
dem Schwimmlenkmittel einsetzen, sodass die Bewegung des Nehmerzylinders
vom Schwimmlenksystem entkoppelt werden kann, um das Schwimmlenksystem
zu deaktivieren. Theoretisch könnte
das Reservoir 88 in jedem der beschriebenen Layouts ausgelassen
werden; ein Fluidreservoir ist jedoch beim Entlüften des Systems während der
Herstellung oder Wartung des Fahrzeugs eine nützliche Hilfe.