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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein nicht spurgebundenes
Kraftfahrzeug, dessen gelenkte Fahrzeugräder bei Normalbetrieb mit einer
Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad, über eine sich ständig auf
korrekte Funktion überprüfende elektronische
Regelanordnung wirkungsmäßig verbunden
sind, welche einen mit den gelenkten Fahrzeugrädern zu deren Lenkverstellung
verbundenen Lenkstellantrieb regelt und dazu mit einem von der Lenkhandhabe
betätigten
Lenkwinkel-Sollwertgeber sowie
einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber
verbunden ist, wobei die Regelanordnung vorzugsweise auch einen mit
der Lenkhandhabe zur Simulation eines Lenkwiderstandes verbundenen
Handkraftsteller regelt und dazu mit einem übertragene Kräfte zwischen
Lenkstellantrieb und gelenkten Fahrzeugrädern erfassenden Handkraft-Sollwertgeber
sowie einem übertragene
Kräfte
zwischen Handkraftsteller und Lenkhandhabe erfassenden Handkraft-Istwertgeber
verbunden ist. Bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb werden
die gelenkten Fahrzeugräder
zur Lenkverstellung mit der Lenkhandhabe mechanisch zwangsgekoppelt,
indem eine bei Normalbetrieb offene Kupplung in einer zwischen Lenkhandhabe
und gelenkten Fahrzeugrädern
angeordneten mechanischen Lenkgetriebeanordnung schließt, wobei
die ständig
mit einer Schließkraft
beaufschlagte Kupplung mittels eines Stellaggregates gegen die Schließkraft aus
der Schließlage
in die Offenstellung aushebbar ist.
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Derartige
Lenksysteme, welche nach dem Konzept „Steer by wire" arbeiten, sind aus
der
DE 195 46 733
C1 sowie der
DE
690 22 848 T2 grundsätzlich
bekannt. Diese für
zukünftige Kraftfahrzeuge vorgesehenen
Systeme bieten den grundsätzlichen Vorteil,
daß sie
zumindest hinsichtlich der Regelanordnung sowie der zugehörigen Sensorik
ohne konstruktive Abänderungen
für unterschiedliche
Fahrzeuge geeignet sind. Durch entsprechende Programmierung kann
bei Normalbetrieb praktisch jedes Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Stellhub der Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der gelenkten Fahrzeugräder verwirklicht
werden. Außerdem
besteht die Möglichkeit,
die Regelanordnung mit zusätzlichen
Sensoren zu verbinden, um vorzugebende Parameter, z.B.
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Seitenwindeinflüsse, selbsttätig zu berücksichtigen
bzw. auszuregeln.
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Um
die erforderliche Sicherheit bei Systemfehlern gewährleisten
zu können,
ist vorgesehen, daß beim
Auftreten eines Fehlers in der Regelanordnung oder bei Ausfall von
Signalen, die von der Regelanordnung ausgewertet werden müssen, automatisch
eine Betriebsweise für
anormalen Betrieb bzw. Notfallbetrieb eingeschaltet wird. Bei dieser
Betriebsweise wird im Falle des eingangs angegebenen Lenksystems
eine mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten
Fahrzeugrädern
wirksam, so daß das
Lenksystem prinzipiell nach Art einer herkömmlichen mechanischen Lenkung
arbeitet, wobei allerdings die bei herkömmlichen Lenkungen übliche mechanische
Lenksäule
gegebenenfalls durch andere mechanische Systeme ersetzt sein kann.
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Das
bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb wirksam werdende mechanische
System besitzt eine Kupplung, die beim Normalbetrieb geöffnet gehalten
wird und damit das mechanische System bei Normalbetrieb unwirksam
macht.
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Bei
Normalbetrieb sollte mit entsprechender Sensorik ständig überwacht
werden, ob die Kupplung geöffnet
ist. Dadurch kann vermieden werden, daß durch fehlerhaftes Schließen der Kupplung
kritische Betriebszustände
aufzutreten vermögen:
Bei einer Lenkung der eingangs angegebenen Art ist zwischen dem
Stellhub der Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der gelenkten Fahrzeugräder bei
anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb und dementsprechend geschlossener
Kupplung regelmäßig ein
anderes Übersetzungsverhältnis gegeben
als bei Normalbetrieb mit geöffneter
Kupplung. Sollte bei diesem Normalbetrieb die Kupplung unbemerkt
ganz oder teilweise schließen,
könnten
Stellbewegungen der gelenkten Fahrzeugräder zu einer unerwünschten
Rückwirkung
auf die Lenkhandhabe und damit auf den Lenkwinkel-Sollwertgeber
führen.
Dies hätte dann
zur Folge, daß die
elektronische Regelanordnung eine der Sollwertänderung entsprechende Verstellung
der gelenkten Fahrzeugräder
vorzunehmen suchte, wodurch dann erneut eine Verstellung des Lenkwinkel-Sollwertgebers
verursacht würde.
Damit könnten
sich erhebliche Fehlsteuerungen „aufschaukeln", wenn bei Normalbetrieb
ein Schließen
der Kupplung unbemerkt bleiben sollte.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
198 36 679 A1 ist ein Lenksystem bekannt, bei dem in der
mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern eine
Kupplung vorgesehen ist, die in ihrem geschlossenen Zustand eine Zwangskopplung
zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern herstellt. Bei geöffneter Kupplung
regelt eine Regelanordnung den Lenkwinkel abhängig von der Stellung der Lenkhandhabe. Die
Kupplung wird entgegen einer von Schließfedern erzeugten Schließkraft durch
einen Stellmotor in ihrer geöffneten
Stellung gehalten. Zur Herstellung der Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe
und gelenkten Fahrzeugrädern
wird der Stellmotor stromlos geschaltet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es nun, eine besonders sichere Kupplung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Kupplung mittels einer Arretiervorrichtung gegen die Schließkraft in
Offenstellung feststellbar ist, wobei das Stellaggregat einen die Kupplung öffnenden
Zustand nur vorübergehend
und normal seinen Passivzustand für geschlossene Kupplung einnimmt,
und wobei die normal unwirksame Arretiervorrichtung nur unter Energiezufuhr
wirksam ist bzw. bleibt.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die ständig in
ihre Schließlage
gespannte Kupplung beim Normalbetrieb des Lenksystems mittels einer
nicht selbsthaltenden Arretierung in Offenlage festzuhalten, während das
Stellaggregat seinen für
geschlossene Kupplung vorgesehenen Zustand einnimmt. Damit ist einerseits
gewährleistet,
daß die Kupplung
bei einem gegebenenfalls notwendigen Übergang in den Notbetrieb bzw.
anormalen Betrieb ohne Gefahr einer Behinderung durch das Stellaggregat
geschlossen werden kann, indem die Energiezufuhr zur Arretiervorrichtung
abgeschaltet wird oder ausfällt.
Andererseits kann der offene Zustand der Kupplung leicht durch Erfassung
des Betriebszustandes der Arretiervorrichtung überwacht werden, wobei im wesentlichen
nur überprüft werden
muß, ob
die Energiezufuhr zur Arretiervorrichtung eingeschaltet ist oder
nicht bzw. einen Schwellwert überschreitet.
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Darüber hinaus
ist vorteilhaft, daß der
offene Zustand durch unsymmetrisch redundante Maßnahmen überprüfbar ist, indem mittels entsprechender Sensorik
einerseits unmittelbar an der Kupplung oder damit zwangsgekoppelten
Teilen der geöffnete
Zustand der Kupplung und andererseits der Zustand der Arretiervorrichtung
registriert werden.
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Im übrigen wird
hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie
die nachfolgende Erläuterung
der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben werden.
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Dabei
zeigt
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1 eine
schaltplanmäßige Darstellung des
gesamten Lenksystems,
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2 ein
Schnittbild einer ersten Ausführungsform
eines mechanischen Lenkgetriebes mit Kupplung zur Unterbrechung
eines Durchtriebes zwischen gelenkten Fahrzeugrädern und Lenkhandhabe,
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3 ein
Detail der Kupplungsbetätigung bei
der Ausführungsform
der 2,
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4 eine
Abwandlung des vorgenannten Details,
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5 eine
der 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung und
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6 ein
Schnittbild entsprechend der Schnittlinie VI-VI in 5.
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Im
Beispiel der 1 besitzt ein nicht näher dargestelltes
Kraftfahrzeug lenkbare Vorderräder 1, die über Spurstangen 2 sowie
eine Stange 3 miteinander lenkverstellbar gekoppelt sind.
Die Stange 3 besitzt einen als Zahnstange ausgebildeten
Teil 3', welcher
mit einem Ritzel 4 kämmt,
sowie einen als Kolbenstange eines doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregates 5 ausgebildeten
Teil 3''.
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Das
Ritzel 4 ist mit einer Seite einer kraft- und/oder formschlüssig arbeitenden
Kupplung 6 verbunden, welche durch ein Federaggregat 7 ständig in Schließrichtung
belastet und in weiter unten dargestellter Weise mittels eines Stellaggregates 8 geöffnet sowie
durch eine Arretierung 9 in Offenlage festgehalten werden
kann. Die andere Seite der Kupplung 6 ist über eine
vorzugsweise gelenkige Welle 10 mit einem Lenkhandrad 11 antriebsmäßig verbunden.
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Parallel
zum Lenkhandrad 11 ist ein mit der Welle 10 mechanisch
zwangsgekoppelter, selbsthemmungsfreier Elektromotor 12 angeordnet,
welcher bei festgehaltener Motorwelle als reiner Krafterzeuger zu
arbeiten vermag und dessen Zweck weiter unten erläutert wird.
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In
der Antriebsverbindung zwischen Elektromotor 12 und Welle 10 einerseits
und dem Lenkhandrad 11 andererseits ist ein Torsionsstab 13 angeordnet,
so daß das
Lenkhandrad 11 mit der Welle 10 mit einer gewissen
Drehelastizität
verbunden ist. Beidseitig des Torsionsstabes 13 sind Winkelsensoren 14 und 15 angeordnet,
deren Zweck weiter unten erläutert
wird.
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Ein
weiterer Winkelsensor 16 ist am Ritzel 4 vorgesehen.
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Die
beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 lassen sich über ein
normal offenes Absperrventil 17 miteinander verbinden,
derart, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 unter
allen Umständen auf
Freilauf geschaltet ist. Durch Bestromung seines Stellmagnetes wird
das Absperrventil 17 in seine Schließlage gebracht.
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Im übrigen ist
das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 mit zwei Anschlüssen eines
Regelventiles 18 verbunden, welches über zwei weitere Anschlüsse mit einem
Reservoir 19 bzw. mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 20 verbunden
ist. In der vom Regelventil 18 normal eingenommenen dargestellten
Lage ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 auf Freilauf geschaltet.
Durch Bestromung eines seiner Stellmagnete läßt sich das Regelventil 18 derart
steuern, daß bei
arbeitender Pumpe 20 zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 eine
mehr oder weniger große
Druckdifferenz auftritt und das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine entsprechende Stellkraft
in der einen oder anderen Richtung erzeugt. Die Druckdifferenz und
damit die Stellkraft können mit
Drucksensoren 21 und 22 an den beiden Seiten des
Aggregates 5 erfaßt
werden.
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Eine
elektronische Regel- bzw. Steueranordnung 23 ist eingangsseitig
mit den Winkelsensoren 14 bis 16 sowie den Drucksensoren 21 und 22 verbunden.
Ausgangsseitig steuert die Regel- bzw. Steueranordnung 23 das
Stellaggregat 8, die Arretierung 9, den Elektromotor 12,
die Stellmagnete der Ventile 17 und 18 sowie gegebenenfalls
die Hydraulikpumpe 20.
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Das
Lenksystem der 1 funktioniert wie folgt, wobei
zunächst
der Normalbetrieb dargestellt wird:
Beim Normalbetrieb wird
das Absperrventil 17 geschlossen und die Kupplung 6 in
Offenstellung gehalten. Die Lenkbetätigung der Vorderräder 1 erfolgt
dadurch, daß mit
dem Lenkhandrad 11 der Winkelsensor 14 betätigt wird,
welcher an die Regelanordnung 23 ein den Lenkwinkel-Sollwert
wiedergebendes Signal weiterleitet. Vom Winkelsensor 16 erhält die Regelanordnung 23 ein
den Lenkwinkel-Istwert wiedergebendes Signal. Die Regelanordnung 23 führt einen Soll-Istwert-Vergleich durch und
steuert in Abhängigkeit
davon das Regelventil 18. Aufgrund des geschlossenen Absperrventiles 17 wird
durch die Betätigung
des Regelventiles 18 vom Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine mehr
oder weniger große
Stellkraft mit steuerbarem Richtungssinn erzeugt, derart, daß die Soll-Istwert-Abweichung
ausgeregelt wird und der Istwert des Lenkwinkels an den Vorderrädern 1 dem
vom Lenkhandrad 11 über
den Drehwinkelsensor 14 vorgegebenen Lenkwinkel-Sollwert
entspricht.
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Die
Signale der den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 zugeordneten
Drucksensoren 21 und 22 lassen die zwischen diesen
beiden Seiten vorliegende Druckdifferenz nach Betrag und Richtung
erkennen. Diese Druckdifferenz ist analog zu den an den Vorderrädern 1 wirksamen
Lenk- und Störkräften. In
Korrelation zu diesem Lenk- und Störkräften wird nun von der Regelanordnung 23 ein
Sollwert für
die am Lenkhandrad 11 fühlbare
Handkraft vorgegeben, die durch den Elektromotor 12 simuliert wird:
Der Istwert der Randkraft wird von der Regelanordnung 23 aus
den Signalen der Winkelsensoren 14 und 15 ermittelt.
Denn je nach dem Maß der Handkraft
wird der Torsionsstab 13 mehr oder weniger stark tordiert,
mit der Folge, daß die
Signale der Winkelsensoren 14 und 15 eine entsprechende
Winkeldifferenz in der einen oder anderen Richtung anzeigen. Somit
kann die Regelanordnung 23 in Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich
den Elektromotor 12 so steuern, daß die am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft
im Ergebnis entsprechend den an den gelenkten Vorderrrädern 1 wirksamen
Lenk- und Störkräften variiert
wird.
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Die
Regelanordnung 23 überprüft sich
selbst sowie die mit ihr zusammenwirkenden Systemteile ständig auf
korrekte Funktion, wobei auch die Plausibilität der Signale der verschiedenen
Sensoren überwacht
wird.
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Wenn
die Sicherheit des Lenksystems beim vorangehend beschriebenen Normalbetrieb
nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet
werden kann, werden die Stellmagnete der Ventile 17 und 18 stromlos geschaltet,
so daß das
Kolben-Zylinder-Aggregat 5 unter
allen Umständen
hydraulisch auf Freilauf geschaltet wird. Gleichzeitig wird auch
die Arretierung 9 für
die Offenstellung der Kupplung 6 unwirksam geschaltet (dies
wird weiter unten näher
dargestellt). Damit wird die Kupplung 6 durch das Federaggregat 7 geschlossen.
Somit sind das Lenkhandrad 11 und die lenkbaren Vorderräder 1 miteinander
zur Lenkverstellung mechanisch zwangsgekoppelt. Nunmehr kann also
das Fahrzeug in herkömmlicher
Weise mechanisch gelenkt werden.
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Soweit
bei Beendigung des Normalbetriebes noch hinreichende Restfunktionen
der Regelanordnung 23 zur Verfügung stehen, kann der Elektromotor 12 als
Servomotor eingesetzt werden. Dazu werden die von den Winkelsensoren 14 und 15 gelieferten
Signale ausgewertet, welche die jeweils auf das Lenkhandrad 11 ausgeübte Handkraft
wiedergeben. In Abhängigkeit
von dieser Handkraft wird nun der Elektromotor 12 von der
Regelanordnung 23 so gesteuert, daß eine mehr oder weniger starke
Verminderung der bei den jeweiligen Lenkmanövern ausgeübten Handkräfte erreicht wird.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
bei geschlossener Kupplung 6 und dadurch bewirkter mechanischer
Zwangskopplung von Lenkhandrad 11 und gelenkten Vorderrädern 1 das
Kolben-Zylinder-Aggregat 5 als
Servomotor zu betreiben. Dazu muß der Elektromagnet des Absperrventiles 17 unter Schließung dieses
Ventiles bestromt und das Regelventil 18 in Abhängigkeit
von den die Handkräfte
wiedergebenden Signalen der Winkelsensoren 14 und 15 mittels
der Regelung 23 derart betätigt werden, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine
die jeweils am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft vermindernde
Stellkraft erzeugt.
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2 zeigt
nun eine vorteilhafte Ausführungsform
der Kupplung 6, welche im Beispiel der 2 zusammen
mit dem Ritzel 4 sowie dem damit kämmenden Teil 3' der Zahnstange
in einer gemeinsamen Gehäuseanordnung 24 untergebracht
ist.
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Der
Kupplungseingang wird durch eine mit der Welle 10 (vgl. 1)
verbindbare Eingangswelle 25 und der Kupplungsausgang durch
eine einstückig mit
dem Ritzel 4 verbundene Ritzelwelle 26 gebildet. Beide
Wellen 25 und 26 sind einerseits im Gehäuse 24 und
andererseits aneinander drehgelagert, indem das der Ritzelwelle 26 zugewandte
Ende der Eingangswelle 25 eine gestufte Sackbohrung aufweist, die
ein Kugellager für
einen stirnseitigen Axialfortsatz der Ritzelwelle 26 aufnimmt.
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Im übrigen ist
an dem der Ritzelwelle 26 zugewandten Ende der Eingangswelle 25 ein
zur Ritzelwelle 26 hin offenes Hohlrad 27 angeordnet
bzw. ausgebildet, welches mit seiner in 2 nach links weisenden
Stirnseite axial am Gehäuse 25 drehgelagert
ist. Innerhalb des Hohlrades 27 sind erste Kupplungslamellen 28' axial verschiebbar,
jedoch relativ zum Hohlrad 27 undrehbar gehaltert. Weitere
Kupplungslamellen 28'' sind an dem
in das Hohlrad 27 hineinragenden Ende der Ritzelwelle 26 axial
verschiebbar, jedoch relativ zur Ritzelwelle 26 undrehbar
angeordnet. Die Lamellen 28' und 28'' folgen in Achsrichtung abwechselnd
aufeinander, wobei vor einer das Lamellenpaket abschließenden Andruckplatte 29,
die wie die weiteren Lamellen 28'' auf
der Ritzelwelle 26 axial verschiebbar und undrehbar angeordnet
ist, eine der ersten Lamellen 28' vorgesehen ist, während vor
dem scheibenförmigen
Teil des Hohlrades 27 eine der weiteren Lamellen 28'' angeordnet ist.
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Koaxial
zur Ritzelwelle 26 ist eine axial verschiebbare Spannhülse 30 angeordnet,
mit der eine Spannscheibe 31 axial gegen die Andruckplatte 29 vorschiebbar
ist. Zwischen Andruckplatte 29 und Spannscheibe 31 ist
ein Axiallager 32 angeordnet, so daß sich die Andruckplatte 29 zusammen
mit der Ritzelwelle 26 relativ zu Spannscheibe 31 sowie
zur Spannhülse 30 zu
drehen vermag.
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Die
Spannhülse 30 wird
von einem Tellerfederpaket 33, welches sich an einem gehäuseseitigen Widerlagerring 34 abstützt, gegen
die Lamellen 28' und 28'' gespannt. Der Widerlagerring 34 dient
auch dazu, eine Lagerschale eines Kugellagers 35 gehäuseseitig
unter Einwirkung der Kraft des Tellerfederpaketes 33 axial
festzuhalten. Dieses Lager 35, welches als Rillenkugellager
ausgebildet ist und dessen innere Lagerschale axial an der Ritzelwelle 26 fest gehaltert
ist, dient zur radialen und axialen Lagerung der Ritzelwelle 26.
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Koaxial
zur Spannhülse 30 ist
innerhalb des Gehäuses 24 eine
Widerlagerhülse 36 angeordnet, welche
an ihrem den Kupplungslamellen 28' und 28'' zugewandten
Ende an einer Ringstufe im Gehäuse 24 axial
abgestützt
ist. Die Widerlagerhülse 36 bildet eine
Lagerachse für
ein Schneckenrad 37, welches auf der Widerlagerhülse 36 radial
und auf seiner den Kupplungslamellen 28' und 28'' zugewandten
Stirnseite auf einer Ringstufe der Widerlagerhülse 36 axial gelagert
ist. Die von den Kupplungslamellen 28' und 28'' abgewandte
Stirnseite des Schneckenrades 37 ist gemäß 3 mit
einer Vielzahl wendelförmiger Rampen 38 versehen,
die eine sägezahnartige
stirnseitige Verzahnung des Schneckenrades 37 bilden. Die
Rampen 38 wirken mit gegengleichen Rampen 39 am
freien Ende eines zylinderförmigen
Fortsatzes 40 der Spannhülse 30 zusammen. Wenn
das Schneckenrad 37 aus seiner im Bild A der 3 dargestellten
Lage relativ zum Fortsatz 40 der im Gehäuse 24 axial verschiebbar
und undrehbar geführten
Spannhülse 30 in
die Lage gemäß Bild B
der 3 gedreht wird, werden der Fortsatz 40 und
damit die Spannhülse 30 zwangsläufig gegen
die Kraft des Tellerfederpaketes 33 axial verschoben, wobei
die Kupplungslamellen 28' und 28'' axial entlastet werden.
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In
der Lage der Rampen 38 und 39 gemäß Bild A
verbleibt zwischen den Rampen 38 und 39 ein gewisses
axiales Spiel, derart, daß die
Federkraft des Tellerfederpaketes 33 vollständig über die Spannhülse 30 sowie
die Spannscheibe 31 über
das Axiallager 32 auf die Andruckplatte 29 und
damit auf die Kupplungslamellen 28' und 28'' abgetragen
wird, die dementsprechend zwischen der Andruckplatte 29 und
dem Ringscheibenbereich des Hohlrades 27 axial zusammengepreßt werden.
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Das
Schneckenrad 37 besitzt an seinem Außenumfang eine Schneckenverzahnung,
die mit einer Schnecke 41 zusammenwirkt, welche ihrerseits von
einem elektrischen Getriebemotor 42 antreibbar ist. Vorzugsweise
sind die Schnecke 41 und das Schneckenrad 37 derart
ausgebildet, daß sie
selbsthemmungsfrei zusammenwirken können.
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Seitlich
am Gehäuse 24,
und zwar am Gehäuseteil
von Zahnstange 3' und
Ritzel 4, ist ein Riegelbolzen 43 vorgesehen,
welcher gegen die Kraft einer Rückstellfeder 44 in
eine Umfangsnut 30' an
der Spannhülse 30 einschiebbar
ist, wenn die Spannhülse 30 aus
der Lage in 2 gegen die Kraft des Tellerfederpaketes 33 in
die rechte Endlage verschoben wird. Dabei ist die Spannhülse 30 neben
der Nut 30' so
geformt bzw. ausgebildet, daß der
Riegelbolzen 43 nur seine in 2 dargestellte
Lage einnehmen kann, solange die vorgenannte rechte Endlage der Spannhülse 30 nicht
erreicht ist. Die Betätigung
des Riegelbolzens 43 gegen die Kraft der Rückstellfeder 44 kann
mittels eines Elektromagnetes 45 erfolgen, welcher zum
Vorschub des Riegelbolzens 43 in dessen Riegellage bestromt
werden muß.
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Anstelle
des Elektromagnetes 45 kann auch ein Magnetventil vorgesehen
sein, wenn der Riegelbolzen 43 fluidisch betätigt werden
soll. Hierbei ist vorgesehen, daß der Riegelbolzen 43 vom
Fluiddruck entlastet und damit von der Rückstellfeder 44 in
seine riegelunwirksame Lage gestellt wird, wenn der elektrische
Versorgungsstrom für
das Magnetventil abgeschaltet wird.
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Für den Normalbetrieb
des Lenksystems wird die Kupplung 6 geöffnet, indem das Schneckenrad 37 mit
seinen Rampen 38 in die Position gemäß Bild B der 3 gedreht
wird. Dazu wird der Getriebemotor 42 entsprechend betätigt. Sobald
die Spannhülse 30 dabei
ihre in 2 rechte Endlage erreicht, wird
der Elektromagnet 45 bestromt, so daß der Riegelbolzen 43 in
die Nut 30' der
Spannhülse 30 eingeschoben
wird. Der Elektromagnet 45 bleibt nunmehr bestromt, um
den Riegelbolzen 43 in der vorgenannten Lage zu halten.
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Nach
Einschub des Riegelbolzens 43 in die Nut 30' kann das Schneckenrad 37 mit
seinen Rampen 38 in die Lage des Bildes A der 3 zurückgestellt
werden, so daß sich
die Rampen 38 und 39 voneinander entfernen und
den Rampen 39 bzw. der Spannhülse 30 der Rückweg zum
Schließen
der Kupplung 6 freigegeben wird.
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Sollte
nun eine Störung
des Lenksystems auftreten, wird der elektrische Versorgungsstrom
für den
Elektromagnet 45 unterbrochen. Damit stellt die Rückstellfeder 44 den
Riegelbolzen 43 in seine Entriegelungslage zurück, und
das Tellerfederpaket 33 verschiebt die Spannhülse in die
in 2 dargestellte Lage, in der die Lamellen 28' und 28'' der Kupplung 6 aufeinandergepreßt werden
und die Kupplung 6 dementsprechend ihren Schließzustand
einnimmt, bei dem die Eingangswelle 25 und die Ritzelwelle 26 relativ
zueinander praktisch undrehbar gekuppelt gehalten werden. Bei dem
Rückhub
der Spannhülse 30 aus
der in 2 rechten Endlage in die linke Endlage erfolgt
keinerlei Drehung des Schneckenrades 37, falls dieses vorher
in die punktierte Lage gemäß Bild B
der 3 gebracht wurde. Dementsprechend braucht auch
der Elektromotor 42 nicht passiv gedreht zu werden.
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Sollte
das Schneckenrad 37 vor dem Rückhub der Spannhülse 30 in
die linke axiale Endlage die vorgenannte punktierte Lage im Bild
B der 3 noch nicht erreicht haben, wird das Schneckenrad 37 durch
Zusammenwirken der Rampen 38 und 39 beim Rückhub der
Spannhülse 37 zwangsläufig gedreht, wobei
dann der Motor 42 über
die Schnecke 41 mitgedreht wird. Dazu ist die Antriebsverbindung
von Motor 42 und Schneckenrad 37 hinreichend selbsthemmungsfrei.
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Abweichend
von der Darstellung der 3, in der die Rampen 38 und 39 als
miteinander zusammenwirkende Gleitflächen ausgebildet sind, kann
gemäß 4 auch
vorgesehen sein, Rampen 38' und 39' als Kugellaufbahnen
für eine
dazwischen angeordnete Kugel auszubilden. Dadurch kann die Reibung
vermindert werden.
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Die
Ausführungsform
der 5 und 6 zeigt, daß die Spannhülse 30 einstückig in
die Spannscheibe 31 übergehen
kann, wobei die Spannscheibe 31 nach Art eines Stirnflansches
an der Spannhülse 30 ausgebildet
sein kann.
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Auf
dem in 5 rechten Ende der Spannhülse 30 ist ein Ringteil 46 drehfest
angeordnet, welches z.B. mittels Axialnuten an seinem Innenumfang in
gegengleiche Axialnuten am Außenumfang
der Spannhülse 30 eingreift
und mittels eines Federringes 47 gesichert ist. Das Ringteil 46 besitzt
einen Umfangsflansch 46',
auf dessen in 5 nach links weisender Stirnseite
rampenförmige
Rollflächen
entsprechend den Rollflächen 39 der 4 angeordnet sind. Über zwischengeschaltete
Kugeln wirken die vorgenannten Rollflächen mit den Rollflächen 38 in 4 entsprechenden
Rollflächen
an einem Ring 48 zusammen, der mit dem Schneckenrad 37 drehfest verbunden
und auf seiner in 5 nach links weisenden Stirnseite
axial auf einem gehäuseseitigen
Ring 49 gelagert ist, welcher seinerseits an einer inneren Ringstufe
des Gehäuses 24 festgehalten
wird.
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Dementsprechend
kann die Spannhülse 30 wiederum
durch Drehung des Schneckenrades 37 gegen die Kraft des
Tellerfederpaketes 33 in 5 nach rechts
verschoben werden, wobei die Kupplung 6 geöffnet wird.
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Gemäß 6 kann
die Schnecke 41 einerseits mit einer elektromagnetischen
Bremse 50 zusammenwirken und andererseits über eine
elektromagnetische Kupplung 51 mit dem Elektromotor 42 kuppelbar
sein. Dabei ist die elektromagnetische Bremse 50 derart
ausgebildet, daß sie
bei elektrischer Bestromung wirksam wird und die Schnecke 41 praktisch
drehfest blockiert. Die elektromagnetische Kupplung 51 schließt bei elektrischer
Bestromung und öffnet,
sobald die elektrische Bestromung abgeschaltet wird.
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Zum Öffnen der
Kupplung 6 wird die Kupplung 51 bestromt, so daß eine Antriebsverbindung zwischen
der Schnecke 41 und dem Elektromotor 42 gegeben
ist, welcher nunmehr zum Antrieb der Schnecke 41 bestromt
wird. Damit wird das Schneckenrad 37 zusammen mit dem Ring 48 gedreht,
welcher dabei mit seinen schraubenförmigen stirnseitigen Flächen über Kugeln
mit entsprechend schraubenförmigen
Flächen
am Flansch 46' des
an der Spannhülse 30 befestigten
Ringteiles zusammenwirkt und die Spannhülse 30 in 5 nach
rechts verschiebt.
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Sobald
bei dieser Verschiebung ein Näherungssensor 52 anspricht,
wird die Bremse 50 bestromt, so daß die Spannhülse 30 in
ihrer dem geöffneten
Zustand der Kupplung 6 zugeordneten Lage durch Arretierung
des Schneckengetriebes festgehalten bleibt. Der Motor 42 sowie
die Kupplung 51 können
weiterhin bestromt bleiben, um den Zustand der geöffneten
Kupplung 61 zusätzlich
zu sichern.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich, den
Motor 42 und die Kupplung 51 nunmehr unbestromt
zu lassen und den Zustand der geöffneten Kupplung 6 allein
mittels der bestromten Bremse 50 aufrechtzuerhalten.
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Falls
im Falle einer Störung
des Lenksystems eine mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 11 und
gelenkten Fahrzeugrädern 1 hergestellt
werden soll, werden die Bremse 50 und die Kupplung 51 in
jedem Falle elektrisch stromlos geschaltet, so daß das Tellerfederpaket 33 die
Kupplung 6 schließen
kann, wobei die Schnecke 41 und das Schneckenrad 37 mitgedreht
werden, da diese Teile selbsthemmungsfrei ausgebildet sind.
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Ein
gegebenenfalls blockierter Motor 42 kann dabei keinerlei
Störung
verursachen.