Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkeinrichtung

^• 5 für Kraftfahrzeuge, die aus einer durch ein Lenkhandrad antreibbaren Lenkspindel mit einem Lenkgetriebe besteht. Die Hilfskraft wirkt als Drehmoment für jede Drehrichtung getrennt auf jeweils eine Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtungen stellen über ein Untersetzungsgetriebe 0 eine Antriebsverbindung von einer in nur einer Richtung drehenden Hilfsantriebsquelle zu einer in das Lenkgetriebe eintreibenden Abtriebswelle her.

Eine Hilfskraftlenkung in der vorbeschriebenen Bauart 5 ist z. B. aus der DE 27 46 919 AI bekannt. Ein Elektromotor wirkt hier über ein Schneckenrad und einen Freilauf auf ein Kegelritzel. Das Kegelritzel treibt zwei Kegelräder gegenläufig an, die jeweils mit Kupplungstrommeln verbunden sind. Weiterhin sind mit den Kupplungstrommeln 0 zusammenwirkende und mit den Lenkspindeln verbundene Kupplungsbacken vorgesehen, die beim Einleiten einer Drehbewegung am Lenkhandrad ein Backenpaar in die in der gleichen Drehrichtung angetriebene Kupplungstrommel pressen. Auf diese Weise läßt sich die manuelle Drehbewegung durch den 5 Elektromotor unterstützen, wobei sich die Höhe der Unterstützung proportional zum Lenkwiderstand verhält, der auf die gelenkten Räder einwirkt.

An den mit Reibbelägen arbeitenden Kupplungselementen

30 können bei Trockenlauf erhebliche Reibwertschwankungen auftreten, so daß unter Umständen das Lenkverhalten in den Lenkrichtungen unterschiedlich beeinflußt wird. Außerdem sind bei den vorgesehenen HebelVerhältnissen der Kupplungsbacken die Verstellwege verhältnismäßig lang, woraus sich ein

35 verzögertes Ansprechverhalten ergibt. Durch die verwickelte

Bauweise der Kupplungselemente radial zur Lenkspindel ergibt sich ein verhältnismäßig großer Einbauraum. Schließlich findet zur verdrehweichen Verbindung der beiden Lenkspindelteile ein verhältnismäßig teuerer Drehstab Verwendung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine preisgünstige, elektrisch unterstützte Lenkanlage zu finden, bei welcher die Einleitung der Hilfskraft gleichmäßig und ohne Verzögerung in Abhängigkeit von der eingeleiteten Handkraft erfolgt. Eine weitere Forderung besteht darin, die Lenkanlage auch unter beengten Raumverhältnissen unterzubringen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Hautanspruch wiedergegebe .

Die Erfindung besteht darin, daß als Kupplungseinrichtungen in einem gemeinsamen Käfig geführte, in beiden Drehrichtungen wirkende Klemmkörper vorgesehen sind und daß die Klemmkörper auf eine gemeinsame, in Funktionsabschnitte unterteilte und geschlitzte Klemmhülse einwirken. Die Klemmhülse liegt mit geringem Abstand innerhalb von zwei durch das Untersetzungsgetriebe in unterschiedlichen Drehrichtungen angetriebenen Kupplungsnaben. Die Kupplungseinrichtung arbeitet dabei so, daß bei einer Lenkbewegung in Abhängigkeit vom Lenkmoment am Lenkhandrad durch die Klemmkörper eine polygonale Aufspreizung einer der beiden Funktionsabschnitte der Klemmhülse gegen die eine oder andere Kupplungsnabe erfolgt. Diese Aufspreizung erzielt man durch Klemmschrägen am Innendurchmesser der Klemmhülse, auf denen die Klemmkörper auflaufen. Die Klemmhülse überträgt das Hilfsmoment, z. B. eines Elektromotors, in beiden Drehrichtungen auf die Abtriebswelle.

Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung arbeitet mit kleinen Verstellwegen, so daß das Hilfsmoment ohne Ansprechverzögerung in den Abtriebsteil der Lenkspindel eingeleitet werden kann. Da die Kupplungseinrichtung in einem Schmiermittel läuft, erhält man gleichmäßige Reibkräfte bei geringstem Verschleiß. Darüber hinaus läßt sich durch die platzsparende Bauweise der Kupplungselemente eine gedrungene Außenform erzielen, so daß sich die Lenkanlage auch in kleineren Fahrzeugen verwenden läßt.

Die Unteransprüche befassen sich mit der weiteren Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung und zweckmäßigen Ausführungsformen.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische

Hilfskraftlenkung mit manueller Ansteuerung, bei der die Hilfseinheit in die Lenkung integriert ist;

Fig. 2 einen verkleinerten Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen verkleinerten Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt, in dem die Kupplungseinrichtungen für Links- und Rechtsfahrt in einer gedachten gemeinsamen Zeichnungsebene in GeradeausfahrtStellung gezeichnet sind;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilquerschnitt der einen Kupplungseinrichtung entsprechend Fig. 2 beim Lenken nach links;

Fig. 6 einen vergrößerten Teilquerschnitt der anderen Kupplungseinrichtung entsprechend der Linie VI-VI in Fig. 1 beim Lenken nach rechts;

Fig. 7 verschiedene Ausfuhrungsformen für die bis 10 Klemmhülse in teilweisen Abwicklungen;

Fig. 11 eine weitere Ausfuhrungsform für eine Kupplungseinrichtung;

Fig. 12 die zu der Kupplungseinrichtung nach Fig. 11 gehörende Klemmhülse in einer teilweisen Abwicklung;

Fig. 13 eine Ausfuhrungsform einer

Kupplungseinrichtung mit nur einer Reihe von Kupplungskörpern;

Fig. 14 eine teilweise Abwicklung der zugehörigen Klemmhülse und

Fig. 15 eine weitere Ausfuhrungsform im Teilquerschnitt entsprechend Fig. 4, jedoch mit zusätzlichen axialen Stegen an der Reibfläche der Klemm¬ hülse.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch um die Lenkspindel gruppierte Klemmkörper, je nach Drehrichtung, zwei voneinander unabhängige Kupplungsnaben mit einer Klemmhülse zu koppeln, die in beiden Drehrichtungen wirksam ist. Die Klemmhülse stellt also über die Kupplungsnaben eine Verbindung von einer die Hilfkraft liefernden Antriebsquelle zum Lenkgetriebe her.

In Fig. 1 steht eine mit einem nicht gezeichneten Lenkhandrad verbundene Lenkspindel 1 über Kupplungseinrichtungen 2 mit einer Abtriebswelle 3 in Verbindung. Die Abtriebswelle 3 ist Teil eines Lenkgetriebes 4, im vorliegenden Falle eines aus einem Ritzel 5, einer Zahnstange 6 und einer Andrückvorrichtung 7 bestehenden Zahnstangenlenkgetrieb.es. Zwischen der Lenkspindel 1 und der Abtriebswelle 3 sitzt zum axialen Spielausgleich eine Feder 8. Die Axialkräfte lassen sich somit in Wälzlagern 10 und 11 aufnehmen, die zugleich das Ritzel 5 bzw« die Lenkspindel 1 radial abstützen. Ein weiteres Radialwälzlager 19 stützt die mit dem Ritzel 5 fest verbundene Abtriebswelle 3 und die auf der Abtriebswelle 3 gelagerte Lenkspindel 1 ab. An einem verdickten Teil der Lenkspindel 1 sind Aussparungen 9 angeordnet, die mit einem gewissen Verdrehspiel in Mitnehmer der Abtriebswelle 3 eingreifen. Die Feder 8 läßt ein solches Verdreh- oder Steuerspiel zu, die sich dabei geringfügig in sich verdreht.

Nach Fig. 2 und 3 treibt eine die Hilfskraft liefernde Antriebsquelle, z. B. ein Elektromotor 12, über ein Stirnräderpaar 13 und 14 zwei Schneckengetriebe 15 und 16 gegenläufig an. Jedes Schneckengetriebe besteht aus einem Ritzel 17 bzw. 18, welches mit einem Rad 20 bzw. 21 in Eingriff steht. Jedes Rad 20 und 21 ist mit einer Kupplungsnabe 22 bzw. 23 verbunden (Fig. 1). Die Kupplungsnaben 22 bzw. 23 stützen sich in- Schräglagern 24 und 25 ab. Zwischen den beiden Kupplungsnaben 22 und 23

befindet sich ein sogenanntes Spreizlager 26, welches für eine spielfreie axiale Anlage der Kupplungsnaben in den Schräglagern 24 und 25 sorgt. Die für jede Lenkrichtung getrennten Kupplungseinrichtungen bestehen neben den Kupplungsnaben 22 und 23 aus einer in zwei

Funktionsabschnitte A und B unterteilten Klemmhülse 27, aus zwei Reihen von Klemmkorpern 28 und 30, einem gemeinsamen Käfig 31 sowie aus mehreren Laufflächen 32 für die Klemmkörper (Fig. 5 bis 7). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der verdickte Teil der Lenkspindel 1 ein Sechskant-Profil, dessen Flächen als Laufflächen 32 genutzt werden. Die Klemmkörper 28 und 30 sind in dem gemeinsamen Käfig 31 gehalten. Die Klemmhülse 27 umgreift die beiden Reihen von Klemmkörpern 28 und 30 glockenartig. Zwischen der Klemmhülse 27 und den beiden Kupplungsnaben 22 und 23 verbleibt ein Spiel "S" (Fig. 4). Die Klemmhülse 27 ist zweckmäßig mit einer Kerbverzahnung 34 auf der Abtriebswelle 3 befestigt. Die Klemmhülse 27 kann man auch als zylindrisches Bauteil ohne den glockenartigen Ansatz ausführen. In diesem Fall sieht man einen entsprechend großen Bund an der Abtriebswelle 3 vor, der sich an das zylindrische Bauteil (Klemmhülse 27) anflanschen läßt.

Die Funktionsabschnitte A und B der Klemmhülse 27 haben in entgegengesetzten Richtungen angelegte Klemmschrägen 35 und 36. Der Neigungswinkel der Klemmschrägen 35 mit den zugehörigen Klemmkorpern 28 ist aus Fig. 5 für einen Lenkausschlag nach links und der Neigungswinkel der Klemmschrägen für die Klemmkörper 30 für einen Lenkausschlag nach rechts aus Fig. 6 ersichtlich.

Füllt man einen Einbauraum der Kupplungseinrichtungen 2 mit einem Schmiermittel, so erzielt man eine verschleißarme Kraftübertragung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist es vorteilhaft, in die Kupplungsnaben 22 und 23 im Bereich der • Funktionsabschnitte A und B der Klemmhülse 27 Schmiernuten 38 bzw. 39 einzuarbeiten. Diese Schmiermiten sorgen für ein

schnelles Verdrängen des vorhandenen Schmiermittelkeiles. Man erhält auf diese Weise einen höheren Reibwert und ein gleichmäßiges Einleiten des Hilfsmoments.

Die Fig. 7 zeigt die Klemmhülse 27 nach Fig. 1 in der Abwicklung. Die Klemmhülse 27 hat über den Umfang verteilt drei Reihen von Schlitzen 40, 41 und 42. Die Schlitze 40 und 41 liegen auf gleicher Höhe, während die Schlitze 42 zu den vorgenannten Schlitzen versetzt angeordnet sind. Die Schlitze 40 und 41 schließen den Funktionsabschnitt A zwischen sich ein, während die Schlitze 42 und ein äußerer Rand 37 der Klemmhülse den Funktionsabschnitt B bilden. Zwischen den nahe beieinanderliegenden Schlitzen 41 und 42 liegt eine neutrale Zone C. Die Schlitzreihen 40, 41, 42 liegen so zueinander, daß die Funktionsabschnitte A und B in radialer Richtung durch eine polygonale Verformung voneinander abgekoppelt, jedoch in Umfangsrichtung starr miteinander verbunden sind. Die Klemmkörper 28 liegen in der Mitte der Schlitze 40 und 41 und die Klemmkörper 30 liegen versetzt zu den Klemmkorpern 28 zwischen den Schlitzen 42 und dem Rand 37. Die Klemmkörper 28 und 30 laufen im Innendurchmesser der Klemmhülse 27 in den entsprechenden Klemmschrägen 35 bzw. 36.

Die Hilfskraftlenkung arbeitet wie folgt: Die Fig. 4 zeigt die Stellung für die Geradeausfahrt. Dabei befinden sich die in derselben Zeichnungsebene dargestellten Klemmkörper 28 und 30 in ihrer neutralen Mittenstellung. Die Klemmhülse 27 hält dabei an ihrem gesamten Umfang gegenüber den beiden Kupplungsnaben 22 und 23 das mit "S" bezeichnete Spiel ein. Eine Kraftübertragung von der Klemmhülse 27 auf eine der beiden Kupplungsnaben 22 bzw. 23 kann demnach nicht stattfinden.

Leitet der Fahrer am Lenkhandrad entsprechend Fig. 5 durch Linksdrehen ein Drehmoment in die Lenkspindel 1 ein, dann stellen sich die Laufflächen 32 der Lenkspindel 1 in Pfeilrichtung an. Die Klemmkörper 28 drücken sich in die Klemmschrägen 35, wobei ein Steuerweg "W" zurückgelegt wird. Der mit A bezeichnete Funktionsabschnitt der Klemmhülse 27 weitet sich dabei über den Klemmkörpern 28 auf. Die Klemmhülse 27 preßt sich dabei in die vom Elektromotor 12 in der entsprechenden Drehrichtung angetriebene Kupplungsnabe 22 hinein. Die Hilfskraft läßt sich somit über die Klemmhülse 27 in die Abtriebswelle 3 und über das Lenkgetriebe 4 in die gelenkten Räder einleiten. Bei diesem Vorgang ist zu beachten, daß nur der Funktionsabschnitt A der Klemmhülse 27 wirksam ist. Von der neutralen Zone C ab erfolgt keine weitere Verformung, sondern diese erhält wegen der besonderen Anordnung der Schlitze 40, 41, 42 ihr Spiel "S" in bezug auf die Kupplungsnabe 23 bei. Übt der Fahrer keine Lenkkraft mehr aus, dann rollen die Klemmkörper 28 in ihre Mittenstellung (Fig. 4) zurück, d. h., die Lenkung bewegt sich 0 wieder in die Neutrallage. Die Klemmkörper 28 übernehmen also die Funktion eines sonst üblichen Drehstabes.

Beim Drehen des Lenkhandrades nach rechts weitet sich die Klemmhülse 27 in ihrem Funktionsabschnitt B durch die 5 dann wirksamen Klemmkörper 30 polygonal in die Kupplungsnabe 23 auf, wie aus Fig. 6 näher zu ersehen ist. Da das Schneckengetriebe 16 die Kupplungsnabe 23 in der Gegenrichtung antreibt, dreht die Klemmhülse 27 zusammen mit der Abtriebswelle 3 in der durch die Pfeile angegebenen (1 ^W Richtung an.

Falls der Elektromotor 12 aufgrund einer Störung ausfallen sollte, läßt sich dieser mit Hilfe eines nicht sichtbaren Freilaufs vom Lenkungssträng entkoppeln. Der ⁵ Fahrer muß dann den Elektromotor bei einer Lenkbewegung nicht mit erhöhtem Kraftaufwand mitdrehen. Das gesamte

Drehmoment wird nach Überwinden des durch die Mitnehmer 9 geschaffenen Verdrehspiels von der Lenkspindel 1 auf die Abtriebswelle 3 übertragen.

Die Ausfuhrungsform einer Klemmhülse 43 nach Fig. 8 zeigt zwei auf den Umfang verteilte und zueinander versetzte, axial gerichtete Reihen von Schlitzen 44 und 45, die wiederum Funktionsabschnitte A und B bilden. Hier liegen die Klemmkörper 46 bzw. 47 in der Verlängerung zu den Schlitzen 44 und 45.

In einer weiteren Ausfuhrungsform einer Klemmhülse 48 nach Fig. 9 sind den Funktionsabschnitten A und B U-förmige Schlitze 50 und mit ihren kurzen Schenkeln 51 nach außen gerichtete L-förmige Schlitze 52 zugeordnet. Die Klemmkörper 53 des Funktionsabschnittes A liegen innerhalb der U-Form und die Klemmkörper 54 des Funktionsabschnittes B liegen innerhalb der L-Form.

In einer anderen Ausfuhrungsform nach Fig. 10 verwendet man eine Klemmhülse 49 mit zwei in Umfangsrichtung zueinander ausgerichteten Reihen von Schlitzen 55 und 56. Hier liegen die Klemmkörper 57 des Funktionsabschnittes A zwischen jedem zweiten Paar der zueinander ausgerichteten Schlitze 55 und 56 Dabei liegen VerbindungsStege 65 und 66 zwischen den Funktionsabschnitten A und B in einer aufweitungsneutralen Zone, d. h. in dem Bereich, in dem die Klemmhülse 49 radial nicht verformt wird.

Zwischen einem Rand der Klemmhülse 49 und der etwa in der Mitte liegenden Reihe der Schlitze 56 liegen zu den Klemmkörpern 57 versetzt die Klemmkörper 58 des Funktionsabschnittes B.

Die Ausführung nach den Fig. 11 und 12 zeigt Klemmkörper 60 und 61 in der Form von balligen Klemmplatten. Diese Klemmkörper 60, 61 stützen sich zwischen gemeinsamen Nuten 63 der Lenkspindel und Einprägungen 62 auf der Innenseite der Klemmhülse 64 ab. Die Klemmkörper 60 bzw. 61 sind gegen ihre jeweilige Wirkrichtung schräggestellt und richten sich beim Lenken auf. Dabei spannt sich die Klemmhülse 64, wie in den vorher besprochenen Ausführungen, punktförmig in der zugeordneten Kupplungsnabe fest. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Abstützung für die Klemmkörper 60 und 61 so abzuändern, daß die Nuten 63 in der Klemmhülse 64 und die Einprägungen in der Lenkspindel liegen.

Die Fig. 13 und 14 zeigen schließlich eine Ausführung mit einer Klemmhülse 70, die in ihren Funktionsabschnitten A und B gegensinnig geneigte Klemmschrägen 67 bzw. 68 aufweist. Diese Klemmschrägen 67 und 68 wirken mit nur einer Reihe von Klemmkörpern 71 zusammen, die jedoch eine größere Länge und somit zwei in ihrer Funktion getrennte Arbeitsbereiche aufweisen. Ein Käfig kann hier entfallen. Je nach Drehrichtung aktiviert einer der beiden Arbeitsbereiche den Funktionsabschnitt A oder den Funktionsabschnitt B der Klemmhülse 70.

Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit können die Reibflächen der Kupplungsnaben 22 und 23 mit einem verschleißfesten Material beschichtet sein. Die Reibflächen lassen sich beispielsweise nitrocarbonieren oder mit einem Molybdänauftrag versehen.

Liegen beim Einbau der Hilfskraftlenkung, beispielsweise in einen Kleinwagen, besonders beengte Raumverhältnisse vor, so läßt sich der Elektromotor 12 von der übrigen Baueinheit (Schneckengetriebe 16, Kupplungseinrichtungen 2, Lenkgetriebe 4) trennen. Der Elektromotor; 12 läßt sich z. B. unterhalb der Windschutzscheibe an der Spritzwand oder an

einem Radhaus befestigen und die Verbindung mit dem Schneckengetriebe 16 kann durch eine Gelenkwelle oder eine biegsame Welle hergestellt werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine aus dem Schneckengetriebe 16 und den Kupplungseinrichtungen 2 bestehende Baueinheit unmittelbar unterhalb des Lenkhandrades einzubauen und die Verbindung zum Lenkgetriebe 4 über eine verlängerte Abtriebswelle 3 herzustellen.

Eine weitere Ausführung nach Fig. 15 zeigt eine Klemm¬ hülse 69 mit Schlitzen und zugeordneten Wälzkörpern nach einer der Fig. 7 bis 10 oder 12. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, daß die Reibfläche im Bereich der Wälz- körper mit schmalen, axial verlaufenden Stegen 70 bzw. 71 ver¬ sehen ist. Je nach Lenkrichtung kommen die Stege 70 oder 71 im entsprechenden Funktionsabschnitt A oder B in der Kupplungs- nabe 20 oder 23 (Fig. 1) zur Anlage. Aus Herstellungsgründen erstrecken sich die Stege 70 und 71 über die gesamte Breite der Klemmhülse 69. Diese Stege haben die Eigenschaft, daß sie den Schmiermittelfilm leicht durchdringen und daher eine temperaturunabhängige Kraftübertragung ermöglichen.

Als Überlastsicherung enthält der Elektromotor vorteil- haft einen Temperaturfühler, der bei zu starker Erwärmung die Stromzufuhr unterbricht.

Aus Gründen der Energieeinsparung ist es außerdem zweck¬ mäßig, den Elektromotor erst ab einer niedrigen Fahrgeschwin- digkeit einzuschalten (z. B. v = < 10 km/h), so daß die Lenk- kraftunterstützung erst bei höheren Lenkkräften wirksam wird.