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Hilfskraftlenkvorrichtung mit Spindel- oder Schneckengetriebe für
Kraftfahrzeuge Hilfskraftlenkungen sollen die zum Lenken erforderliche menschliche
Arbeitsleistung unter Voranstellung der Lenksicherheit weitgehend durch maschinelle
Hilfe ersetzen. Diese ermöglicht neben der Kräfteverminderung auch eine Herabsetzung
der mechanischen Lenkübersetzung und damit, besonders an schweren Fahrzeugen, eine
bessere Reaktionsbereitschaft der Lenkung.
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Die Erfindung bezieht sich auf Lenkungen mit Spindel- oder Schneckengetriebe
und mit vorzugsweise hydraulischer Lenkhilfe, bei welchen die zur Auslösung der
Hilfskräfte dienende Steuer- oder Schalteinrichtung zwischen Lenkschraube und Lenkrad
liegt, also unmittelbar durch letzteres beeinflußt wird.
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An den bekannten Hilfskraftlenkungen der bezeichneten Bauweise wird
die gewünschte Lenkübersetzung durch eine mehr oder minder steilgängige Lenkschraube
erreicht. Das hat zur Folge, daß die Lenkhilfe nicht nur vom beabsichtigten Lenkvorgang
in Anspruch genommen wird, sondern ständig auch von unkontrollierbaren fahrbahnseitigen
Kräften und Bewegungen. Diese lösen rückwirkend gegensteuernde Hilfskräfte aus.
Aus der zwangläufig vorangehenden Bewegung des Steuermechanismus ergibt sich, daß
die automatisch ausgelöste Reaktion nicht unmittelbar vorhanden ist, sondern dem
auslösenden fahrbahnseitigen Impuls mit mehr oder weniger Verspätung nacheilt und
Gegenstoßwirkungen verursacht. Es sind daher empfindliche Steuerteile nötig, welche
auf kleinste Bewegungsimpulse reagieren, plötzliche Druckspitzen aber nicht vermeiden
können. Zwar werden, solange das Hilfskraftsystem intakt ist, Stöße und Prellschläge
vom Lenkrad ferngehalten, doch bilden dauernd beanspruchte, empfindliche Teile und
unzeitige Reaktionen eine stete Gefahr, der man nur mit Überdimensionierung der
Anlage begegnen kann. Falls die Lenkhilfe versagt, ist das Lenkrad vor Stößen ungeschützt,
um so spürbarer, je kleiner die mechanische Lenkübersetzung gewählt wurde.
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Nur mit unbedingt betriebssicherer Lenkhilfe ist die kompromißlose
Nutzung ihrer Vorzüge möglich. Daher ist es Ziel der Erfindung, durch Vermeidung
überflüssiger und schädlicher Lenkhilfeleistung und damit verbundener Beanspruchungen
die Störanfälligkeit zu verringern. Hierzu sind verschiedene, gleichzeitig zur Wirkung
kommende Maßnahmen erforderlich.
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Gegenüber den bekannten Konstruktionen erscheint es einfacher und
sicherer, Fahrbahnstöße auf direktem Wege durch ein stabiles, selbsthemmendes oder
annähernd selbsthemmendes Lenkgetriebe unschädlich zu machen, als mit hydraulischen
Gegenkräften abzufangen, welche erst über den Umweg der Steuermechanik aufgebaut
werden müssen.
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Selbsthemmung ist aber nur dann mit Vorteil anwendbar, wenn gleichzeitig
die Lenkhilfe kraftseitig, d. h. an der Lenkschraube drehend, zur Wirkung kommt.
Lastseitig, d. h. axial auf die Lenkschraube gerichtete Hilfskräfte würden im Falle
der Selbsthemmung einen kraftverzehrenden Reibungsdruck erzeugen und die Lenkhilfe
zum Teil aufheben. Dagegen entsteht bei kraftseitiger Lenkhilfe kein zusätzlicher
Reibungsverlust, sie ist -vom Wirkungsgrad der Schraube unabhängig.
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Da die Abmessungen der Lenkschraube zugunsten eines geringen Antriebsmomentes
nach Möglichkeit klein zu halten sind, wird angesichts ihrer größeren Drehzahl bei
Selbsthemmung die Herabminderung der Lenkradumdrehungen durch ein Räderpaar erzielt.
Das ist ohne weiteres durchführbar, weil die Aufgabe des Lenkrades weniger darin
besteht, wie an einer manuellen Lenkung Lenkarbeit zu leisten, als vielmehr den
Steuermechanismus zwecks Einleitung der Lenkhilfe zu betätigen. Die vorgeschaltete
Räderübersetzung ist gleichzeitig ein notwendiger Bestandteil der Steuereinrichtung,
bedeutet also für die Lenkung keinen Mehraufwand.
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Das selbsthemmende Getriebe hält naturgemäß auch diejenigen lastseitigen
Kräfte vom Lenkrad fern, welche üblicherweise den selbsttätigen Rücklauf in. die
Geradeausfahrstellung veranlassen. Diese Kräfte lassen sich jedoch durch die Lenkhilfe
ersetzen, indem diese von Rückstellfedern in Tätigkeit gesetzt wird. Letztere stützen
sich .gegen die drehbare Lenkspindel und feste
Lenksäule ab, werden
während des Lenkeinschlages gespannt und führen das losgelassene Lenkrad wieder
in seine Mittellage zurück, bei auftretendem Drehwiderstand gleichzeitig die Lenkhilfe
auslösend, welche ihrerseits den Rücklauf, auch gegen erheblichen Widerstand, erzwingt.
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Die Federn haben also eine lediglich steuernde, keine Lenkarbeit leistende
Wirkung, erzeugen aber durch ihre zunehmende Spannung ein natürliches Lenkgefühl.
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In Verbindung mit einem selbsthemmenden Getriebe läßt sich auch die
Begrenzung der Lenkendstellungen in die obere Lenksäule verlegen, um nach erfolgtem
Anschlag die nutzlose Erzeugung einer Hilfskraft zu verhindern.
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Eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung des Erfindungszieles ist
die einwandfreie Funktion des kraftseitigen Lenkhilfemotors. Als solcher geeignet
erscheint grundsätzlich ein mittels Druckflüssigkeit zu betreibender Flügelzellenmotor
mit in seiner umlaufenden Nabe radial verschiebbaren Gleitplatten (Flügeln). Er
muß jedoch den besonders gearteten Verhältnissen des Lenkbetriebes angepaßt werden.
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Die mit relativ geringer. doch unstetig wechselnder Geschwindigkeit
und unter veränderlichen Belastungen hin und her drehende Lenkschraube bedingt eine
Abdichtung der umlaufenden Gleitplatten, welche weder von deren Bewegungszustand,
augenblicklicher Belastung noch zufälliger Stellung beeinträchtigt wird. Sie muß
also bei jeder Drehzahl und Druckhöhe, Dreh-und Druckrichtung wirksam sein. Erfüllt
wird diese Bedingung dadurch, daß die Räume ober- und unterhalb der Gleitplatten
mittels gleichartiger-Ventilkanäle verbunden werden. Diese lassen den Arbeitsdruck
zwar unter die Gleitplatten treten, aber nicht wieder entweichen, so daß der radial
auf die äußeren Stirnflächen gerichtete Flüssigkeitsdruck stets unschädlich bleibt.
Die spielfreie Anlage der Gleitplatten an der äußeren Gehäuselaufbahn wird in bekannter
Weise durch Federn gesichert.
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Um auch bei etwaigem Versagen eines Ventils ein Ausweichen der Gleitplatten
nach innen zu verhindern, werden dieselben mit ihrer Unterseite auf Ringen, gleichmittig
zur Gehäusebohrung, zusätzlich geführt, wobei sie sich auf Federn .abstützen, deren
Spannung während des Umlaufes unveränderlich ist.
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Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
Es ist Abb. 1 ein Längsschnitt durch die Lenkvorrichtung, Abb. 2 der Schnitt A-B
in Abb. 1, Abb. 3 der Lenkhilfemotor mit dem gleichen Schnitt A-B in vergrößertem
Maßstab.
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Die Übertragung der Lenkbewegungen erfolgt in üblicher Weise kraftschlüssig
vom Lenkrad über die Lenkspindel a mit Gelenk b und vorgeschalteten Kegelrädern
c und d, welch ersteres zugleich der Lenkhilfesteuerung dient, sowie Schnecke (Lenkschraube)
e und Schneckenrad f auf den Lenkstockhebel g. Die Hilfskraft wird von einer motorisch
angetriebenen - nicht gezeichneten - Pumpe erzeugt und über eine Lenkventilsteuerung
auf den Lenkhilfemotor k übertragen. Dessen Antriebsnabe q sitzt drehfest auf der
Schneckenwelle und läuft in einem Gehäuse um, dessen Mittelachse gegen die der Schneckenwelle
parallel versetzt ist. Die in radialen Schlitzen der Antriebsnabe verschiebbaren
Gleitplatten r sind auf losen Ringen s zwangläufig und gleichachsig zur Gehäusebohrung
geführt. Auf diese Ringe stützen sich auf Kugeln sitzende Federn w, welche in die
Gleitplatten eingelassen sind und diese unter gleichbleibender Spannung an die gegenüberliegende
Laufbahn des Gehäuses drücken. Die umlaufende Antriebsnabe q ist mit einigen Kanälen
v versehen, in denen sich nach innen öffnende Rückschlagventile befinden. Bei Drehung
der Nabe steht wenigstens einer dieser Kanäle im jeweiligen Raum y oder z des Arbeitsdruckes
und läßt diesen in den Raum x unterhalb der Gleitplatten zwar eintreten, nicht aber
gegen die rücksperrenden Ventile in den drucklosen Raum entweichen. Es erfolgt so
in jeder beliebigen Stellung, Drehrichtung und Geschwindigkeit der Gleitplatten
eine Druckentlastung derselben, während ihre spielfreie Anlage durch die Federspannung
gewährleistet wird.
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Die Ventilkanäle können, in derselben Weise wirkend, auch im feststehenden
Gehäuse angebracht sein, der Raum unter den Gleitplatten auch aus Einzelräumen bestehen,
falls auf die innere Ringführung mit der unveränderlichen Federspannung verzichtet
wird. Ebenso kann diese Ringführung fest mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Die von den Lenkventilen kommende und bei t in das Motorinnere eindringende
Druckflüssigkeit kann nur nach Lenkarbeit leistender, zwangläufiger Drehung der
Schneckenwelle in die auf der Gegenseite befindliche drucklose Rückflußleitung bei
u gelangen, um so die Lenkhilfe in Tätigkeit zu setzen. Der Rückfluß zur Pumpe erfolgt
aus dem Innern des Lenkgetriebes bei p.
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Unterhalb des Lenkrades, mit ihren freien Enden einerseits an der
bewegten Lenkspindel, andererseits an der festen Lenksäule abgestützt, sind zwei
je rechts oder links vorgespannte Federn m, n angebracht. Bei jedem Lenkeinschlag
wird eine dieser Federn weiter gespannt und dreht die Lenkspindel, falls das Lenkrad
freigegeben wird, in ihre Ausgangslage, die Geradeausfahrstellung, zurück. Dabei
werden, wenn am Kegelrad d ein Drehwiderstand auftritt, durch das um o schwenkbar
gelagerte Kegelrad c die Lenkventile betätigt und eine hydraulische Hilfskraft ausgelöst;
welche ihrerseits nunmehr die Rücklaufbewegung erzwingt.