DE655070C - Hilfskraftlenkung fuer die Lenkung von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist eine Hilfskraftlenkung für die Lenkung von Kraftfahrzeugen beschrieben, bei welcher die ein Druckmittel steuernden Ventile durch zwischen ihren Enden gelenkig miteinander verbundene Hebel mit Spiel in Verbindung mit den Lenkrädern und der Lenksäule stehen. Es sind gemäß der Erfindung des Hauptpatentes mit den Ventilstangen Kolben verbunden, welche nach öffnen der Ventile von dem Druckmittel beeinflußt werden und dem Fahrer eine Gegenkraft vermitteln, welche proportional dem auftretenden Lenkwiderstand ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Ausführungsform und besteht darin, daß auf einer von der Lenksäule gedrehten Lenkwelle ein Arm starr und ein Hebel lose drehbar befestigt sind, welch letzterer mit der Kolbenstange des Antriebkolbens und außerdem mit größerer Hebelarmlänge mit dem Lenkgestänge gekuppelt ist, und daß der Arm und Hebel durch einen Zwischenhebel miteinander verbunden sind, dessen Kopf die Welle mit radialem Spiel umfaßt und mit der die Steuerung des Druckmittels zum Antriebskolben beherrschenden Ventilanordnung verbunden ist, während der Hebel an seinem äußeren Ende schwenkbar mit dem Arm gekuppelt und in geringem Abstand schwenkbar an dem Hebel gelagert ist.

In den Zeichnungen sind ähnliche Teile in allen Abbildungen mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet, und zwar zeigt:

Abb. ι eine. Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Seitenansicht, teilweise im Schnitt.

Abb. 2 die in der Abb. 1 dargestellten Teile in der Draufsicht mit der erfindungsgemäß verwendeten Ventilbetätigungsvorrichtung, und

Abb. 3 gewisse Teile der in der Abb. 1 dargestellten Vorrichtung in einem Querschnitt.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem Steuerglied bzw. einer Lenkwelle 4 mit Handbetätigung, die durch eine beliebige geeignete, vom Führer betätigte, nicht dargestellte Vorrichtung gedreht werden kann und durch weiter unten

ausführlich beschriebene Mittel mit demLenkgestänge 5 verbunden ist, das zu der bei Kraftfahrzeugen üblichen Steuervorrichtung gehört und seinerseits durch nicht dargestellte' Verbindungsstücke mit den Lenkrädern eines' Kraftfahrzeuges verbunden ist, um die ge^ nannten Räder in der einen oder anderen Richtung lenken zu können.

An der Lenkwelle 4 ist das eine Ende eines Hebels 6 befestigt, dessen entgegengesetztes Ende durch einen Zapfen 7 mit dem einen Ende eines Zwischenhebels 8 drehbar verbunden ist, dessen entgegengesetztes Ende einen Nabenteil8^a besitzt, der die Lenkwelle 4 mit einem gewissen Spiel umgibt. Der Zwischenhebel 8 ist ebenfalls durch einen Zapfen 10 mit einem Hebel 9 zwischen den Enden desselben drehbar verbunden. Der Zapfen 10 besteht zweckmäßig aus einem Stück mit dem Zwischenhebel 8, und das eine Ende des Hebels 9 ist mit einem seitlichen Muffentragteil 11 versehen, der auf der Lenkwelle 4 drehbar gelagert und zwischen dieser und der Nabe 8° eingeschaltet ist. Zwischen diesen Teilen ist zu einem Zweck, der weiter unten näher erläutert werden soll, ein geringer Spielraum 12 vorgesehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Hebel 9 am unteren Ende 3Q mit dem Lenkgestänge 5 durch einen Bolzen 15 verbunden.

Um die Lenkvorrichtung durch den zugehörigen Kraftantrieb zu betätigen, ist eine Antriebsvorrichtung 14 vorgesehen, deren angetriebener Teil mit dem Hebel 9 in beliebiger Weise, und zwar zweckmäßig zwischen der Verbindung 13 und dem Drehzapfen 10 durch einen Drehzapfen 15, verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung besteht aus einem zur Aufnahme eines Druckmittels bestimmten Zylinder 16, der doppeltwirkend ausgebildet ist und in welchem sich ein Kolben 17 hin und her bewegt. Der Kolben 17 ist durch eine Kolbenstange 18 mit dem Drehzapfen 15 verbunden. Die Bewegung des Kolbens 17 im Zylinder 16 wird durch den Druckunterschied eines Druckmittels gesteuert. Das verwendete Druckmittel kann von beliebiger Art sein, wie z. B. Druckluft, der im Saugsammelrohr einer Verbrennungskraftmaschine erzeugte Unterdruck oder ein flüssiges Druckmittel. Der Ein- und Austritt des Druckmittels wird durch eine Ventilvorrichtung 19 geregelt. Diese Ventilvorrichtung besteht aus zwei Ventileinheiten 20 und 21 von ähnlicher Ausführung, und ein jedes dieser beiden Ventile kann nach Wahl durch einen Schwinghebel 22 betätigt werden, der auf einem Teil des selbst ortsfest angeordneten Zylinders 16 drehbar gelagert ist. Der insbesondere aus der Abb. 2 ersichtliche Schwinghebel 22 kann in der einen und in der anderen Richtung ausschwingen, um entweder das Ventil 20 oder das Ventil 21 durch eine Ventilbetätigungsstange 23 zu betätigen, die an einem Ring 24 ,befestigt ist, welcher den Nabenteil 8^a des _t Hebels 8 umgibt.

Die beiden Ventilvorrichtungen 20 und 21 bestehen je aus einem für gewöhnlich offenen Auslaßventil 26 und einem für gewöhnlich geschlossenen Einlaßventil 27. Ein jedes der beiden letztgenannten Ventile wird nachgiebig gegen einen Sitz 28 gedruckt, der mit dem Ventilgehäuse aus einem Stück besteht. Zu diesem Zweck wird das Ventil durch eine Feder 29 belastet. Das Auslaßventil 26 kann mit einem Ventilsitz 30 zusammenwirken, der in einem Kolben 31 vorgesehen ist. Letzterer ist im Ventilgehäuse 32 verschiebbar gelagert und wird für gewöhnlich durch eine Feder 33 nach oben in der Abb. 2 gedrückt. Eine Ventilbetätigungsstange 34 ist in einer im Ventilgehäuse vorgesehenen Haube 35 verschiebbar gelagert und mit dem Kolben 31 verbunden bzw. mit diesem aus einem Stück gemacht. In diesen Verbindungen sind öffnungen 36 vorgesehen, durch welche das unter dem Kolben 31 unter Druck stehende Druckmittel nach einer Auslaßöffnung 37 frei entweichen kann. Jedes Ventilgehäuse ist mit einer Einlaßöffnung 38 versehen, die mit einer beliebigen Druckmittelquelle, beispielsweise einer Druckluftquelle, verbunden ist.

Die Arbeitsweise ist folgende: Wenn der Führer die Lenkwelle 4 dreht, so wird der Hebel 6 hierdurch um die Lenkwelle 4 als Drehzapfen verschwenkt. Wird die Lenkwelle 4 z. B. im Uhrzeigersinn (s. Abb. 1) gedreht, so ist der Zwischenhebel 8 bestrebt, sich um den Drehzapfen 10 im Uhrzeigersinn too zu drehen, weil der Hebel 9 mit der Lenkvorrichtung verbunden ist, die einem etwaigen Bestreben des Hebels 9, um die Lenkwelle 4 zu schwingen, einen wesentlichen Widerstand entgegensetzen wird. Durch die oben beschriebene Schwingbewegung des Zwischenhebels 8 wird das obere Ende desselben und die Ventilbetätigungsstange 23 genügend weit nach rechts (s. Abb. 1 und 2) bewegt, um die Ventilvorrichtung 21 zu betätigen. Diese Bewegung des Hebels 8 wird durch das zwischen dem oberen Ende 8° dieses Hebels und dem Teil 11 des Armesi 9 vorgesehene Spiel ermöglicht, wie aus der Zeichnung bei 12 ersichtlich. Bei der Betätigung der Ventilvorrichtung dient die" durch die Bewegung der Stange 23 bewirkte Drehbewegung des Schwinghebels 22 dazu, das Betätigungsglied nach unten zu bewegen, um das Auslaßventil 26 zunächst zu schließen, worauf die iao weitere Bewegung des Teils 34 und des damit verbundenen Kolbens 31 nach unten das Off-

nen des Einlaßventils 27 bewirkt, so daß Druckmittel aus der Druckmittelquelle in den unter dem Kolben 31 befindlichen Teil der Ventilkammer strömen kann. Da dieser Teil der Ventilkammer beispielsweise durch die öffnung 38 und den Kanal 39 mit der Antriebsvorrichtung in geeigneter Weise verbunden ist, so· strömt Druckmittel in die letztgenannte Vorrichtung, und zwar rechts vom Kolben 17 (s. Abb. 1) ein, wodurch der Kolben 17 nach links bewegt wird. Infolge der zwischen dem Kolben und dem Lenker 9 vorgesehenen Verbindung 1S wird der Lenker nach links bewegt (s. Abb. 1), wobei er sich um die Lenkwelle 4 als Drehzapfen dreht und das Lenkgestänge 5 mit der damit verbundenen Lenkvorrichtung in der gewünschten Richtung bewegt.

Aus obigem geht nun hervor, daß, sobald das Einlaßventil 27 der Ventilvorrichtung 21 geöffnet worden ist, das in der Ventilkammer unter dem Kolben 31 befindliche Druckmittel sofort bestrebt ist, letzteren nach oben (s. Abb. 2) zu bewegen und sich der Kraft entgegenzusetzen, welche die Ventile in der Arbeitsstellung hält. Um das Lenken des Fahrzeuges weiter durch die Hilfskraft zu bewirken, ist es deshalb nötig, die Anwendung von Kraft auf die Ventilbetätigungsstange 23 durch die vom Führer betätigten Mittel und Hebel, die oben beschrieben worden sind, aufrechtzuerhalten, und diese Kraft muß genügend groß sein, um die oben beschriebene Wirkung des Druckmittels auf den Kolben 31, welche Wirkung letzteren nach oben zu bewegen sucht, zu überwinden. Sobald die Fahrzeugräder in der gewünschten Richtung genügend weit gedreht bzw. gelenkt worden sind, bewirkt das Nachlassen des auf die Lenkwelle 4 wirkenden Drehmomentes eine Abnahme der auf die Ventilöffnungsstange 23 ausgeübten Kraft, bis das Einlaßventil 27 geschlossen wird. Unter diesen Bedingungen ist es klar, daß eine Bewegung des Kolbens 17 nach links bestrebt sein wird, den Nabenteil 8° des Hebels 8 um die Lenkwelle 4 zu zentrieren. Wenn die Ausübung des Drehmomentes auf die Lenkwelle 4 aber vollständig aufhört, so wird der Nabengo teil 8^a des Hebels 8 um die Lenkwelle 4 zentriert und das Auslaßventil 26 geöffnet und mit der Außenluft in Verbindung gebracht, wodurch das Innere des Druckmittelzylinders 16 vom Druck des Druckmittels entlastet wird.

Es ist leicht ersichtlich, daß die Federn 33 so ausgebildet sind, daß sie während der üblichen Betätigung der Lenkvorrichtung leicht nachgeben, damit diese mit einer geringen Kraftanstrengung seitens des Führers durch die Hilfskraft betätigt werden kann. Unter Umständen kann es jedoch erwünscht sein, das Fahrzeug von Hand zu steuern und das Arbeiten der Antriebsvorrichtung nur dann zu ermöglichen, wenn sich ein vorbestimmter Widerstand dem Lenken von Hand entgegengesetzt hat, um so die Druckmittelquelle nicht zu erschöpfen und die Kraftsteuerung nur dann zu verwenden, wenn ein Zustand eintritt, in welchem es schwer ist, von Hand zu steuern. In diesem Fall genügt es, die Federn 33 so auszubilden, daß sie dem Bestreben der Ventilbetätigungsstange 23, sie zusammenzudrücken, während der Betätigung der Lenkvorrichtung nur dann einen Widerstand entgegensetzen, wenn man beim Lenken nur einen geringen Widerstand zu überwinden hat, während sie, sobald ein vorbestimmter Widerstand erreicht wird, so weit nachgeben, daß sie die Betätigung der Lenkvorrichtung durch die Hilfskraft ermöglichen.

Es ist nun aus dem Vorstehenden leicht ersichtlich, daß die Lenkvorrichtung nach der Erfindung so ausgeführt ist, daß ein sich der Lenkbewegung entgegensetzender fühlbarer Widerstand auf die Lenkwelle 4 zurückübertragen wird, damit der Führer im wesentlichen dieselbe Rückwirkung empfindet, die er beim Steuern von Hand in entsprechender Weise empfinden würde, nur daß diese Rückwirkung in diesem Fall geringer ist. Die Vorrichtung arbeitet z. B. in der Weise, daß, sobald das zwischen dem Nabenteil 8^a des Hebels 8 und der Lenkwelle 4 vorgesehene Spiel so weit ausgeglichen worden ist, daß die Ventilvorrichtung betätigt und Druckmittel dem Druckmittelzylinder 16 zugeführt wird, nunmehr beobachtet werden kann, daß der Druck, der auf die Unterseite des KoI-bens3i ausgeübt wird und diesen nach oben und die damit verbundene Stange 23 mit dem Ring 24 nach links (s. Abb. 2) zu bewegen sucht, mit dem Bestreben, den Hebel 8 um den Drehzapfen 10 entgegen dem Uhrzeiger (s. Abb. 1) zu drehen, der Drehung der Lenkwelle 4 und der Schwenkbewegung des Hebels 8 einen gewissen vorbestimmten Widerstand entgegensetzt. Dieser Widerstand entspricht der Höhe des unter dem Kolben 31 wirkenden Druckes, der seinerseits der zum Lenken nötigen Kraft entspricht. Mit anderen Worten, wenn die Lenkvorrichtung um einen geringen Winkel verdreht wird, so ist der unter dem Kolben 31 herrschende Druck gegenüber dem Druck verhältnismäßig gering, der nötig ist, um die Lenkvorrichtung um einen bedeutend größeren Winkel zu verdrehen. Auf diese Weise wird die Betätigung der Ventilvorrichtung im wesentliehen gleichzeitig mit der Betätigung der Lenkwelle 4 durch den Führer, um das obere

Ende des Hebels 9 nach rechts (s. Abb. 1) zu bewegen, eine Rückwirkung erzeugen, die durch die Lenkwelle 4 auf den Führer übertragen wird. Eine solche Anordnung ist äußerst vorteilhaft, wie leicht ersichtlich, weil der übliche Widerstand bzw. die übliche Rückwirkung beim Steuern vom Führer leicht bemerkt wird.

Falls der Führer nun die Räder des Fahrzeuges in der entgegengesetzten Richtung lenken oder nach erfolgter vorheriger Lenkung zur geraden Richtung zurückkehren will, so wird die Lenkwelle 4 so bewegt, daß das obere Ende des Hebels 9 nach links (s. Abb. 1) bewegt wird, um das Ventil 20 zu betätigen und Druckmittel dem linken Ende des Druckmittelzylinders 16 zuzuführen. Durch die Bewegung des Kolbens 17 unter dem Einfluß des Druckmittels wird dann der Hebel 9 um die Lenkwelle 4 als Drehzapfen im Uhrzeigersinn gedreht, und nach Erreichen der gewünschten Wendung kann die Lenkbewegung in ähnlicher Weise wie oben beschrieben unterbrochen werden. Es ist zu bemerken, daß die Konstruktion eine solche ist, daß, sobald das zwischen dem Nabenteil 8^a des Hebels 8 und der Lenkwelle 4 vorgesehene Spiel genügend weit ausgeglichen wurde, um die gewählte Ventilvorrichtung zu betätigen, die weitere Drehung der Lenkwelle 4 die Kraftbetätigung der Lenkwelle durch die Kraftanstrengung des Führers in der Weise ergänzt, daß, vorausgesetzt natürlich, daß die Lenkwelle 4 mit einer verhältnismäßig großen Geschwindigkeit gedreht wird, die Nabe des Hebels 8 mit der Lenkwelle 4 in Berührung kommt.

Durch die oben beschriebene ^ Bauart werden das Tänzeln bzw. die Schwingungen der Lenkvorrichtung beseitigt bzw. gedämpft werden. Da das Arbeiten der Ventilvorrichtungen 20 und 21 nicht nur von der Stellung des Hebels 6, sondern auch von der Stellung des Armes 9 abhängt, so ist es leicht ersichtlieh, daß eine etwaige Rückwirkung oder Schlingerbewegung der Lenkvorrichtung auf das LenkgestängeS übertragen werden und die Betätigung der einen oder der anderen Ventilvorrichtung bewirken würde. Nimmt man z. B. an, daß die Lenkvorrichtung einen Stoß erhalten hat, der das LenkgestängeS nach links (s. Abb. 1) zu bewegen sucht, so wird der Lenker^ durch diese Bewegung des Lenkgestänges 5 um die Lenkwelle 4 im Uhrzeigersinn bewegt, da die Antriebsvorrichtung mit der Außenluft in Verbindung steht und der Hebel 6 unbeweglich bleibt, während der Zwischenhebel 8 infolgedessen um dessen Verbindung bei 7 mit dem Hebel 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Durch diese Bewegung des Zwischengliedes wird die Ventilbetätigungsstange 23 nach rechts bewegt und das Ventil 21 geöffnet. Hierdurch wird Druckmittel auf die rechte Seite des Kolbens 17 eingelassen, durch dessen Bewegung der Lenker 9 über die Kolbenstange 18 um die Lenkwelle 4 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß dieser Lenker im wesentlichen gleichzeitig der Rückwirkung entgegenwirkt, die auf die Lenkvorrichtung gewirkt hat. Es ist zu bemerken, daß diese Rückwirkung im wesentlichen aufgehoben bzw. ausgeglichen wird, da die Größe der Bewegung, die der Lenker 9 ausführt, um der Rückwirkung entgegenzuwirken, vollständig von der durch die Rückwirkung bewirkten anfänglichen Bewegung des Lenkers 9 abhängt, durch welche, wie oben beschrieben, die Ventilvorrichtung geöffnet und die Antriebsvorrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Aus der oben beschriebenen Ausführung geht nun hervor, daß die Antriebsvorrichtung, da sie für gewöhnlich durch die abgedrosselten Auslaßventilöffnungen mit der Außenluft verbunden ist, auch als Dämpfer wirkt, um die geringen Schwingungen der Fahrzeugräder zu dämpfen, die ungenügend sein könnten, um die Ventilvorrichtung in der oben beschriebenen Weise zu betätigen.

Um die Dämpferwirkung der oben beschriebenen Antriebsvorrichtung zu erhöhen, kann die Ventilvorrichtung so eingestellt werden, daß die Antriebsvorrichtung für gewöhnlich unter Druck gehalten wird. Zu diesem Zweck können die von den Enden des die Ventile betätigenden Schwinghebels 22 getragenen Einstellglieder 22° so eingestellt werden, daß sie für gewöhnlich die Auslaßventile 26 geschlossen und die Einlaßventile 27 etwas geöffnet halten. Infolgedessen wird für gewöhnlich Druckmittel den beiden Seiten der Antriebsvorrichtung zugeführt.

Die Hilfskraftlenkung gemäß der Erfindung läßt sich leicht an Kraftfahrzeugen anbringen, die bereits mit Handsteuervorrich- »05 tungen ausgerüstet sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Hilfskraftlenkung für d;e Lenkung von Kraftfahrzeugen, bei welcher die Lenksäule über eine Anordnung drehbar gelagerter Hebel mit dem Lenkgestänge, einem Druckmittelantrieb für das Lenkgestänge und einer Ventileinrichtung zur n₅ Steuerung des Druckmittels für den Antrieb in Verbindung steht, nach Patent 642 924, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer von der Lenksäule gedrehten Lenkwelle (4) ein Arm (6) starr und ein Hebei (9) lose drehbar befestigt sind, welch letzterer mit der Kolbenstange (18) des

   Antriebskolbens (17) und außerdem mit größerer Hebelarmlänge mit dem Lenkgestänge (5) gekuppelt ist, und daß der Arm (6) und Hebel (9) durch einen Zwischenhebel (8) miteinander verbunden sind, dessen Kopf (8^a) die Welle (4) mit radialem Spiel umfaßt und mit der die Steuerung des Druckmittels zum Antriebskolben (17) beherrschenden Ventilanordnung (19) verbunden ist, während der Hebel (8) an seinem äußeren Ende schwenkbar (z. B. bei 7) mit dem Arm (6) gekuppelt und in geringerem Abstand schwenkbar (z. B. bei 10) an dem Hebel (9) gelagert ist.
2. 2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (9) mit einer vorspringenden Nabe (11) in die dem gewünschten Spiel entsprechend weitere Bohrung des Kopfes (8°) des Hebels (8) hineinragt.
3. 3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (ß^a) des Hebels (8) durch eine Stange (23) mit einem in seiner Mitte - drehbar gelagerten doppelarmigen Schwinghebel (22) gekuppelt ist, dessen Arme zwei Ventilanordnungen (20,21) steuern, welche den Zutritt des Druckmittels zu den beiden Seiten des in einem Zylinder (16) gelagerten einzigen Antriebskolbens (17) beherrschen, der über eine Stange (18) mit dem Hebel (9) gekuppelt ist.
4. 4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinghebel (22) durch einstellbare Anschläge (22°) auf Schubstangen (34) einwirkt, die mit unter der Gegenwirkung von Federn (33) stehenden Kolben (31) verbunden sind, welche mittels der Ventile (26, 27) die Zufuhr des Druckmittels zum Zylinder (16) beherrschen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen