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Die
Erfindung betrifft einen Deichselkopf für kraftgetriebene Flurförderzeuge
gemäß Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Des
weiteren einen Fahrtwertgeber für
eine Messanordnung zur Fahrbetriebssteuerung gemäß Oberbegriff dieses Anspruches
und des Anspruches 21.
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Über seitlich
rechts und links am Deichselhorn gelagerte Fahrschaltergriffe lässt sich
durch eine Drehung der Vorlauf und Rücklauf sowie die Größe der Geschwindigkeit
des Flurförderzeuges einstellen,
wobei die Drehwelle der Fahrschaltergriffe mit einem Proportionalschalter
verbunden ist, welcher z.B. das Stellsignal für die Fahrantriebssteuerung
erzeugt, welches aber auch zur Hubsteuerung, Schwenksteuerung oder
Kippsteuerung verwendet werden kann, sofern diese in Abhängigkeit
von dem Drehwinkel der Fahrschaltergriffe erfolgen sollen.
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Derartige
Proportionalschalter zur Verwendung im Deichselkopf zur Steuerung
eines deichselgelenkten Flurförderzeuges
sind seit längerem
bekannt, wobei gemäß der
DE 44 44 772 A1 zur
Steuerung des Fahrantriebes ein Potentiometer vorgesehen ist, welches
in Wirkverbindung mit der gemeinsamen Drehwelle der beiden Fahrschaltergriffe
steht.
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Die
Erfindung geht von einem Deichselkopf gemäß der
EP 1 180 473 A1 aus, wobei
ein Magnetschalter aus einem im Deichselhorngehäuse angeordneten, seitlich
zu einer dort festgelegten Leiterplatte beabstandeten, durch die
Fahrschaltergriffe in einem Winkelbereich drehbarer Magnetträger verwendet
wird, wobei auf der Leiterplatte zur Innenseite eines auf dem Magnetträger angelegten
schaltnockenartigen Gehäuses
ein proportionaler linearer positionsgebender Hall-Sensor vorstehend
angeordnet ist.
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Auf
dem drehbaren Magnetträger
sind in einem schaltnockenartigen Gehäuse zwei Dauermagnete in Abstand
zueinander fest angeordnet, gegen welche der Hall-Sensor derart ragt,
dass bei einer Drehung des Magnetträgers die Dauermagnete relativ
zu diesem Hall-Sensor verstellt werden. Aus dem Ausgangssignal des
Hall-Sensors wird über eine elektronische
Baugruppe mit Mikroprozessor in Abhängigkeit vom Drehwinkel des
Magnetträgers
das Fahrsignal vorwärts
und rückwärts sowie
das Fahrsignal zur Steuerung der Geschwindigkeit des Fahrantriebes
erzeugt.
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Die
Lagerung der als Vierkantstift ausgebildeten Drehwelle der Fahrschaltergriffe
erfolgt in den Seitenwandungen des oberen Hornbereiches über Lagerschalen
mit dort vorgesehenen Lagerbuchsen jeweils beidseitig, wobei der
Magnetträger
auf dem Vierkantstift festgelegt ist, und sich somit in Abhängigkeit
von dessen radialer und axialer Verstellung bewegt bzw. dreht.
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Der
Vierkantstift ist durch die Leiterplatte im Bereich einer dort angeordneten
Durchgangsbohrung geführt
und über
ein Radiallager, wie auch gegenüber
den Seitenwandungen des oberen Hornbereiches, drehbar gelagert.
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Der
Magnetträger
enthält
zwei auf einem Kreissegment zueinander beabstandete Permanentmagnete,
welche als Schaltmagnet für
den Hall-Sensor dienen. Mit der Drehbewegung des Magnetträgers werden
die Permanentmagnete kreissymmetrisch entsprechend dem Drehwinkel
der Fahrschaltergriffe über
den von der Leiterplatte mit seinen Anschlussbeinchen abstehenden
magnetischen Hall-Sensor kontaktlos geführt. Das Mess-Signal des Hall-Sensors
liefert insofern einen dem positionsabhängigen magnetischen Feld proportionalen
Messwert, der als Geschwindigkeits-Sollwert für die Motorsteuerung des Flurförderzeuges
dient.
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Es
wird insofern ein statischer linearer positionsgebender Hall-Sensor
benutzt, dessen Ausgangssignal proportional zum Drehwinkel der Fahrschaltergriffe
sein soll. Aufgrund der Bewegung der auf dem Magnetträger fest
angeordneten Dauermagnete bei einer Drehung der Fahrschaltergriffe
relativ zum statischen Hall-Sensor,
ergibt sich eine Veränderung
der magnetischen Durchflutung des Hall-Sensors, welche insofern eine Veränderung
im Spannungs-Ausgangssignal dieses Sensors bewirkt.
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Obwohl
diese bekannte elektronisch-mechanische Messanordnung für die Fahrbetriebssteuerung
zusätzlich
einen Mikroschalter benutzt, der durch eine Schaltkerbe in dem auf
dem Magnetträger befindlichen
Gehäuse
der Dauermagnete die „Neutralstellung" der Fahrschalterdrehgriffe
des Deichselkopfes, nämlich
den fehlendem Fahrantrieb ermittelt und geringe Abweichungen vorgibt,
um das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen und zu halten, ergeben
sich bei dieser bekannten Steuerung technische Schwierigkeiten.
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Die
Neutralstellung entspricht dabei einem Drehwinkel „Null", so dass sich ein
gewisser wahrnehmbarer Leerlauf ergibt.
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Er
wird benutzt, um das Signal des linearen statischen Hall-Sensors
in der Nähe
des Nullausgangs auszuschneiden, also zu löschen, da sonst die Motorsteuerung
des Fahrzeuges bei gegebenem Drehwinkel „Null" fast immer ein schwaches Fahrsignal
erhalten würde.
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Fehler
bei der Motorsteuerung ergeben sich zum einen durch ungenaue Anordnung
des Mikroschalters und durch seinen Verschleiß als auch durch die Bedienung
der Fahrschaltergriffe, da auf diese neben reinen Drehkräften auch
radiale bzw.
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Seitenkräfte ausgeübt werden.
Dabei ist die Lagerung der Fahrschaltergriffe im Deichselhorn immer
mit Spiel behaftet. Dies führt
dazu, dass der als Schaltmagnet wirkende Dauermagnet, welcher fest mit
der Drehachse zwischen den beiden Fahrschaltergriffen verbunden
ist, sich relativ zum Hall-Sensor auf der Leiterplatte bewegt und
dadurch eine unerwünschte
Ausgangsspannung (Fahrsignal) des Hall-Sensors erzeugt.
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Als
nachteilig hat sich insbesondere auch erwiesen, dass bei der bisherigen
Lösung
der Hall-Sensor manuell aufgelötet
wurde, wobei dessen von der Leiterplatte senkrecht in Richtung zur
Seite des Magnetträgers
abstehende Anschlussbeinchen leicht in die eine oder andere Richtung
der Dauermagnete des Magnetträgers
verbogen werden.
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Dies
führt zu
einer unsymmetrischen Durchdringung des Magnetfeldes der Dauermagnete
durch den Hall-Sensor.
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Dadurch
verändert
sich zum einen die Spannung in der Neutralstellung, also die Mitten-Position der
Fahrschaltergriffe, als auch die Spannungen an den Endanschlägen der
Fahrschaltergriffe. Dies führt am
Ende zu unterschiedlichen maximalen Geschwindigkeiten im Vergleich
der Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung.
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In
früheren
Ausführungen
kam auch vor, dass durch eine Vergrößerung in den Toleranzen der mechanischen
Endanschläge
der als Flügelrad
ausgebildeten Fahrschaltergriffe, was durch längeren Gebrauch sich durch
Verschleiß der
Kunststoffteile leicht einstellen kann, die Dauermagnete am Hall-Sensor
anstoßen
und dadurch eine Biegung der Anschlussbeinchen des Hall-Sensors
stattfindet.
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Dies
führte
nach einer gewissen Zeit zum Abbrechen eines der Anschlussbeinchen
und hatte gegebenenfalls unangenehme Folgen für den Bediener, wobei im ungünstigsten
Fall die volle Ausgangsspannung ausgegeben wurde, was eine „Volle
Geschwindigkeit" des
Fahrsignals entspricht.
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Eine
Kontrolle der Neutralstellung der Fahrschaltergriffe über den
Mikroschalter ergab sich nur bei funktionierenden Rückstellfedern
der Fahrschaltergriffe, was in der Praxis nicht immer der Fall war.
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Auch
aus anderen Gründen
kam es dazu, dass der Magnetträger
bzw. dessen Dauermagnete mit dem von der Leiterplatte vorstehenden
Hall-Sensor kollidieren und nicht darüber kontaktlos hinwegfahren.
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Dies
kann zusätzlich
bei ungewollten axialen und radialen Bewegungen des Magnetträgers bzw. der
dort in Halterungen festgelagerten Dauermagnete erfolgen.
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Diese
Bewegungen können
durch Lagertolleranzen oder durch große Krafteinwirkung auf die
zu drehenden Fahrschaltergriffe erzeugt werden, also durch heftiges
Drücken
mit dem Daumen durch den Bediener gegen die Endanschläge der Fahrschaltergriffe,
aber auch durch ein plötzliches
Beschleunigen des (ungefederten) Flurförderzeuges auf unebenen Boden.
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Erschütterungen,
Stöße oder
rückweise
Betätigung
der Fahrschaltergriffe liefern insofern ein fehlerhaftes Fahrsignal,
was zur Folge hat, dass das Fahrzeug plötzlich ungewollte Geschwindigkeitsänderungen
erfährt
und somit Gefahren entstehen.
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Diese
störenden
Einflüsse
werden zwar in der Motorsteuerungs-Elektronik für einen bestimmten Fehlerbereich
abgefangen, wobei die Beschleunigung begrenzt wird, es bleibt dennoch
ein gewisses Restrisiko da.
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Eine
weitere Fehlerquelle besteht vor allen Dingen in mechanischen Ungenauigkeiten
in der Lagerung und der Art der Betätigung der Fahrschaltergriffe,
der Drehwelle der Fahrschaltergriffe und des Magnetträgers und
auch der Anordnung der Dauermagnete und des Hall-Sensors und deren
Schaltung. Hierdurch werden radiale Verschiebungen der beiden Permanentmagnete
im Magnetträger
gegenüber dem
positionserfassenden Hall-Sensor ausgelöst, wobei sich fehlerhafte
Messungen der Veränderungen
der magnetischen Durchflutung im Hall-Sensor ergeben.
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Bei
der Verwendung der Mikroschalter zur Messung der Neutralstellung
ist die Justierung der Position des Mikroschalters auf der Leiterplatte
seitlich im Abstand vom Magnetträger
problematisch, da der Mikroschalter keine ausreichend genaue Fertigungstoleranzen
bezüglich
der Position seiner Schaltkontakte besitzt.
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Jeder
Mikroschalter ist individuell zu justieren. Ebenso unterliegt der
Mikroschalter und der ihn betätigende
Bügel mit
Schaltnocken dem mechanischen Verschleiß, wobei sich der Neutralbereich über Jahre
ausweitet und immer mehr von dem Messbereich des Hall-Sensor wegnimmt,
wodurch die minimale zulässige
Anfahrgeschwindigkeit erhöht
wird und der Benutzer des Flurförderzeuges
den Fahrtbeginn als unangenehm ruckartig wahrnimmt.
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Hinzukommt
die hohe Verschleißanfälligkeit der
Mikroschalter, da bei jeder Änderung
von Vor- zu Rücklauf
der Mikroschalter betätigt
wird.
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Ferner
erfordert die Justierung der Position des mit den Anschlussbeinchen
auf der Leiterplatte aufrecht in Richtung Magnetträger abstehenden Hall-Sensors
einen hohen handwerklichen Aufwand, weil er an drei Anschlussbeinchen
gelötet
und auszurichten ist.
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Zudem
ergibt sich, wie oben ausgeführt,
bei dieser Ausrichtung die Gefahr, dass der Magnetträger mit
dem Hall-Sensor bei sich verbiegenden Anschlussbeinchen kollidieren
kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, Störungen durch
mechanische Ungenauigkeiten, die zu ungewollten radialen und axialen
Verschiebungen des Magnetträger
bzw. des diesen führenden
Mehrkantstiftes der Fahrschaltergriffe führen, weitgehend zu verhindern.
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Es
soll möglichst
ferner auch die Erfassung der Neutralstellung sicherer erfolgen
als bisher, so das es mit einem bloßen verwendeten Mikroschalter der
bisherigen Bauform möglich
ist, die Bewegung des Flurförderzeuges
bei plötzlichen
unregelmäßigen Beginn
des Fahrbetriebs zu kontrollieren und auszustellen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist die Ausbildung eines Deichselkopfes für ein kraftgetriebenes Flurförderzeug
der eingangs genannten Art gemäß den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 vorgesehen.
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Dabei
wird vorzugsweise ein Fahrtwertgeber gemäß Anspruch 21 vorgesehen.
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Um
nun ungewollte axiale und radiale Bewegungen des Magnetträgers mit
seinen als Schaltmagnet wirkenden Dauermagneten zu unterdrücken, erfolgt
eine Kraftentkopplung des Teils des Magnetträgers mit den fest in diesen
gelagerten Dauermagneten gegenüber
der sich einstellenden ungewollten axialen und radialen Bewegung
der Drehwelle der Fahrschaltergriffe, wobei eine spezielle Befestigung und
Führung
des Magnetträgers
auf der Drehwelle über
ein spezielles Radial- und Axiallager erfolgt, so dass eine Kraftentkopplung
der Bewegung der Dauermagnete gegen ungewollte axiale und radiale
Bewegungen der Drehwelle gegeben ist.
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Aufgrund
dieser Kraftentkopplung ist die Bewegung der Dauermagnete fest an
die Position des Hall-Sensors gekoppelt. Es kann insbesondere nicht durch „Wackeln" an der Drehachse
bzw. den Fahrschaltergriffen die Erzeugung eines gültigen Fahrsignals
erfolgen, welches fehlerhaft ist.
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Der
Entkopplungsmechanismus erfolgt durch ein seitlich am Magnetgehäuse des
Magnetträgers
angeordnetes Drehlager, welches zum einen in einen vom Gehäuse der
Magnete ausgehenden Außenlager
die als Mehrkantstift ausgebildete Drehwelle in einem als Stellrad
ausgebildeten Teil der Lagerschale festlegt und zum anderen über ein
in das Außenlager
eingreifendes Gegenlager, welches auf der Leiterplatte in einer
dortigen Durchgangsbohrung befestigt ist, eingreift. In diesem Gegenlager
kann der Mehrkantstift der Drehwelle über einen Drehbolzen drehbar
gelagert sein. Vorzugsweise erfolgt dabei aber eine freie Führung des
Mehrkantstiftes durch eine im Innenquerschnitt auch im Bereich der
Leiterplatte sich fortsetzende groß bemessene Innenbohrung. Eine
zusätzliche
Abstützung
der Drehwelle unmittelbar im Bereich der Leiterplatte findet insofern dann
nicht statt.
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Das
Stellrad weist erfindungsgemäß in alle Richtungen,
also axial und radial zur Drehwelle, biegsame „Speichen" auf, welche von einer äußeren Lagerbuchse
des Stellrades sich gewunden radial nach außen zu dem äußeren Reif des Stellrades erstrecken,
also zu der dort umlaufenden Lagerschale des Außenlagers, welche u.a. durch
den angrenzenden Teil der Außenwandung
des auf dem Magnetträger angelegten
Gehäuses
für die
dort aufzunehmende Dauermagnete gebildet wird.
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Die
Speichen bestehen aus flexiblen Material und verlaufen gewunden
radial nach außen
in der Ebene des Stellrades senkrecht zur Drehwelle.
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Sie
sind allseitig elastisch und quer zur Ebene des Stellrades biegsam.
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Gleichzeitig
erfolgt die Lagerung der Drehwelle gegenüber der Leiterplatte über dieses
Lager. Es ist dazu ein auf diese Leiterplatte in einer vergrößerten Durchgangsbohrung
für die
Drehwelle befestigtes Gegenlager vorgesehen, welches in die Lagerschale
des Außenlagers
des Magnetträgers
mit einer Führungsbuchse
passgenau eingesetzt ist.
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Innerhalb
der Führungsbuchse
kann, wie ausgeführt,
ein drehbarer Buchsenstopfen angelegt sein, durch welchen der Mehrkantstift
der Drehwelle geführt
und zusätzlich
radial gelagert ist und mit dem dieser Mehrkantstift drehbar ist.
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Gemäß den Unteransprüchen sind
das gesamte Außenlager,
also auch das Stellrad mit den Speichen einteilig mit dem Magnetträger und
dem dortigen Gehäuses
der Dauermagnete als Kunststoff-Spritzteil hergestellt (POM-Material).
Dieses Material wird sowohl für
den Magnetträger
und sein Außenlager
einschließlich
der verwendeten Lagerschale als auch für das auf der Leiterplatte
befestigte Gegenlager eingesetzt, welches, wie ausgeführt, aus einer
passgenauen Führungsbuchse
besteht.
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Insofern
ergeben sich optimale Eigenschaften bezüglich Abrieb und Haltbarkeit
für dieses Kunststoffgleitlagers.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
gemäß den Unteransprüchen erfolgt
außer
einer radialen Lagerung der Führungsbuchse des
Gegenlagers in der Lagerschale des Außenlagers auch eine axiale
Lagerung der Führungsbuchse gegenüber der
Lagerschale. Insofern sind an der Außenseite der Führungsbuchse
ein teilweise umlaufender Lagerwulst angelegt und in der Innenseite
der Lagerschale des Außenlagers
des Magnetträgers eine
entsprechend angepasste teilweise umlaufende Auslassung.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Merkmal der
Ausbildung des Fahrschalters besteht darin, dass der proportionale
statische positionsgebende Hall-Sensor auf der im Deichselkopf festliegenden Leiterplatte
flächig
aufgelegt und befestigt wird, wobei die Anschlussbeinchen dieses
Hall-Sensors seitlich von der Leiterplatte abstehen. Auf diese Weise wird
die mechanische Stabilität
des Aufbaus erheblich vergrößert, da
der Hall-Sensor nicht mehr auf dünnem
und biegsamen Anschlussbeinchen ruht, sondern flächig auf der Leiterplatte vorzugszweise
in SMD Technologie aufgelötet
wird. Dies ist mechanisch eine absolut feste und unveränderliche
Verbindung, wobei eine hohe Wiederholgenauigkeit im Fertigungsprozess
gegeben ist, da die Positionierung des Hall-Sensors automatisch über sogenannte „Pick and
Place" – Automaten
erfolgen kann.
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Der
Magnetträger
gleitet mit den Permanentmagneten über den flachliegenden Hall-Sensor hinweg, ohne
dass bereits kleinere Änderungen
in der Lagerung der Drehwelle oder sich einstellende Toleranzen
der mechanischen Endanschläge
der Fahrschaitergriffe zu einem Anstoßen der Dauermagnete am Hall-Sensor
führen
können.
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Erfindungsgemäß erfolgt
im übrigen
eine spezielle Anordnung der Dauermagnete mit ihrem Polenden zueinander,
so dass eine geeignete Durchflutung der Oberfläche des Hall-Sensors durch
die Feldlinien der beabstandeten Dauermagnete gegeben ist, welche
sich mit dem Magnetträger über den Hall-Sensor
bei einer Drehung der Fahrschaltergriffe über einen Kreissektor bewegen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Anordnung der Dauermagnete auf dem Magnetträger in Abstand zueinander in
gleicher Ausrichtung der Magnetpole, so dass die einander zugerichteten
Pole unterschiedliche Polarität
aufweisen, also Nord und Süd
bzw. Süd und
Nord.
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Es
ergibt sich eine Überlagerung
der Magnetfelder der beiden Dauermagnete, wie dies in den Zeichnungen
dargestellt ist, wobei die Magnetfeldlinien senkrecht in oder aus
der Oberfläche
des flach aufliegenden Hall-Sensors verlaufen.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei dieser Anordnung der Dauermagnete zum
Hall-Sensor sich ein proportionales Ausgangssignal des Hall-Sensors
in Abhängigkeit
vom Drehwinkel des Magnetträgers
ergibt und somit auch in Abhängigkeit
der Stellung der Dauermagnete auf dem Magnetträger relativ zum Hall-Sensor.
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Eine
gleichzeitig auftretende stärkere
Veränderung
des Ausgangssignals des Hall-Sensors
bei ungewollten axialen und radialen Bewegungen der Dauermagnete
lässt sich
durch die erzielbare Fertigungsgenauigkeit des verwendeten Kunststoffgleitlagers
für den
Magnetträger
sowie des dort im Außenlager
integrierten Stellrades mit den in allen Richtungen biegsamen Speichen
ohne Schwierigkeiten ausgleichen.
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Im
Gegensatz zu dieser Anordnung der Pole der beiden Dauermagnete zueinander
wurde bei Verwendung des senkrecht auf der Leiterplatte angeordneten
Hall-Sensors eine
Polanordnung verwendet, bei welchen der Hall-Sensor zwischen zwei
beabstandeten Südpolen
zu liegen kam.
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Während gemäß Anspruch
2 eine Kontrolle der Neutralstellung des Magnetträgers weiterhin durch
einen Mikroschalter mit Schaltnocken und in dem Gehäuse der
Dauermagnete angelegter Schaltkerbe erfolgt, was aufgrund der erzielbaren
höheren Fertigungsgenauigkeit
genauer erfolgen kann, ist gemäß Anspruch
3 vorgesehen, dass anstelle des Mikroschalters oder zusätzlich dazu
ein oder zwei berührungslose
Magnetschalter in Form eines schaltenden Hall-Sensors verwendet
werden, wobei diese in geeigneter Weise auf der Leiterplatte in
Neutralstellung (Drehwinkel 0) unterhalb jeweils eines der Dauermagnete
genau an der Übergangsstelle
zwischen dem Nord- und Südpol
des Magneten erfolgen muss.
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Insofern
erfolgt eine Positionserfassung der Neutralstellung, also bei der
entsprechenden Anordnung des Hall-Schalters gegenüber seinen
Dauermagneten, wobei der Hall-Schalter kein Ausgangssignal gibt
und insofern ein fehlerhaft anstehendes Fahrsignal unterdrückt wird.
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Bei
Verlassen der Neutralstellung besitzt der Hall-Sensor dagegen ein
Ausgangssignal, welches sowohl bei einer Drehung nach rechts und
links über die
Neutralstellung den gleichen Spannungswert annimmt (z.B. 5 Volt).
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Diese
Hall-Schalter können
insofern einen definierten „An" bzw. „Aus"-Zustand einnehmen,
abhängig
von der Magnetfeldstärke.
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Der
oder die Hall-Schalter müssen
in der Position und Empfindlichkeit so gewählt werden, dass nur in dem
Betriebszustand „Neutral" (Neutralstellung)
der oder die Schalter den Zustand „Ein" einnehmen.
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Bei
Betätigung
des Fahrschaltergriffes und somit des Stellrades des Magnetträgers ändert sich das
Magnetfeld und innerhalb eines möglichst
engen, definierten Winkelbereichs wechselt der Betriebszustand auf „Aus".
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Die
Verwendung von zwei Hall-Schalter erfolgt aus Redondanz-Gründen, denn
so ist ein zusätzlicher
Plausibilitäts-Check
im Mikroprozessor möglich,
welcher das Vorwärts,
Rückwärts und
Fahrsignal für
die Fahrbetriebssteuerung erzeugt. Dies kann zusätzlich im Vergleich mit dem
proportionalen Spannungssignal erfolgen.
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Während die
Nachteile des bisher verwendeten Mikroschalters zur Feststellung
der Neutralstellung darin besteht, dass der Drehwinkelbereich, in welchem
der Mikroschalter auslöst,
sehr ungenau ist, da
die Toleranz der Bohrung in der Leiterplatte,
in welcher das Gegenlager des Magnetträgers bewegt wird, groß ist,
ferner
die Position des Mikroschalters auf der Leiterplatte mit Toleranzen
behaftet ist, die Funktion des Mikroschalters über einen Bügel mit Stellnocken ausgelöst wird,
welcher sich im Laufe der Zeit bei vielen Betätigungen verbiegen kann, wobei
dies eine Vergrößerung des „Neutralbereichs" für Jahre
zu Folge hat und dies für
den Benutzer insofern unangenehm ist, da die Auflösung der
Geschwindigkeitseinstellung reduziert wird und wobei außerdem das
Flurförderzeug
während
des Drehens der Fahrschaltergriffe leicht beim Überschreiten der Schaltschwelle
ruckt und damit die Manövrierfähigkeit
des Fahrzeuges reduziert wird, wobei ferner die Einstellung des
Neutralbereichs bei der Montage sehr aufwendig ist und der Verschleiß des Mikroschalters
bei dieser Funktion besonders hoch ist, da diese sehr häufig ausgelöst wird,
bestehen
bei Verwendung von Hall-Schaltern zur Festlegung der Neutralstellung
insbesondere in folgende Vorteilen:
es ist eine positionsgenaue
Bestückung
durch Automaten möglich,
es
ergibt sich keine Veränderung
des Neutralbereichs über
die Zeit,
die Bestückung
kann kostengünstig
erfolgen,
die Verwendung der Hall-Schalter ist verschleißfrei,
bei
Verwendung von zwei schaltenden Hall-Schaltern ergibt sich eine
zusätzliche
Sicherheit durch einen möglichen
Plausibilitäts-Check.
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Eine
vorzugsweise Lagerung der Fahrschaltergriffe sowie der Drehwelle
im Deichselkopf ergibt sich im übrigen
in an sich bekannter Weise aus den Unteransprüchen 4-7 gemäß der Ausbildung
des Deichselkopfes der
EP
1 180 473 A1 .
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Ein
wesentliches Teil der Ausbildung des erfindungsgemäßen Deichselkopfes
besteht in der Anordnung der erfindungsgemäß ausgebildeten elektronisch-mechanischen Messanordnung,
welche sich als Fahrtwertgeber aus dem Fahrschalter mit erfindungsgemäß ausgebildetem
Magnetträger
sowie dessen Außenlager
und dem auf der Leiterplatte anzubringenden Gegenlager ergibt, sowie
der besonderen Art der Befestigung des Gegenlagers auf der Leiterplatte
und der dortigen Art der Anordnung der zu verwendenden Hall-Elemente
und deren Dauermagnete.
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Auf
diese erfindungsgemäße Ausbildung
des elektronisch-mechanischen Fahrtwertgebers sind die Ansprüche 21 ff
abgestellt.
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Erfindungsgemäß lassen
sich auch anstelle der Hall-Schalter bzw. der dort verwendeten Hallelemente „Reed-Kontakte" als Magnetschalter
verwenden, z.B. vom Typ SMD REED SENSOR PRX + 2100 5-10 AW, Artikel
Nr. 185067-14, bzw. Reedschalter Typ 14,1 MM.
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Diese
können
in der gleichen Anordnung eingesetzt werden, wie Magnetschalter
auf der Basis der Hall-Sensoren, wobei wiederum Permanentmagnete
Verwendung finden. Sie sind in verschiedenen Bauformen erhältlich und
können
wie die Hall-Sensoren
präzise
auf der Platine in SMD-Technik mit ihrem Gehäuse verlötet werden. Der Schaltvorgang
wird wie bei Hall-Sensoren durch ein magnetisches Feld ausgelöst und ist
daher ebenso berührungsfrei. Reed-Schalter
sind vakuumverkapselt und daher frei von Umwelt- und Elektrokorrosion,
wodurch lange wartungsfreie Standzeiten erreichbar sind.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugter Ausführungsform
des Deichselkopfes unter Bezug auf deren Zeichnungen näher erläutert, wobei
Abänderungen
des Fahrtwertgebers beschrieben sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
Eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des Deichselkopfes, gesehen in Richtung auf dessen Deichselhorn
und die beiden dazu seitlichen Schutzbügel mit Grifföffnungen;
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2 Eine
Gegenüberstellung
von Gehäuseunterteil-
und -oberteil des Deichselkopfes, insbesondere unter Darstellung
der an der Drehwelle zu befestigenden Fahrschaltergriffe und des
auf einer rechteckigen Leiterplatte angeordneten Fahrschalters des
Fahrtwertgebers;
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3a,b
Eine perspektivische Ansicht des gesamten Fahrtwertgebers mit Leiterplatte
und Hallsensor und dem in Explosionsansicht dargestellten Fahrschalter
bestehend aus Magnethalter, den Permanentmagneten, der mehrkantigen
Drehwelle und der Führungsbuchse
des Gegenlagers auf der Leiterplatte, wobei gemäß 3b ergänzend zu
Hallschaltern ein Mikroschalter als Neutralschalter gegeben ist;
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4 Eine
Draufsicht auf den Fahrtwertgeber der 3 in
einer Schnittebene durch den Fahrschalter;
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5 Eine
Draufsicht auf die Leiterplatte mit dem Hallsensor und den zwei
Hall-Schaltern des Fahrtwertgebers nach 3 bei
abgenommenem Magnethalter aber mit aufgesteckter Führungsbuchse;
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6 Eine
Draufsicht auf die Leiterplatte mit dem Hallsensor und den zwei
Hall-Schaltern des Fahrtwertgebers nach 3a und 3b bei
abgenommenen Magnethalter und ohne Führungsbuchse;
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7 Einen
Querschnitt durch die Baugruppe Fahrschalter bestehend aus Führungsbuchse
und dem Magnethalter, dessen Außenlager
auf der Führungsbuchse
aufgesetzt ist;
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8 Einen
Querschnitt durch die Führungsnut
in der Lagerverbindung zwischen dem Außenlager des Magnetträgers und
der Führungsbuchse
des Gegenlagers;
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9 Eine
seitliche Sicht auf den Magnetträger
und dessen Schaltkerbe an der Gehäuseaußenseite der Dauermagnete für einen
Steuernocken des Mikroschalters;
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10 Einen
Querschnitt durch den Magnetträger;
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11 Einen
Querschnitt durch das Gehäuse
der Dauermagnete mit einer Magnethalterung gemäß Schnittlinie B-B der 10;
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12 Eine
Draufsicht auf den Magnetträger
von oben;
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13 Einen
Querschnitt durch den Magnetträger
gemäß der Schnittlinie
A-A in 10;
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14 Eine
Draufsicht auf die Leiterplatte mit montierter Führungsbuchse von der Vorderseite der
Leiterplatte (ohne Magnetträger);
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15 Eine
Querschnittansicht durch die Leiterplatte mit Lagerbuchse nach der
Schnittlinie B B' der 14;
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16 Eine
vergrößerte Querschnittsansicht
auf die Leiterplatte lediglich mit der montierten Führungsbuchse
nach 15; (Detail C der 15)
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17 Eine
vergrößerte Ansicht
der montierten Führungsbuchse
von der Vorderseite der Leiterplatte; (Detail D der 14)
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18 eine schematische Darstellung der Messanordnung
mit zwei Permanentmagneten oberhalb der den linearen Hall-Sensor
flach tragenden Leiterplatte;
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19 eine
schematische Darstellung der Messanordnung mit zwei Permanentmagneten
und dem linearen Hall-Sensor und zusätzlichen zwei Hall-Schaltern;
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20 Blockschaltbild
der elektronischen Signalverarbeitung;
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21 Ein
Diagramm unter Darstellung der Änderung
der Ausgangsspannung des Hall-Sensors bei einer Drehung der Fahrschaltergriffe
um bis zu ± 30° gegenüber deren
Ausgangsdrehstellung bei stehendem Fahrzeug unter gleichzeitiger
Wiedergabe der Schaltkennlinie des Hall-Schalters in Abhängigkeit
vom Drehwinkel gegenüber
der Neutralstellung (Ausgangssignal 2,5V);
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22 Wiedergabe
des Vorwärts-
und Rückwärtsfahrsignals
in Abhängigkeit
vom Drehwinkel;
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23 Geschwindigkeitsfahrsignal
in Abhängigkeit
vom Drehwinkel nach recht und links zur Neutralstellung;
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24 Eine
Draufsicht auf den Fahrtwertgeber in dem alternativ statt zwei Hall-Schalter
nur einer mit zusätzlichen
Mikroschalter als Neutralschalter gegeben ist.
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Der
in den 1 und 2 dargestellte Deichselkopf
(2) eines Flurfahrzeugs besteht aus einem Lenkrad- und
pultähnlichen
Aufbau, das zwei feststehende Griffstücke (4, 5)
mit Grifföffnungen
(10, 11) aufweist, die zur Mitte des Deichselhorns
(3) hin jeweils einen links und rechts für die Betätigung durch
die beiden Daumen vorteilhaft geformten Fahrschaltergriff (12, 13)
aufweisen, der einem Flügelrad ähnelt. Ferner
sind Schalttasten (15, 16) seitlich des Deichselhorns
(3) am Deichselkopf (2) integriert, so dass sie
bequem von den Griffstücken
(4, 5) her mit dem Daumen der einen oder beider
Hände betätigt werden
können.
Wie für
Flurfahrzeuge üblich,
befindet sich ein Körperschutzschalter
(48) an dem äußeren Ende
des Deichselhorns (3) des Deichselkopfes (2).
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Der
Deichselkopf gem. den 1 und 2 weist
Schrägflächen bzw.
Muldenflächen
(15', 16') zur Lagerung
der Schalttasten (15, 16) im Bereich des Deichselhorns
(3) auf, wobei die vorgesehenen Muldenflächen eine
Neigung zu den Griffstücken (4,5)
des Deichselhornes aufweisen. Sie können auch seitlich nach außen zu Schenkelabschnitten
(6, 7) der Griffstücke (4, 5)
geneigt sind. Ansonsten wird jeweils im Deichselhorn zwischen Gehäuseunterteil- und
Gehäuseoberteil
(3a, 3b) eine Aufnahme (49) zur Lagerung
des Fahrschalters (18) eines Fahrwertgebers (17)
gebildet, wobei die Lagerung der Drehwelle (14) zweier
Fahrschaltergriffe (12, 13) jeweils in seitlichen
Lagerschalen im unteren Bereich des Gehäuseoberteils (3b)
im Deichselhorn erfolgt. Der Fahrtwertgeber (17) weist
einen Fahrschalter (18) mit seitlichem Hall-Sensor (18') auf.
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Der
Deichselkopf (2) gehört
jeweils zu der durch den Deichselstiel angedeuteten Deichsel eines nicht
dargestellten Elektroflurförderzeuges.
Der Deichselkopf (2) weist in Verlängerung des Deichselstiels
jeweils ein Deichselhorn (3) auf, das in Draufsicht gem. 1 annähernd Rechteckform
hat. An der Unterseite ist das Deichselhorn (3) bis auf
nach unten vorstehende Lagerschalen von außen betrachtet konvex.
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Während die 2 nur
das Gehäuseunterteil
(3a) bzw. das Gehäuseoberteil
(3b) des Deichselkopfes zeigen, ist gem. 1 der
Deichselkopf in zusammengebautem Zustand mit allen Schalttasten (15, 16)
sowie den seitlich des Deichselhorns (3) angelegten Fahrschaltergriffen
(12, 13) wiedergegeben. Dabei ist auch ein Körperschutzschalter
(48) dargestellt, welcher sich an der Stirnseite des Deichselhorns
(3) befindet. Dieser ist wie üblich so gelagert, dass eine
Berührung
aus den verschiedensten Richtungen zu einer Schalterbetätigung führt und
das Elektroflurförderzeug
sich in entgegengesetzter Richtung von der dieses betätigenden
Person weg bewegt.
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Am
Deichselhorn (3) bzw. an dem Verbindungsstück (1)
zum Deichselstiel sind jeweils an der rechten und linken Seite seitlich
abgehende Trägerabschnitte
(8, 9) angelegt, die sich nach außen hin verjüngen. An
den Enden dieser Trägerabschnitte
(8, 9) sind jeweils Schenkelabschnitte (6, 7)
angelegt, die sich annähernd
parallel zum Deichselhorn (3) hin zu dessen Bedienerseite
erstrecken und unter einer erneuten Abbiegung von ca. 90° in die stangenförmigen Griffstücke (4,5) übergehen,
welche mit ihren Enden an den Seitenwandungen (42, 43)
des Deichselhorns (3) seitlich außerhalb der Fahrschaltergriffe (12, 13)
zu liegen kommen.
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Es
werden insofern jeweils seitlich des Deichselhorns (3)
Schutzbügel
mit mittigen Grifföffnungen
(10, 11) gebildet, so dass die Griffstücke (4, 5)
jeweils mit einer Hand voll umfasst werden können und mit ausgestrecktem
Zeigefinger die Schalttasten (15, 16) an den im Übergang
zwischen Deichselhorn (3) und den Trägerabschnitten (8, 9)
gebildeten Muldenflächen
(15', 16') erreichbar
sind.
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Die
Fahrschaltergriffe (12, 13) sind mit ihrer Drehwelle
(14) um eine Achse senkrecht zu den mit Lagerschalen ausgebildeten
Seitenwandungen (42, 43) des oberen Bereiches
des Deichselhorns drehbar gelagert. Der Verlauf der Drehachse entspricht annähernd der
Achse der Griffstücke
(4, 5) nahe den Fahrschaltergriffen (12, 13).
Man erkennt, dass aufgrund dieser Ausbildung über die Grifföffnungen
(10, 11) eine Hand die Griffstücke (4,5)
von hinten und schräg
oben erfassen kann. Die Grifföffnungen
(10, 11) haben die größte Breite in der Ebene der
Schenkelabschnitte (6, 7) und der Griffstücke (4, 5).
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Die
Aufnahmen (49) zur Lagerung des im Detail in 3–17 dargestellten
Fahrtwertgebers (17), welcher die Fahrgeschwindigkeit und
den Vor- und Rücklauf
des Elektroflurförderzeuges
steuert, sind jeweils in dem Gehäuseunterteil
(3a) und dem Gehäuseoberteil
(3b) im Abschnitt des Deichselhorns angelegt. Zur Begrenzung
der Winkelverstellung der die Drehwelle (14) verstellenden
Fahrschaltergriffe (12, 13) und zur Stabilisierung
der Lagerung der Drehwelle sind in den Lagerschalen Führungsnuten
(39, 40) angelegt, welche sich konzentrisch um
die für
den Durchgang der Drehwelle (14') angelegten Durchgangsbohrungen
(30) erstrecken.
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In
den äußeren Durchgangsbohrungen
(30) des Deichselhorns sind jeweils Lagerbuchsen (35, 36)
vorgesehen, über
welche die drehbare Lagerung der Drehwelle (14) mittels
auf dieser vorgesehenen Buchsenstopfen (35', 36') erfolgt.
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In 1 ist
die Drehwelle (14) durch Einzeichnung der entsprechenden
Drehachse angedeutet.
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Der
Deichselkopf (2) bzw. dessen Gehäuseunterteil (3a)
und Gehäuseoberteil
(3b) wie auch das Deichselhorn sind jeweils aus Kunststoff
hergestellt, wobei das Gehäuseunterteil
und Gehäuseoberteil
des Deichselkopfes jeweils als Hohlform geblasen ist, welche bis
in die Griffstücke
(4, 5) seitlich des Deichselhorns übergeht.
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Zur
Stabilisierung der Wandungen dieser Gehäuseteile sind, wie in 2 in
der Draufsicht auf das Gehäuseunterteil
des Deichselkopfes gezeigt, dort im Inneren jeweils sich kreuzende
Querwandungen angelegt.
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In
der Gegenüberstellung
von Gehäuseunterteil
und Gehäuseoberteil
des Deichselkopfes gemäß 2 sind
der linke Fahrschaltergriff (12) sowie rechten Griff (13),
die als Mehrkantstift (14')
ausgebildete Drehwelle (14) und der Fahrschalter (18)
des Fahrtwertgebers (17) dargestellt. Der Fahrschalter besteht
aus einem Magnetträger
(20) mit kappenartigen Gehäuse (26), das Dauermagnete 21, 22 eines Magnetsensors
schützend
umgibt.
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Er
weist ferner eine gegenüber
dem Deichselhorngehäuse
(3a, 3b) gelagerte, unverstellbare, mit zur Anordnung
des Magnetsensors (18')
dienende Leiterplatte (28) auf, sowie einen Lagerabschnitt für eine Rückstellfeder
(19) für
die Fahrschaltergriffe und den mit diesen drehbaren Magnetträger.
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Die
als Mehrkantstift (14')
ausgebildete Drehwelle (14) ist über im Bereich des Deichselhorns (3)
angeordnete Buchsenstopfen (33, 34) in Lagerbuchsen
(35, 36) der Fahrschaltergriffe drehbar angeordnet.
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Gut
zu sehen ist in 2 die erfindungsgemäß ausgebildete
Baugruppe des Fahrtwertgebers (17), bestehend aus der Leiterplatte
(28) und einem auf dieser montierten Fahrschalter (18).
Die beiden genannten Fahrschaltergriffe (12, 13)
wirken auf die als Vierkant (14') ausgebildete Drehwelle (14)
ein, auf die sie festgelegt sind. Der Fahrschalter (18)
ist auf der ihn tragenden Leiterplatte (28) mit seinem Magnetträger (20)
gegenüber
dieser drehbar montiert.
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Die
Leiterplatte ist fest zwischen Gehäuseunterteil und Gehäuseoberteil
des Deichselkopfes (2) eingebaut. Er enthält einen
Hupenschalter (52) und den bereits erwähnten Körperschutzschalter (48).
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In
der perspektivischen Darstellung der 3a ist
die Gesamtbaugruppe Fahrtwertgeber (17) mit der Leiterplatte
(28) zu sehen, auf der die elektronischen Bauteile nach
dem Blockschaltbild in 20 verlötet sind. Diese Teile sind
unbeziffert.
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Von
der Leiterplatte sieht man die Baugruppe des Fahrschalters (18),
bestehend aus dem Magnetträger
(20), der Führungsbuchse
(32), dem Mehrkantstift (14') und den Dauermagneten (21, 22),
wobei diese Teile des Fahrschalters (18) in Explosionszeichnung
gegenüber
der Leiterplatte gezeigt sind.
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Die
Führungsbuchse
(68) besitzt auf der Leiterplatte (28) für sie vorgesehene
Zentrierungsbohrungen (58a, 58b, 58c)
in die sie positionsgenau mit vorstehenden Justierungsnocken (71, 71') eingesteckt
wird und mit Clipsbeinchen (59) in einer Durchgangsbohrung
(73) fest einrastet.
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Auf
die Führungsbuchse
(68) des Gegenlagers (32) ist das radial vorstehende
Außenlager
(31) des Magnetträgers
(20) aufsteckbar, wobei das Außenlager (31) mit
einer entsprechend ausgebildeten Lagerschale (58') versehen ist.
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Erfindungsgemäß rasten
ferner die beiden Lagerflächen
des Gegen- und Außenlagers
(31, 32), wie in den 7 und 8 zu
sehen, mittels eines Axiallagers ineinander. Das Außenlager
weist im unteren Bereich der Lagerschale (58') des Magnetträgers (20) eine Lagernut
(60) auf und das Gegenlager (32) im Bereich der
Führungsbuchse
(68) eine Lagerwulst (61). Insofern ist gewährleistet,
dass der Magnetträger
(20) weitgehend spielfrei über das Lager (31, 32)
gegen die Leiterplatte geführt
wird und somit die Position der Dauermagnete (21, 22),
die mit dem Magnethalter (20) bewegt werden, in weitgehend gleichbleibendem
Abstand von der Leiterplatte gewährleistet
ist.
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Im
oberen zylindrischen Teil der Lagerschale (58') des Magnetträgers (20),
nämlich
im oberen Teil seines Außenlagers
(31), ist ein Stellrad (54) mit gewundenen Speichen
(55) integriert. Dieses weist eine vierkantige Lagerbohrung
(56) auf, welche als Vierkantaufnahme zur Festlegung der
als Vierkantstift (14')
in diesen Bereich ausgebildeten Drehwelle ausgeführt ist.
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Das
Stellrad mit der viereckigen Lagerbohrung (56) ermöglicht gegenüber dem
Vierkantstift (14')
aufgrund der erfindungsgemäßen ausgebildeten
Speichen eine axiale und radiale Bewegung, so dass trotz Verkeilung
der Lagerbuchse (57) des Stellrades auf dem Vierkantstift
(14') eine
vollständige Kraftentkopplung
der Führung
des die Dauermagnete (20, 21) führenden
Teils des Magnetträgers
bezüglich
störender
Kräfte
gegeben ist, welche beispielsweise auf die Fahrschaltergriffe (12, 13)
einwirken, wie in der betrieblichen Praxis unvermeidliche radiale Stöße. Diese
wirken sich insofern nicht mehr auf die Messwerte des linearen Hall-Sensors
aus.
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Die
gewundenen, allseitig flexiblen Speichen (55) des Stellrades
(54) sind insofern in der Lage, kleine Stöße in Querrichtung
zu der als Vierkantstift (14')
ausgebildeten Drehwelle abzufangen, welche durch die Lagerung der
Drehwelle im Gehäuse
des Deichselkopfes bei radialen Stößen auf die Fahrschaltergriffe
(12, 13) übertragen
werden.
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Die
Speichen (54) des Stellrades (55) sind zusammen
mit diesem und dem restlichen Teil des Magnetträgers (20) als Kunststoff-Spritzteil
einstückig
hergestellt und zwar aus einem Polyoxymethylen (POM). Die Lagerschale
(58') ist
an dem Stellrad (54) angeformt und somit das ganze Außenlager
(31) Bestandteil des einstückigen Kunststoff-Spritzteils.
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Aus
dem gleichen Material besteht das Gegenlager (32) zu diesem
Außenlager
(31), insbesondere insofern auch die Führungsbuchse (68)
dieses Gegenlagers.
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Das
Gegenlager ist ebenfalls einteilig als Kunststoff-Spritzteil hergestellt.
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Das
verwendete Kunststoffmaterial weist die besten Eigenschaften bezüglich Abrieb
und Haltbarkeit zur Bildung eines optimalen Kunststoffgleitlagers auf.
Insofern werden größere Lagertoleranzen
vermieden, wobei insofern keine unerwünschten Fahrsignale erzeugt
werden.
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Der
Durchmesser der ineinander gleitenden Lagerschale (58') und der Führungsbuchse
(68) werden vorzugsweise so groß wie möglich ausgelegt.
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Die
Durchmesser dieser beiden Lagerteile sind passgenau aufeinander
abgestimmt, wobei sich insofern ein nahezu spielfreier Lauf zwischen
beiden Teilen ergibt.
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Die
gewundenen Speichen (55) erstrecken sich S-förmig von
der inneren Lagerbuchse (57) des Stellrades (54)
nach außen
zu dem umlaufenden Reifen (72) des Stellrades, welcher
in die Wandung des die Dauermagnete tragenden Gehäuses (26) übergeht.
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Das
Stellrad (54) kommt in der zylinderförmig ausgebildeten Lagerschale
(58') seitlich
außerhalb des
schaltnockenartigen Gehäuses
(26) der Dauermagnete (21, 22) zu liegen.
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Die
Breite der Speichen (55) in axialer Richtung ist ein mehrfaches
größer als
deren in radialer Richtung gemessenen Dicke.
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Der
Magnetträger
(20) wird über
das an ihm angelegte Außenlager
(31) über
die Lagerbuchse (57) der Speichen (55) des Stellrades
(54) auf der als viereckiger Mehrkantstift ausgebildeten
Drehwelle (14) in radialer und axialer Richtung unverrückbar festgelegt.
Dabei sind nur die Speichen flexibel.
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Die
Speichen (55) erstrecken sich von den Ecken der im Querschnitt
viereckig ausgebildeten Lagerbuchse (57) S-förmig zum äußeren Reif
(72) des Stellrades (54) und zwar in Richtung
gegen den Uhrzeigersinn, gesehen auf die äußere Seite der Lagerschale
(58').
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Die
Lagerschale (58')
wird vorzugsweise unmittelbar durch eine teilweise umlaufende Wandung des
schaltnockenartigen Gehäuses
(26) der Dauermagnete (21,22) gebildet
(siehe insofern 3a,b und 4).
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Wie
sich deutlich aus 7 und 8 ergibt,
sind die Lagerschale (58')
und die Führungsbuchse
(68) des Gegenlagers (32) jeweils zylinderförmig innen
und auf der Außenseite
ausgebildet, wobei die Teile durch einen teilweise umlaufenden,
radial vorstehenden Lagerwulst (61) der Führungsbuchse
(68) und durch eine entsprechende Auslassung (64)
an der Innenseite der Lagerschale (58') zueinander axial geführt sind.
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An
der Unterseite der Führungsbuchse
(68) ist eine stufenförmige
nach außen
vorstehende Abwinklung (70) angelegt, auf welcher die Unterseite des
schaltnockenartigen Gehäuses
(26) des Magnetträgers
(20) teilweise zu liegen kommt.
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An
der Unterseite der Führungsbuchse
(68) befinden sich Justiernocken (71) zum Eingriff
in die Zentrierbohrungen (58a, b, c) und damit zur Befestigung
der Führungsbuchse
auf der Leiterplatte (28).
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Die
Festlegung der Führungsbuchse
(68) auf der Leiterplatte (28) erfolgt in der
dort vorgesehenen Durchgangsbohrung (73) für die Drehwelle
(14), wobei hierzu außer
den Zentrierbohrungen (58a, b, c) sowie den Justiernocken
(71) der Führungsbuchse ebenfalls
dort an der Unterseite angelegte Clipsbeinchen (59) mit
Arretierbacken (59')
dienen.
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Der
Hall-Sensor (18'),
der das magnetische Feld der beiden Dauermagnete (21, 22)
misst, ist flachliegend auf der Leiterplatte in SMD-Technik angelötet. Seine
Anschlussbeinchen (18a, b, c) stehen insofern nicht mehr
senkrecht von der Leiterplatte (28) ab und können insofern
aufgrund dieser flachen Anordnung des Hall-Sensors praktisch nicht
mehr in Berührung
mit dem sich über
sie hinwegdrehenden Magnetträger
(20) treten.
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Durch
das Auflöten
des Hall-Sensors in SMD-Technik ist die Position des Hall-Sensors in der Fertigung
wesentlich exakter vorgebbar. Die Anbringung ist bedeutend fester,
wobei insofern Stöße und Vibrationen
die Position des Hall-Sensors
nicht verändern.
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Außer dem
Hall-Sensor (18')
ist auf einen Kreisbogen um die Durchgangsbohrung (73)
der Leiterplatte (28) auf dieser jeweils zu einer Seite
des Hall-Sensors je ein Hall-Schalter (53, 53') entlang einer äußeren Steuerfläche (24)
des Magnetgehäuses (26)
ebenso in SMD-Technik angebracht. Diese werden dazu verwendet, die
mittlere Stellung des Magnetträgers
(20) zu ermitteln, die gegeben ist, wenn eine Schaltkerbe (23)
mittig über
dem positionsmessenden Hall-Sensor (18') zu stehen kommt. Ein Hall-Schalter
ist ein elektronisches Bauteil, das ebenso wie der lineare Hall-Sensor
den Halleffekt für
seine Funktion benutzt – wobei
in diesem Fall es gilt, eine Schaltcharachteristik zu erhalten,
die in 21 dargestellt ist. Durch magnetische
Hysterese wird ein sehr rascher Schalteffekt erreicht, der dann
noch mit einem integrierten Schmitt-Trigger verstärkt wird,
der das Signal sauber mit einem definierten Wert ausgibt. Auch diese
Hall-Schalter sind vorteilhaft präzise auf der Leiterplatte positioniert
und benötigen
keine individuelle Nachjustierung ihres Schaltpunktes.
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Um
bei einigen Anwendungen den gesteigerten Anforderungen an Sicherheit
zu genügen, wird
zur Ermittlung der neutralen Position des Magnetträgers, wie
in 3b dargestellt, zusätzlich zu dem oder den Hall-Schaltern
(53, 53')
ein Mikroschalter (25) eingesetzt, der mit seinem Nockenschalthebel
in die Schaltkerbe (23) einrastet, und dessen Schaltzustand
dem Mikroprozessor (63) im Blockschaltbild nach 20 zugeführt wird.
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In 4 ist
der Fahrschalter (18) in Draufsicht so angeordnet, dass
man besonders gut die gewundenen Speichen (55) des Stellrades
(54) und die vierkantige Drehwelle (14) des montierten
Magnetträgers
(20) sieht. In 5 ist dieser Magnetträger bereits
abgenommen dargestellt und man sieht unverdeckt die montierte Führungsbuchse
(68) des Gegenlagers (32) mit der vierkantigen
Drehwelle (14), sowie den linearen positionsmessenden Hall-Sensor (18') und die beiden
Hall-Schalter (53, 53'), die als Neutralschalter
dienen. In der nächsten 6 ist
die Führungsbuchse
(68) abmontiert und es sind nur noch die Hall-Schalter
(53, 53')
bzw. der Hall-Sensor (18')
auf der Leiterplatte (28) zu sehen. Das Signal von mindestens
dem einen der Hall-Schalter (53, 53') wird in der Steuerelektronik,
dem Mikroprozessor (63), nach Blockschaltbild der 20 als
Eintritt des Fahrschalters in den neutralen Bereich interpretiert. Das
zweite Signal des zusätzlichen
Hall-Schalters dient
lediglich einer Absicherung des Meß-Ergebnisses, da es sehr hohe
Sicherheitsrelevanz hat, die neutrale Position zu erfassen, um in
der Lage zu sein, das Fahrzeug zuverlässig zum Stehen zu bringen.
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Daraufhin
gibt der Mikroprozessor (63) an den Fahrsignal-Ausgang
(65) das Signal „Stop" aus, welches in
der weiter nicht dargestellten Motorsteuerungselektronik dazu führt, dass
der Motor angehalten wird, obwohl an den Geschwindigkeitsausgängen mit
den Vorwärts-Sollwert
(66), bzw. Rückwärts-Sollwert
(67) noch eine geringe Spannung ausgegeben wird. Diese
wird in der Motorsteuerung einfach ignoriert. Das Resultat ist in
der 23 zu sehen. Eingezeichnet ist ein Wert von 0,5
V von 10% des maximalen Spannungswertes (5 Volt) für die vorzugebende Geschwindigkeit,
der sowohl für
die positive wie negative Drehrichtung gilt, und es ergibt sich
um die neutrale Nullpunktstellung der Fahrschaltergriffe (12, 13)
jeweils ein Winkelwert von –3° bis +3°, innerhalb dessen
das Fahrzeug ruht. Im oberen Diagramm (21) ist
das Signal der Hall-Schalter (53, 53') dargestellt.
Die innerhalb des neutralen Bereiches liegenden niedrigen Spannungswerte
des linearen positionsgebenden Hall-Sensors (18') werden somit durch
den Mikroprozessor (63) zwangsweise unwirksam für die nachfolgende
Motorsteuerung geschaltet.
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In
den 9-13 ist der Magnetträger (20)
ausführlich
dargestellt, wobei das Stellrad (54) mit den gewundenen
Speichen (55) und die viereckige Lagerbohrung (56)
zur Bildung einer Mehrkantaufnahme des Stellrades (54)
wesentliche technische Mittel sind, mit deren Hilfe eine vollständige Kraftentkopplung
zwischen der vierkantigen Drehwelle (14) der Fahrschaltergriffe
(12, 13) und dem Magnetträger (20) in gewünschten
Sinn gewährleistet
ist. Die gewundenen Speichen (55) sind in der Lage bei
kleinen Stößen quer
zur Drehwelle (14) diese elastisch abzufangen und zugleich
trotzdem zuverlässig
die Drehbewegung der Drehwelle auf den Magnetträger (20) zu übertragen.
In dem Magnetträger
sind Magnethalterungen (62) integriert, die mittels Clipsbeinchen
je einen der Dauermagnete (21, 22) aufnehmen und einrastend
festhalten. In den 9 und 10 sieht man
die Schaltkerbe (23), die zur mechanischen Betätigung eines
Mikroschalters dient, dessen Schaltnocken an der Steuerfläche (24)
an der Gehäuseaußenseite
des Magnetträgers
angedrückt
gleiten kann.
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14 zeigt
eine Draufsicht auf die Leiterplatte (28) mit lediglich
montierter Führungsbuchse (68)
des Gegenlagers (32). Die Führungsbuchse (68) ist
in einer Mehrzahl von Zentrierbohrungen (58a, 58b, 58c)
in der Leiterplatte präzise
positioniert und mittels einrastender Clipsbeinchen (59)
mit der Leiterplatte fest montiert, wie in 16 im
Querschnitt gut zu sehen ist. 15 zeigt
eine Querschnittsansicht auf die Leiterplatte mit der montierten
Führungsbuchse
(68) in einem Querschnitt längs eine Schnittlinie B-B' nach 14.
Die Führungsbuchse
(68) ist in 17 vergrößert in Draufsicht zu sehen.
Sie hat eine dreieckige Innenbohrung (74) mit großem freien Querschnitt,
in die die vierkantige Drehwelle (14) ohne zusätzliche
Lagerbuchse gemäß 5 frei drehbar
eingesteckt ist. Ihre zylindrische Außenfläche ist als Innenlager (Gegenlager
(32)) zum Außenlager
(31) des Magnetträgers
(20) ausgebildet. Diese zylindrische Außenfläche weist drei in Achsrichtung führende Nuteinfräsungen (69)
auf, in welchen die durch die Durchgangsbohrung (73) der
Leiterplatte (28) mit ihren Arretierbacken (59') geführten Clipsbeinchen
(59) verstellbar sind.
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Mit
der veränderten
Ausrichtung des Hall-Sensors (18') von stehender in die liegende
Position, wie in 18 und 19 zu
sehen, musste einer der Dauermagnete (21, 22)
umgepolt positioniert werden, um auswertbare Messwerte durch den Hall-Sensor
zu erhalten. Die magnetischen Feldlinien der gegeneinander gepolten
Dauermagnete (21, 22) verlaufen in diesem Fall
im Bereich des Hall-Sensors gegenläufig, wie
in 18 und 19 eingezeichnet.
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Es
ergeben sich an jedem im Hall-Sensor vermessenen Ort des Magnetfeldes
geometrische Additionen der vektoriellen Komponenten der magnetischen
Flussdichten, bzw. Feldstärken
der beiden Magnetfeldquellen. Im Fall der vorliegenden gegenläufigen Feldlinien
ist diese Addition eine Subtraktion, wodurch ein tieferer minimaler
Messwert des überlagerten
Magnetfeldes erfasst wird, während
die maximalen Messwerte unmittelbar unterhalb der Dauermagnete nicht
derart wesentlich durch das Feld des anderen geschwächt werden,
weil die Intensität
eines magnetischen Feldes nach der Coulomb-Feldregel quadratisch
mit dem Abstand von der Quelle abnimmt. Dadurch ergibt sich ein
summiertes Magnetfeld dessen minimale und maximale Feldstärken, bzw.
Flussdichten weiter auseinander liegen, als es im Falle der Gleichpolung
mit gleichlaufenden Kennlinien der Fall war. Folglich sind auch
die Messergebnisse des Hall-Sensors genauer, da er pro Längenweg
eine größere Auflösung der
magnetischen Feldstärke
verwertet. Da die geometrische Addition dreidimensional erfolgt,
und die summierte Richtung der Feldlinien sich anders an jedem Raumpunkt
gestaltet, ist das Messergebnis in Abhängigkeit vom Drehwinkel leichten
Nichtlinearitäten
unterlegen, was jedoch bei der vorliegenden Anwendung akzeptabel ist.
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Das
Blockschaltbild in 20 zeigt seine zentrale Recheneinheit,
den Mikroprozessor (63), in dem logische Verknüpfungen
der Signale abgearbeitet werden, nämlich die der Hall-Schalter
(53, 53')
mit ihren Signal-Anschlüssen
an den Mikroprozessor, sowie die des linearen, positionsgebenden
Hall-Sensors (18')
und die eines mechanischen Neutralschalters (25), der hier
beispielhaft als Mikroschalter ausgeführt ist. Der mechanische Neutralschalter
(25) dient der zusätzlichen
Sicherheit, die in manchen Anwendungen gefordert ist und dupliziert
die Funktion der Hall-Schalter (53, 53'), die als in
SMD-Technik gekapselte Elektronikschaltung auf der Leiterplatte (28)
verlötet
sind.
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Neben
dem eigentlichen Hall-Element in dem Hall-Schalter-IC, der eine
dem senkrecht durch ihn fließenden
magnetischen Feld proportionale Ausgangsspannung liefert, enthält der Elektronik-Chip des
Hall-Schalters (53, 53') einen Spannungsregler, eine Verstärkerelektronik,
eine Temperaturkompensation und einen Schnitt-Trigger.
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Er
ist auch oft in Drehgebern eingesetzt, mit denen die Drehzahlen
von Servomotoren gemessen werden – also für eine wesentlich anspruchsvollere Aufgabe
konzipiert. Dadurch stehen am Ausgang sehr stabile rechteckige Signale
an.
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Die
Signalverarbeitung nach dem Blockschaltbild in 20 ist
der Aufgabe und täglichen
Anforderungen an Zuverlässigkeit
und Robustheit eine Flurförderfahrzeugs
angemessen einfach gestaltet. Verarbeitet werden nur ein lineares
Signal des Hall-Sensors
(18') und
in minimaler Ausführung
ein bis maximal zwei Schaltzustands-Signale von den Hall-Schaltern (53, 53') und einem
Mikroschalter (25), die sämtlich die Funktion eines Neutralschalters erbringen.
Die Mehrzahl der Neutralschalter-Signale wird
benötigt,
um in manchen Anwendungen für
mehr Sicherheit sorgen zu können.
Der Mikroschalter beispielweise hat gegenüber den Hall-Schaltern den Vorteil
ein rein elektro-mechanisches Bauteil zu sein, das unabhängig von
der Spannungsversorgung auf der Leiterplatte (28) seinen
Dienst verrichtet. Der Mikroprozessor gewinnt aus dem Spannungs-Signal des
Hallsensors (18')
zwei vorzeichenbehaftete Ausgangs-Signale zur Ansteuerung der nachgeschalteten
und nicht dargestellten Motorsteuerung, nämlich einen Rückwärts-Sollwert
am Ausgang (67) und einen Vorwärts-Sollwert am Ausgang (66),
die im mittleren Diagramm in 22 gezeigt
sind. Aus den Signalen des einen oder mehrerer Neutralschalter,
die als Hall-Schalter (53, 53') bzw. zusätzlich als Mikroschalter (25)
ausgeführt
sind, gewinnt der Mikroprozessor das Fahrsignal am Ausgang (65),
das der nachgeschalteten Motorsteuerung mit absoluter Priorität vor allen
anderen Signalen die Fahrerlaubnis erteilt oder entzieht, so dass
dann noch an dem Rückwärts-Sollwert-Ausgang
(67) oder an dem Vorwärts-Sollwert-Ausgang
(66) anliegenden Spannungswerte, die dann unterhalb der
minimalen Anfahrgeschwindigkeits-Sollwerte
liegen, von der Motorsteuerung als ungültig ignoriert werden. Dadurch ergibt
sich ein minimaler Anfahrts-Geschwindigkeits-Sollwert, der die minimale
Anfahrgeschwindigkeit des gegebenen Flurförderfahrzeugs bestimmt. Die
Spannungs-Sollwert-Signale „Vorwärts" und „Rückwärts" erfahren nach dem
Mikroprozessor noch eine Umformung und Verstärkung durch die Verstärker (51),
die aus dem 0–5
Volt Signal ein 0–24
Volt Spannungssignal machen.
-
In 21 (oberes
Diagramm) ist zunächst das
Originalsignal U4 des Hallsensors (18') zu sehen, das von 0 bis +5 Volt
linear verläuft
und in der Mitte, bei 2,5 Volt, gerade den Nulldurchgang hat, der dem
Neutralbereich der Fahrschaltergriffe (12, 13) bei
einem Drehwinkel der Fahrschaltergriffe von „0 Grad" entspricht, und in dieser Form dem
Mikroprozessor (63) zugeführt wird. In dem dort zusätzlich eingetragenen
Diagramm ist das Signal eines der Neutralschalter zu sehen, beispielsweise
eines Hall-Schalters (53, 53'), der den neutralen Bereich festlegt
und wie oben erklärt
die nachgeschaltete, nicht dargestellte Motorsteuerung freigibt
oder sie sperrt.
-
Bei
dem Drehwinkel „0
Grad" der Fahrschaltergriffe
(12, 13), entsprechend der Fahrgeschwindigkeit „Null" (Neutralbereich),
befinden sich die Hall-Schalter jeweils genau in der Mitte des auf
sie sich zudrehenden Dauermagneten, also seitlich an der Grenze
zwischen dem Nordpol- und Südpolabschnitt
des Dauermagneten, wobei in dieser Stellung das Ausgangssignal U2
und U3 beider Hall-Schalter (53, 53') den Wert „Null" besitzt (siehe 19, Position
gemäß der gestrichelten
senkrechten Linie zur Mitte der Dauermagnete). Erst beim Verlassen
des mittleren Grenzabschnittes dieser Dauermagnete nach rechts oder
links erzeugt der jeweilige Hall-Schalter sein Ausgangssignal U2
bzw. U3, welches ungleich Null ist und das bei allen Drehwinkeln ungleich „Null" konstant 5V beträgt.
-
Im
mittleren Diagramm gemäß 22 sind die
beiden Vorwärts-
und Rückwärts-Stellwerte Uv und Ur zu erkennen,
welche sich entsprechend dem Drehwinkelbereich –30° bis 0° oder 0° bis + 30° der Fahrschaltergriffe ergeben.
-
Im
untersten Diagramm gemäß 23 sind die
beiden Ausgangssignale, Vorwärts- und Rückwärts-Sollwert
an den Ausgängen
(66, 67), zu sehen, die beide von 0 bis +5 Volt
verlaufen und dem positiven und negativen Drehwinkel der Fahrschaltergriffe entsprechen – aber dennoch
unterscheidbar sind, da sie an zwei verschiedenen Ausgängen des
Mikroprozessors (63) ausgegeben werden. Die beiden Geschwindigkeits-Signale
haben auch niemals gleichzeitig einen positiven Spannungswert, da
es zugleich Vorwärts-
wie Rückwärts heißen würde. Sollte
es im Fehlerfall vorkommen, sorgt die nachgeschaltete Motorsteuerung
dafür,
dass ein Fehlerzustand erkannt und beide Signale ignoriert werden.
-
An
der Schaltkennlinie des Hall-Schalters (53) in 21 erkennt
man seine sehr dynamische Schalt-Charakteristik mit einer relativ
steilen Flankensteigerung und ihr entsprechenden kurzen Umschaltzeit
und ebenso die sehr stabil gehaltenen Signalpegel im ausgeschalteten
und eingeschalteten Zuständen.
-
Abschließend ist
noch in 24 eine Ausgestaltung der Erfindung
zu sehen, in der ein Fahrwertgeber (17) dargestellt ist,
bei dem abweichend von den Ausführungen
in den 3a und 3b als Neutralschalter
nur ein Hall-Schalter (53) und ein Mikroschalter (25)
vorgesehen sind. Einer der beiden Signale dieser Neutralschalter,
das zuerst auftritt, wird von dem Mikroprozessor (63) erfasst,
und das zeitlich zweite Signal ändert
daran nichts mehr, da sie in einer logischen ODER-Verknüpfung im
Mikroprozessor ausgewertet werden, wobei der Mikroprozessor auf
seinem Ausgang (65) das „Fahrsignal" als Stop ausgibt.
Um dagegen das Fahrsignal „Frei" von dem Mikroprozessor
zu erhalten, müssen
beide Neutralschalter auf „Frei" geschaltet haben,
wodurch eine zusätzliche
Sicherheit eingebaut ist, die hier speziell zwei prinzipiell verschiedene
Schalter benutzt. Einen elektronischen und einen elektromechanischen.
-
- 1
- Verbindungsstück
- 2
- Deichselkopf
- 3
- Deichselhorn
- 3a
- Gehäuseunterteil
- 3b
- Gehäuseoberteil
- 3a,
3b
- Deichselkopfgehäuse
- 4,
5
- Griffstück des Deichselhorns
- 6,
7
- Schenkelabschnitt
seitlich der Griffstücke
- 8,
9
- Trägerabschnitte
- 10,
11
- Grifföffnungen
- 12,
13
- Fahrschaltergriff
(Flügelrad)
- 14
- Drehwelle
der Fahrschaltergriffe (Fahrschalterachse)
- 14'
- Vierkantstift
zur Bildung der Drehwelle (14)
- 15,
16
- Schalttasten
- 15', 16'
- Schrägflächen
- 17
- Fahrtwertgeber
- 18
- Fahrschalter
des Fahrwertgebers
- 18'
- Linearer
Hall-Sensor
- 18a,
b, c
- Anschlussbeinchen
- 19
- Rückstellfeder
- 20
- Magnetträger
- 21,
22
- Dauermagnete
des Fahrschalters
- 23
- Schaltkerbe
am Gehäuse
der Dauermagnete
- 24
- Steuerfläche an der
Gehäuseaußenseite
- 25
- Neutralschalter
(Mikroschalter)
- 26
- Kappenartiges
Gehäuse
der Dauermagnete
- 27
- Steuernocken
des Mikroschalters mit Schalthebel
- 28
- Leiterplatte
- 29
- Leiterplatterückseite
- 30
- Durchgangsbohrung
im Deichselhorn
- 31,
32
- Lager
des Magnetträgers
gegen Leiterplatte
- 31
- Außenlager
des Magnetträgers
- 32
- Gegenlager
auf Leiterplatte
- 33,
34
- Buchsenstopfen
(Innenlager für
Fahrschaltergriff)
- 36
- Lagerbuchse
(Außenlager
der Fahrschaltergriffe)
- 37,
38
- Anschlagbolzen
- 39
- Führungsnut
- 40
- Halterungen
- 42,
43
- Seitenwandungen
des oberen Hornbereichs mit Lagerbuchsen für die Drehwelle
- 41–47
- (freie
Bezugsziffer)
- 48
- Körperschutzschalter
- 48'
- Schaltnocken
des Körperschutzschalters
- 49
- Aufnahmen
- 50
- Mikroschalter
für den
Schleichgang
- 51
- Verstärker
- 52
- Hupenschalter
- 52'
- Schaltnocken
des Hupenschalters (52)
- 53,
53'
- Hall-Schalter
- 54
- Stellrad
für Magnetträger im Außenlager
(31)
- 55
- Gewundene
Speichen des Stellrades (54)
- 56
- Viereckige
Lagerbohrung im Stellrad (54) zur Festlegung des Vierkants
der Drehwelle
- 57
- Lagerbuchse
der Speichen
- 58a,
b, c
- Zentrierbohrungen
- 58'
- Lagerschale
des Außenlagers
des Magnetträgers
(20)
- 59
- Clipsbeinchen
am Gegenlager
- 59'
- Arretierbacken
- 60
- Lagernut
in dem Außenlager
(31) des Magnetträgers
(20)
- 61
- Lagerwulst
des Gegenlagers
- 62
- Magnethalterungen
des Magnetträgers
- 63
- Mikroprozessor
- 65
- Fahrsignal-Ausgang
- 66
- Vorwärts-Sollwert-Ausgang
- 67
- Rückwärts-Sollwert-Ausgang
- 68
- Führungsbuchse
des Gegenlagers
- 69
- Nuteinfräsungen auf
der Führungsbuchse
(68)
- 70
- Abwinklung
- 71,
71'
- Justiernocken
- 72
- Reif
des Stellrades
- 73
- Durchgangsbohrung
der Leiterplatte
- 74
- Innenbohrung
der Führungsbuchse