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Lenkhilfe, vorzugsweise für schwere Straßenkraftfahrzeuge Mit Patent
9II 699 sind Lenkhilfeeinrichtungen, vorzugsweise für schwere Straßenkraftfahrzeuge,
unter Schutz gestellt, bei denen durch die Verwendung von Axialkolbenpumpen bzw.
Pumpen mit verstellbarer Exzentrizität die für die Lenkung benötigte Hilfsenergie
nur dann aufgebracht werden muß, wenn eine solche zur Durchführung eines vom Steuerrad
des Fahrzeuges her eingeleiteten Lenkvorganges benötigt wird.
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Beim Betrieb von Kraftfahrzeugen werden in der Regel große Einschläge
der gelenkten Räder nur bei geringen Geschwindigkeiten und bei hohen Geschwindigkeiten
nur geringe Einschläge benötigt. Diesem Umstand tragen die bisher bekannten hydraulischen
Lenkhilfeeinrichtungen nicht Rechnung, da die von der Pumpe geförderte Menge an
Druckflüssigkeit (Drucköl) durch die Kupplung der Pumpe mit der Antriebsmaschine
drehzahlabhängig ist. Dadurch werden bei hohen Motordrehzahlen, also insbesondere
auch höheren Geschwindigkeiten, die maximalen Mengen an Druckflüssigkeit in einem
Betriebszustand gefördert, bei dem sie nicht erforderlich sind, während bei geringen
Geschwindigkeiten und geringen Motordrehzahlen die erforderliche Druckflüssigkeitsmerige
für größere Lenkeinschläge nur dadurch
aufgebracht werden kann,
daß die Pumpe auf diese Mindestbedingungen dimensioniert, also für den übrigen Betriebsbereich
überdimensioniert wird.
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Zur Behebung dieses Nachteiles ist schon vorgeschlagen worden, einen
Regulator in den Druckmittelkreislauf einzubauen, durch welchen bei einer vorbestimmten
Geschwindigkeit des Fahrzeuges die Lenkverstärkung ausgeschaltet wird. Diese Ausschaltung
des Verstärkers wird beispielsweise durch die Anordnung eines Verteilerventils und
einer in Abhängigkeit von der Motordrehzahl arbeitenden Pumpe erhalten, deren Druckraum
einmal mit dem Flüssigkeitsbehälter und zum anderen mit dem Verteilerventil in Versbindung
steht. Ferner ist in der von der zusätzlich angeordneten Pumpe zu dem Flüssigkeitsbehälter
führenden Leitung eine Drosselstelle vorgesehen, die zwar bei geringen Fördermengen
keine Behinderung des Druckmitteldurchflusses bewirkt, jedoch bei großen Fördermengen
entsprechend einer größeren Motordrehzahl den Abfluß nach dem Behälter hin drosselt,
so daß ein Teil des geförderten Druckmittels in die zu dem Steuerventil führende
Leitung geleitet wird und eine Beaufschlagung des Steuerschiebers des Ventils bewirkt.
Infolge dieser Druckbeaufschlagung wird der Steuerschieber verschoben, wodurch die
Verbindung zwischen der die Servokraft erzeugenden Pumpe und dem Kraftorgan unterbrochen
und die zu dem Behälter freigegeben wird. Es wird also das von der Pumpe geförderte
Druckmittel unmittelbar dem Behälter zugeführt und somit das Zustandekommen einer
Servokraft und damit einer Lenkverstärkung verhindert. Diese Lenkvorrichtung weist
den Nachteil auf, daß nur bis zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit eine Lenkverstärkung
erfolgt und danach jede Verstärkung unterbleibt. Hierdurch ist aber eine Lenkhilfe
bei Vorkommnissen, bei denen sie dringend benötigt wird, wie beispielsweise bei
Platzen eines Vorderreifens bei hoher Geschwindigkeit oder Überfahren einer größeren
Bodenunebenheit, nicht gegeben.
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Ferner sind auch Hilfskraftlenkungen bekanntgeworden, bei denen der
zuletztgenannte Nachteil durch Verwendung einer Pumpe, deren Fördermenge eine Verringerung
mit zunehmender Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit aufweist, behoben wird. Diese
Pumpe wird dabei vom Motor über ein zwischen die Kardanwelle des Fahrzeuges und
die Pumpe geschaltetes Umlaufrädergetritbe in der Weise angetrieben, daß zwischen
dem mit dem Motor verbundenen Antriebszahnrad, dessen Welle mit der Pumpe in Verbindung
steht, und einem mittelbar mit der Kardanwelle verbundenen, innenverzahnten Rad
ein mit diesen im Eingriff stehendes Umlaufrad angeordnet ist, dessen Trägerteil
mit der Pumpe in Verbindung steht. Die Pumpe ist dabei derart dimensioniert, daß
sie bei Leerlauf des Motors über das Antriebszahnrad mit einer Geschwindigkeit,
die den für die Betätigung der hydraulischen Steuervorrichtung erforderlichen Höchstdruck
ergibt, angetrieben wird. Bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges wird das mit der Kardanwelle
verbundene, innenverzahnte Rad entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Antriebsrades
gedreht, wodurch die Drehzahl und damit die Fördermenge der Pumpe entsprechend der
Geschwindigkeitszunahme verringert wird.
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Die Erfindung stellt eine weitere Ausbildung des Patents 911 699 dar
und besteht darin, die an sich bekannte Maßnahme, nämlich mit zunehmender Drehzahl
des Motors bzw. mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit eine Verringerung der Fördermenge
des Druckmittels zu erzielen, auf Hilfskraftlenkungen zu übertragen, bei denen zur
Erzeugung des erforderlichen Druckes eine Pumpe mit verstellbarer Exzentrizität
oder eine axiale Kolbenpumpe mit verstellbarem Schwenkwinkel dient. Gemäß der Erfindung
wird dazu in Vorschlag gebracht, die Exzentrizität bzw. den Schwenkwinkel derart
zu steuern, daß mit zunehmender Drehzahl der Pumpe die Exzentrizität bzw. der Schwenkwinkel
verkleinert wird. Durch diese Erfindung wird also bei Hilfskraftlenkungen gemäß
dem Hauptpatent eine Abhängigkeit der wirksam werdenden Hilfskraft entweder von
der Drehzahl des Motors oder der Geschwindigkeitszunahme des Fahrzeuges erhalten.
Die möglichen Ausführungsformen einer solchen Steuervorrichtung sind vielfältig;
es sind deshalb zwei Ausführungsbeispiele ausgewählt worden, an Hand deren eine
Erläuterung des Prinzips erfolgt.
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In Abb. I wirkt das Lenkrad I über die Lenksäule 2 auf eine Steuereinrichtung
3, die, wie bereits im Bau von Lenkhilfeeinrichtungen bekannt, dadurch wirkt, daß
mit Drehen der Lenksäule 2 gegenüber dem Abtrieb zur Lenkschnecke Ventile oder Drosselquerschnitte
in einem von Drucköl durchflossenen Kreislauf so verändert werden, daß durch entstehende
Druckdifferenzen zwischen Vorlauf und Rücklauf die gewünschte Beeinflussung der
Steueraggregate der Lenkhilfeeinrichtung erfolgt. Im vorliegenden Falle ist angenommen,
daß an die Schmierölpumpe 4 des Motors 5 z. B. hinter dem Überströmventil ein Nebenkreislauf
über die Leitungen 7 (Vorlaufleitung) und 8 (Rücklaufleitung) angeschlossen ist.
An diese Leitungen ist über die bereits genannte Steuereinrichtung 3, Vorlauf 9
und Rücklauf Io - bzw. Vorlauf Io und Rücklauf 9 je nach Drehrichtung am Lenkrad
I und damit Lenkrichtung - ein Schwenkzylinder II angeschlossen. Wird durch Betätigung
des Lenkrades I und Veränderung der Drosselquerschnitte in der Steuereinrichtung
3 Öl aus dem Ölkreislauf des Motors über die Leitungen 7 und 9 in den Schwenkzylinder
II gefördert und wird dem Rücklauf über Leitung 8 in der Steuereinrichtung 3 erhöhter
(drosselnder) Widerstand entgegengesetzt, so -wird der Kolben in dem Schwenkzylinder
ii gegen die Federn 12 herausgesc'hoben oder hineingezogen, je nachdem ob der Lenkeinschlag
nach rechts oder nach links erfolgt, und damit die eigentliche Pumpe *6 für die
Betätigung der Lenkhilfe, die .hier als Axialkolbenpumpe gezeichnet ist, aus ihrer
Mittellage über die Schubstange mit Gabel 13 herausgeschwenkt: Die vom Motor 5 über
den Keilriemen 14 angetriebene Pumpe 6 wird nunmehr
eine dem Schwenkwinkel
entsprechende Menge Drucköl vor die Arbeitskolben der Lenkhilfeeinrichtung fördern,
solange der Schwenkwinkel durch die drehende Kraft am Lenkrad I und demzufolge die
Einstellung in der Steuereinrichtung 3 aufrechterhalten bleibt. Bei dieser Anordnung
besteht noch der eingangs geschilderte Nachteil, daß die Förderleistung je Umdrehung
der Pumpe 6 nur von dem Kolbenhub im Zylinder II durch die dementsprechende Festlegung
des Schwenkwinkels bestimmt ist und daß demzufolge die Förderleistung bei zunehmender
Fahrgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl zunimmt, und umgekehrt. Der Förderdruck der
Pumpe 4 kann im Betrieb des Fahrzeuges als konstant angenommen werden, da ein gewisser,
durch ein Überströmventil eingestellter Öldruck im Motor immer aufrechterhalten
bleiben Muß. Bei Ausfall der Pumpe 4 ist auch der Motor nicht mehr betriebsfähig,
ein Fall, der für die Betriebssicherheit der Lenkhilfe kaum Bedeutung haben wird.
Um zu erreichen, daß die Förderleistung der Pumpe 6 bei geringeren Drehzahlen, auf
eine Umdrehung bezogen, zunimmt und bei höheren Drehzahlen abnimmt, muß der Schwenkwinkel
der Pumpe 6 drehzahl- bzw. fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig beeinflußt werden. Dies
kann, wie in Abb. I gezeigt, z. B. dadurch erfolgen, daß an die Pumpe 4 die Zweigleitung
I5 zu einem Hilfszylinder I6 mit Kolben angeschlossen ist. Der Kolben wird bei Betriebsruhe,
also fehlendem Drück in der Leitung I5, durch eine Feder I7 nach links gedrückt
und damit über die Stange I8 die bereits erwähnte Gabelstange I3 um den Schwenkpunkt
an der Kolbenstange I9 in der äußersten linken Stellung gehalten. In dieser Stellung
ist bei geringen Drehzahlen und demzufolge geringem Druck in der Leitung I5 und
am Kolben im Hilfszylinder I6, bei dem der Schwenkzylinder II schon arbeitet, der
Schwenkwinkel der Pumpe 6 je Millimeter Hub des Kolbens im Zylinder II am größten.
Hinter dem Hilfszylinder I6 ist eine Drosselbohrung 2o geschaltet, über die das
Drucköl aus dem Hilfszylinder I6 über die Rücklaufleitungen 2I und 8 der Pumpe 4
wieder zuströmt. Diese Drosselbohrung 2o ist so bemessen, daß sie den Aufbau eines
Druckes im Hilfszylinder I6, der geeignet ist, den Druck der Feder I7 zu überwinden,
erst gestattet, wenn der volle Druck im Schmierölkreislauf des Motors 5 erreicht
ist und die über das Überströmventil im Motor geförderten, für die Schmierung nicht
benötigten Ölmengen mit steigender Motordrehzahl zunehmen und hier den Aufbau eines
gewissen zusätzlichen Druckes ermöglichen, der dann in Verbindung mit der Drosselbahrung
2o den Kolben im Zylinder I6 mit der Stange I8 gegen die Feder I7 nach rechts verschiebt
und damit die Stange I3 ebenfalls nach rechts verschwenkt, wodurch der Schwenkwinkel
der Pumpe 6 je Millimeter Kolbenhub des Kolbens im Zylinder II entsprechend der
größer werdenden Übersetzung vom Angriffspunkt der Stange I3 zum Drehpunkt des drehbaren
Teils der Pumpe 6 verkleinert wird. Hilfszylinder I6 und Kolben können auch zwischen
die Druckölleitungen 3o geschaltet werden, wenn die Drosselbohrung 2o fortfällt
und die Leitungsquerschnitte so gewählt werden, daß eine Kurzschlußwirkung der Arbeitsölleitungen
3o vermieden ist.
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Mit anderen Worten: Bei geringer Motordrehzahl und daher geringer
Förderleistung der Pumpe 4 kann sich im Hilfszylinder I6 kein Verstelldruck aufbauen,
da die geringen umlaufenden Ölmengen in der Drosselbohrung 2o nicht genügend gestaut
werden. Der Schubhebel I3 wird also durch die Feder I7 im Hilfszylinder I6 in der
linken Endstellung gehalten, in der der Schwenkwinkel der Pumpe 6 je Millimeter
Kolbenhub im Zylinder II am größten ist. Mit zunehmender Motordrehzahl entsprechend
zunehmender Fahrgeschwindigkeit wird - im Interesse einer Anpassung der Förderleistung
der Pumpe 6 an die Bedürfnisse der Lenkhilfeeinrichtung - nach Erreichen des durch
das Überströmventil im Schmierölkreislauf des Motors bestimmten Druckes durch die
ständig größer werdende Menge des dort überströmenden Öls auch in der Leitung I5
ein Druck aufgebaut, der über den Hilfszylinder und die Stange I8 die Schubstange
I3 in der beschriebenen Weise nach rechts verschiebt und damit den Schwenkwinkel
der Pumpe 6 je Millimeter Kolbenhub im Zylinder II verkleinert und damit wieder
die Fördermenge der Pumpe 6 je Umdrehung verringert.
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Will man die Schwenkbewegung der Pumpe 6 nicht motordrehzahlabhängig,
sondern fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig steuern, so muß man das dem Motor nachgeschaltete
Fahrzeuggetriebe berücksichtigen. Es bestehen dann verschiedene Möglichkeiten der
Beeinflussung. Entweder wird die Drosselbohrung 2o fahrgeschwindigkeitsabhängig
z. B. vom Tachometerantrieb her so beeinflußt, daß sie mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit
kleiner wird, oder die Leitungen 7, 8 und I5 werden nicht an die Motorschmierölpumpe
angeschlossen, sondern an eine kleine eigens zu diesem Zweck vorgesehene Druckölpumpe,
die z. B. vom Tachometerantrieb des Getriebes her mit angetrieben wird. Die Wirkungsweise
der Gesamtanordnung bleibt im übrigen unverändert.
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Eine ähnliche Wirkung kann auch an Stelle des Hilfszylinders I6 über
einen kleinen Fliehkraftregler erreicht werden (Abt. 2). Ordnet man auf der Antriebswelle
der Pumpe 6 einen Fliehkraftregler 22 an, der gegen eine Feder 23 arbeitet, und
verbindet man die Verstellmuffe 24 des Flichkraftreglers über das Gestänge 25 und
26 mit der Schubstange 13, so wird .mit zunehmender Drehzahl der Pumpenwelle der
Pumpe 6 der Fliehkraftregler 22 die Verstellmuffe 24 gegen die Feder 23 nach rechts
verschieben und über das Gestänge 25 und 26 der Angriffspunkt der Schubstange 13
ebenfalls nach rechts verschoben, wodurch wiederum je Millimeter Verstellweg im
Zylinder i i der Schwenkwinkel der Pumpe 6 verkleinert wird. Will man bei einer
solchen Anordnung rein fahrgeschwindigkeitsabhängig
die Fördermenge
der Pumpe 6 steuern, so kann man die Pumpe 6, statt sie vom Motor direkt anzutreiben,
von dem Getriebe, den Achsen oder Rädern her antreiben, so das Fahrgeschwindigkeit
und Pumpendrehzahl immer proportional bleiben.
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Mit den vorbeschriebenen Einrichtungen ist es also möglich, über einen
großen Betriebsbereich bei abnehmender Motordrehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit z.
B. bei Langsamfahrt eine zumindest gleichbleibende Förderleistung der Pumpe 6 oder
je nach Abstimmung der steuernden Elemente auch eine zunehmende, dem Lenkbedürfnis
besser angepaßte Förderleistung der Pumpe 6 zu erwirken.
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Damit bei fehlendem Öldruck in den Leitungen 7 und I5 oder bei sonstigen
Mängeln das Lenkrad I mit nachgeschalteter Steuerschnecke die Handlenkung im Interesse
der Sicherheit stets bedienbar bleibt, kann in der Pumpe 6 oder - wie in Abb. I
als Beispiel gezeigt - zwischen den Öldruckleitungen 3o zum Arbeitskolben der Lenkhilfe
über das Ventil 27 im Kurzschluß geschaltet werden. Das Ventil 27 wird von dem über
die Leitung 29 an die Druckleitung 7 angeschlossenen Hilfszylinder 28 mit Kolben
und Rückstelllfeder in dem Augenblick geschlossen, in dem sich in der Leitung 7
ein Druck aufbaut. Auch an dem Schwenkwinkel der Pumpe 6 kann das Ventil 27 angeschlossen
werden, so daß sich bei Nullstellung der Pumpe 6 das Ventil 7 und damit der Kurzschluß
öffnet, beim Verschwenken und damit Beginn der Druckölförderung der Pumpe 6 dagegen
schließt.