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Elektromechanischer Verstärker für die Lenkung von gleislosen
Transportmitteln
Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen Verstärker für die Lenkung
(Servolenkung) von gleislosen Fahrzeugen wie Elektroflurförderzeugen, Elektromobilen,
Obussen u.a. die von einem Llektromotor über zwei mit der Lenkerelle fluchtenden,
gegenläufig rotierenden Lamellenkupplungen angetrieben werden. Das Einrücken der
einen oder anderen Kupplung erfolgt automatisch durch eine Schaltbuchse, die auf
der einen Seite mit dem Antriebsteil der Lenkspindel über ein mehrgängiges Bewegungsgewinde,
auf der anderen Seite mit dem Antriebsteil drr delle bzw. mit der Welle des Lenkgetriebes
über Keilnuten verbunden ist.
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Infolge des hohen Wirkungsgrads der mechanischen Kraftübertragung
verbrauch der elektromechanische Verstärker wesentlich
weniger elektrische
Energie, als ein hydraulischer Verstärker für die Lenkung mit dem gleichen Verstärkungser:fekt.
Diese Eigentümlichkeit macht ihn für batterieangetriebene Fahrzeuge besonders geeignet,
da hier der Verbrauch der verfügbaren L'nergie im Vordergrund steht.
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Bekannt ist ein mechanischer Verstärker für die Lenkung von gleislosen
Fahrzeugen mit zwei mit der -uenkwelle in' gleicher Flucht angeordneten gegenläufig
rotierenden Lamellenkupplungen, die vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs über eine
zusätzliche Welle mit Vorgelege angetrieben werden. iVormalerweise sind die Kupplungen
ausgerückt. Bei Links- und hechtsfanrt rückt die Verdrehung des Lenkrads die entsprechende
Kupplung ein, die einen Teil der Motorleistung auf die Lenkung überträgt. Die Lenktvelle
besteht aus zwei Teilen: Antriebsteil,an dem das Lenkrad befestigt ist und Abtriebsteil,
der mit der Lenkung verbunden ist. Die beiden Teile der Lenkwelle sind über Schraubenfedern,
die an einer besonderen Scheibe montiert und von den bei der Drehung des Lenkrads
auftretenden Tangentialkräften auf Druck beansprucht sind, elastisch miteinander
verbunden. , Die Federn sind so gewählt, dass sie sich zusammendrücken, wenn die
Kraft im Lenkrad 1 kp erreicht. Die beiden Teile der Lenkwelle verdrehen sich etwas
relativ zueinander, wobei der am Ende vorhandene Nocken auf eine Kugel je nach der
Drehrichtung des Lenkrads nach der einen oder anderen Richtung drückt. Die Kugel
verschiebt eine durch Keilnuten mit dem angetriebenen Teil der Welle verbundene
Scheibe, die die eine oder andere
i@upplung einrückt. Wenn, die
Kraft im Lenkrad unter 1 kp sinkt, führen die Federn der Scheibe, die die beiden
Teile der Lenkwelle miteinander verbindet, diese in die Normalstellung zurück und
der spiralige Nocken verschiebt mittels der Kugel die Schaltscheibe, die die entsprechende
Kupplung ausrückt. Die Kupplungslamellen werden in der Normalstellung durch darin
eingebaute Zedern ausgerückt gehalten. Dieser Lenkverstärker ist von kompliziertem
Aufbau, besitzt viele Einzelteile, zu deren Anfertigung technologisch aufwendige
Vorrichtungen erforderlich sind, was den Gestehungspreis des Erzeugnisses erhöht.
Es ist ferner ein elektromechanischer Lenkverstärker bekannt, bei dem die Verstärkungswirkung
durch zwei gegenläufig rotierende Trommeln erreicht wird, die von mit der Lenkwelle
verbundenen Bremsbändern umschlungen sind. Die Trommeln sind von einei:i eigenen
Motor über ein Vorgelege angetrieben. Beim Verdrehen des Lenkrads nach links oder
rechts legt sich das entsprechende Bremsband an eine der Trommeln und diese überträgt
das hotordrehnoment auf das Lenkgetriebe, was die Verdrehung der gelenkten:üaufräder
erleichtert. Nachteilig bei diesen Verstärkern ist der Umstand, dass die Bremsbänder
und Trommeln fast unter ständigem Schlupf arbeiten, was raschen Verscnleiss Jes
@@cib-elags zur Folge hat und bei häufigem Betrieb unter :i !:I1@#JPrE'n Bedingungen
(Rangierdienst) das Material erhitzt, `r:z#i8 eint: noch raschere Abnutzung verursacht.
Ein anderer Nachteil dieses Verstärkers ist die Tatsache, dass die Einric].tung
für die automatische Verstärkung bei Verdrehung des Lenkrads unabhängig
von
dem in der Kurve auftretenden Widerstand sofort einsetzt und daher den Elektromotor
ständig belastet. Dadurch steigt der Verbrauch an elektrischer Energie etwas an
und der Fahrer verliert das Gefühl für die Lenkung. Der Elektromotor wird beim Einstecken
des Schaltschlüssels sofort angelassen und arbeitet auf geraden Strecken im Leerlauf.
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Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromechanischen Verstärker
für die Lenkung von gleislosen Fahrzeugen zu schaffen, bei dem die oben angezeigten
Mängel der bekannten Verstärker weitgehend vermieden sind. Unter Verwendung des
an sich bekannten Schemas eines Verstärkers mit zwei gegenläufig rotierenden Lamellenkupplungen
ist nach der Erfindung die komplizierte Verbindung zwischen den beiden Teilen der
getrennten Lenkwelle und der komplizierte Einschaltmechanismus der Kupplungen umgangen,
wobei zu diesem Zweck lediglich eine einfache Schaltbuchse verwendet ist, welche
die beiden Teile der Lenkwelle verbindet, die angetriebenen Kupplungslamellen trägt,
sich bei der Verdrehung des Lenkrads nach der einen oder anderen Seite entsprechend
verschiebt und die jeweilige Kupplung einrückt. Die Schaltbuchse ist mit dem Antriebsteil
der Lenkwelle verbunden, der seinerseits über ein mehrgängiges Bewegungsgewinde
mit dem Lenkred in Verbinding steht. Mit dem -1".btriebsteil der Lenkwelle, der
das Lenkgetriebe bewegt, ist sie über Keilnuten verbunden. Die Reibungskupplungen
werden von einem besonderen Elektromotor über ein Getriebe mit zwei Abtriebsstufen
für die beiden Drehrichtungen dauernd gedreht. Die automatische Einstellung der
Reibungskraft zwischen den Abtriebs- und An,riebslamellen
der Kupplungen
und damit des Verstärkungsgrads des Verstärkers wird durch kegelige Scheiben oder
gewöhnliche Schraubenfedern in den Kupplungen erreicht. Das mehrgängige Gewinde,
das die Schaltbuchse mit dem Antriebsteil der Lenkwelle verbindet, ist so bemessen,
dass bei Verdrehung des Lenkrads mit einer Kraft unter 1,5 bis 2,5 kp auf die Buchse
keine so grosse Axialkraft übertragen wird, die imstande wäre, die Kraft der Federn
zu überwinden, welche die Kupplungslamellen trennt. Die Kupplungen bleiben ausgerückt
und die Schaltbuchse überträgt das Drehmoment vom Lenkrad ohne Hilfe der Kupplung.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In den einzelnen Figuren
ist dargestellt: Fig. 1 kinematisches Schema des Verstärkers; Fig. 2 schematische
Anordnung der Getrieberäder; Fig. 3 Längsschnitt durch den Verstärker.
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Der erfindungsgemässe Lenkverstärker wird von einem besonderen Motor
1 angetrieben, der über die Rutschkupplung 2 das Getriebe in Bewegung setzt. Letzteres
hat eine erste Stufe, bestehend aus den Zahnrädern 3 und ¢ und zwei zweite Stufen,
- Zahnräder 5 und 9 - für die eine, Zahnräder 7 und 8 für die andere Stufe. Das
Zwischenrad 6 ergibt die gegenläufige Drehung der beiden zweiten Stufen des Getriebes.
In den Zahnrädern 8 und 9 ist je eine Lamellenkupplung 10 und 11 angeordnet. Die
Antriebslamellen der Kupplungen sind mit den Zahnrädern 8 und 9 über Keilnuten
verbunden,
während die-Abtriebslamellen ebenfalls über Keilnuten mit .der Schaltbuchse 13 verbunden
sind. Die Federn 12 halten die Kupplungslamellen ausser Eingriff. In der beispielsweisen
Ausführung nach Abb. 3 sind kegelige Federscheiben vorgesehen, aber sie können auch
als Schraubendruckfedern ausgebildet sein. Die Federn 12 sind so gewählt, dass sie
sich zusammendrücken und einen Eingriff der Antriebs- mit den Abtriebslamellen der
Kupplungen 10 und 11 erst dann zulassen, wenn der Widerstand der gelenkten Laufräder
so gross wird, dass zu seiner Überwindung eine bestimmte, beispielsweise 1,5 bis
2,5 kp grosse Kraft am Lenkrad angreifen muss. Der Motor 1 treibt über ein Getriebe
der beschriebenen Art die Antriebslamellen der Kupplungen 10 und 11 in gegenläufigem
Sinn. Die Lenkwelle ist in zwei Teile geteilt: Antriebswelle 14 mit dem Lenkrad
verbunden und Abtriebswelle 15, die mit dem Lenkgetriebe 16 verbunden ist. Die.beiden
Teile der Lenkwelle sind mit der Schaltbuchse 13 miteinander verbunden, die über
ein mehrgängiges Bewegungsgewinde (Trapez-oder anderes geeignetes Gewinde) mit der
Antriebswelle 14, über Keilnuten mit der Abtriebswelle 15 verbunden ist. Etwa in
der Mitte ist die Schaltbuchse 13 mit einem flansch 13a versehen, durch den bei
axialer Verschiebung der Buchse nach links oder rechts je nach der Drehung des Lenkrads
die linke 10 oder rechte Kupplung 11 einge=rückt wird.
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Wenn das Fahrzeug geradeaus oder durch eine Kurve mit grossem Krümmungsradius
fährt, ist es zur Überwindung des auf die gelenkten Laufräder wirkenden Widerstands
nicht erforderlich, eine grössere Lenkkraft als etwa1,5 bis 2,5 kp aufzuwenden.
In diesem
Fall ist die Axialkraft im mehrgängigen Bewegungsgewinde,
das die Antriebswelle 14 mit der Schaltbuchse 13 verbindet, nicht genügend,um die
kraft der Federn 12 zu überwinden, so dass die' Kupplungen ausgerückt bleiben. Die
Lenkung- des Fahrzeugs erfolgt leicht, nur durch die Wirkung der Handkraft des Fr-hrers
auf das Lenkrad und auf die Lenkwelle 14 über die Schaltbuchse 13, die Antriebswelle
15 und das Lenkgetriebe 16. Der Motor 1 arbeitet im Leerlauf und verbraucht nur
wenig elektrische Energie Bei Fahrt in Kurven ist der Widerstand auf die gelenkten
Laufräder so gross, dass zu seiner Überwindung auf das Lenkrad eine Kraft aufzuwenden
ist, die grösser als der vorbestimmte Wert (1,5 bis --,5 kp) ist. Dann wird je nach
der Drehrichtung des le.nkrads im mehrgängigen Bewegungsgewinde, das die Antriebswelle
14 mit der Schaltbuchse 3 verbindet, eine Axialkraft in der einen eaer anderen Richtung
entstehen, die genügend gross ist, um die kraft der Federn 12' zu überwinden. Die
Antriebswelle 14 und die Schaltbuchse 13 verdrehen sich etwas gegeneinander, was
eine axiale Verschiebung der Buchsen entlang der Keilnuten der Antriebswelle 15
in der einen oder anderen Richtung zur Folge hat. Bei der Verschiebung drückt die
Buchse mit dem Flansch 13a die hntriebslamellen gegen die Abtriebslamellen der entsprechenden
Kupplung . Auf diese YI'eise kann vom Motor ein grösseres Drehmoment auf das Lenkgetriebe
übertragen werden. Der Verstärker wirkt so, dass bis zum völligen Eingriff zwischen
den Lamellen der. entsprechenden Kupplung, bei dem der Schlupf die vom Fahrer auf
das Lenkrad ausgeübte Kraft konstant (1,5 bis
2,5 kp) bleibt. Wenn
jedoch der Widerstand auf die gelenkten Laufräder weiter zunimmt, wobei die entsprechende
Kupplung ganz eingerückt ist, muss die Kraft auf das Lenkrad ebenfalls anwachsen
und zwar nach derselben Gesetzmässigkeit, nach der das Drehmoment des Motors bei
steigender Belastung zunimmt. Bei geeigneter Wahl der Notordaten und seiner Drehmomentkennlinie
kann man erreichen, dass bei grösstem Widerstand der gelenkten Laufräder (Wenden
auf der Stelle) die auf das Lenkrad aufzuwendende Kraft einen vorbestimmten Wert,
beispielsweise 10 bis 15 kp, nicht überschreitet.
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Wenn bei Geradeausfahrt oder in Kurven mit grossem Krümmungsradius
zufällig ein grosser Widerstand auftritt, beispielsweise infolge schlechter Fahrbahn,
entstehen in den gelenkten Laufrädern zusätzliche seitliche meist stossartige Gegenkräfte.
Wenn die zusätzlichen seitliäaen Gegenkräfte in Richtung gegen die Verschwenkung
der gelenkten Räder wirken, verursachen sie ein noch stärkeres Zusammendrücken der
Lamellen der eingerückten Kupplung und damit die Übertragung eines grösseren Moments
vom Motor her, der zur raschen Überwindung des zusätzlichen Widerstands beiträgt.
Wenn die zusätzlichen seitlichen Gegenkräfte in der Verschwenkungsrichtung der gelenkten
Laufräder wirken, vermag der Fahrer nicht so schnell die Verdrehung des Lenkrads
rückgängig zu machen, so dass die störende Wirkung auf umgekehrtem Weg die eingerückte
Kupplung aus-und die andere Kupplung einschaltet, die ein entgegengesetztes Drehmoment
liefert.
Durch eine besondere Mutter mit Hocken 18 und die Endschalter
1'I, wird der Motor 1 in der rechten und linken Endstellung der gelenkten Laufräder
ausgeschaltet, da in diesem Fall der Verstärker blockiert und der Motor durchbrennen
würde. Der erfindungsgemässe elektromechanische Lenkverstärker ist besondezsgeeignet
für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Infolge des sehr sparsamen Verbrauchs an
elektrischem Strom ist es sehr wirksam bei Fahrzeugen mit eigener Stromquelle -
Akkumulatorenbatterie u.a. Er kann aber genau so gut auch in Fahrzeugen mit anderen
Motorarten verwendet werden, wobei man eine eventuell vorhandene Batterie verwendet
oder aber deri Verstärker vom Fahrmotor über eine zusätzliche Kraftübertragung antreibt.