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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Drehgriffmodul zum Steuern der Leistung
einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, mit einem auf einem Rohr
um eine axiale Schwenkachse drehbar gehaltenen Drehgriff, wobei Drehbewegungen
des Drehgriffs relativ zum Rohr durch wenigstens einen ein vom Drehwinkel
des Drehgriffs abhängiges elektrisches Signal aussteuernden
Sensor detektierbar sind und der Drehgriff durch wenigstens ein
Federelement in seine Ausgangslage vorgespannt ist, gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei
Fahrzeugen, bei denen der Fahrerwunsch zur Steuerung der Antriebsmaschine
mit dem Fuß ermittelt wird, haben sich Fahrpedalmoduln etabliert,
bei denen ein Sensor abhängig vom Drehwinkel eines Fußpedals
ein elektrisches Signal an ein Steuergerät der Antriebsmaschine
aussteuert. Ein solches Fahrpedalmodul ist beispielsweise in der
DE 10 2005 013 442
A1 beschrieben.
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Bei
Fahrzeugen, bei welchen der Fahrerwunsch zur Steuerung der Antriebsmaschine
mit der Hand ermittelt wird, wie dies beispielsweise bei Zweirädern
wie Motorrädern, Quads oder Schneemobilen der Fall ist,
ergeben sich jedoch andere Anforderungen hinsichtlich der Ergonomie
und des Bauraums. So ist der Anbauort eines Drehgriffmoduls meist
am Ende einer Lenkstange, so dass das gesamte Drehgriffmodul der
Lenkbewegung folgen muss. Folglich ist ein geringes Trägheitsmoment
um die Drehachse, d. h. ein geringes Gewicht des Drehgriffmoduls
wesentlich. Da im Bereich des Endes einer Lenkstange außerdem
noch weitere Bauteile, bei Motorrädern beispielsweise Bremsgriffe
oder eine Blinkerbetätigung angeordnet werden müssen,
ist außerdem ein möglichst kleiner Bauraum des
Drehgriffmoduls wünschenswert. Da ein solches Drehgriffmodul
weiterhin Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder elektromagnetischer
Strahlung ausgesetzt ist, ist eine robuste, geschützte
Bauweise erforderlich. Nicht zuletzt ist auch das Fahrergefühl
bei der Betätigung des Drehgriffmoduls wesentlich, d. h.
der der Drehung entgegengebrachte Widerstand sollte sich mit dem
Drehwinkel in Form einer von der Betätigungskraft abhängigen
Hysterese vergrößern.
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Aus
der
EP 1 338 503 A1 ist
ein gattungsgemäßes Drehgriffmodul bekannt, bei
welchem die in den Drehgriff eingeleitete Bewegung auf eine außerhalb
der Lenkstange gelagerte Hülse und von dort auf ein Zahnradgetriebe übertragen
wird, das die Drehbewegung auf eine ebenfalls außerhalb
der Lenkstange angeordnete Torsionsfeder und den Sensor in Form
eines Potentiometers überträgt. Die Hülse,
das Zahnradgetriebe und die Torsionsfeder sind dabei in einem auf
die Lenkstange aufgesetzten Gehäuse untergebracht. Dadurch
baut das bekannte Drehgriffmodul relativ groß. Die Krafthysterese
wird durch Reibscheiben erzeugt, deren Reibung unabhängig
von der Federkraft der Rückstellfeder ist.
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In
der
EP 1 182 461 A2 ist
eine Sensoreinrichtung mit Hall-Elementen beschrieben, mit deren Hilfe
eine Änderung der Richtung eines Magnetfeldes detektiert
werden kann, um Drehwinkel von Läufern elektrischer Motoren
zu ermitteln.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass
- – das
wenigstens eine Federelement als axiale Druckfeder ausgebildet ist,
- – ein Schraubgetriebe vorgesehen ist, das eine Drehbewegung
des Drehgriffs in eine axiale Bewegung eines gegen die Federkraft
des wenigstens einen Federelements wirkenden Gleitstücks wandelt,
- – das Schraubgetriebe um die Schwenkachse verschraubbare
Schraubflächen beinhaltet, die durch das wenigstens eine
Federelement und das Gleitstück gegeneinander verspannt
sind, und
- – das wenigstens eine Federelement, das Schraubgetriebe
und das Gleitstück innerhalb des Rohres angeordnet sind.
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Bei
einer Verschraubung der Schraubflächen wird aufgrund der
Vorspannung durch das Federelement Reibung erzeugt, welche abhängig
von der axialen Stellung des Gleitstücks und damit abhängig vom
Komprimierungsgrad des Federelements ist. Dies resultiert in einer
federkraftabhängigen Hysterese, welche das vom Fahrer gewünschte
Betätigungsgefühl erzeugt.
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Weiterhin
kann durch eine Änderung der Steigung der Schraubflächen
des Schraubgetriebes auf einfache Weise eine andere Übersetzung
und damit auch eine andere Hysterese- bzw. Betätigungskraft-Kennlinie
eingestellt werden. Unter dem Begriff „Schraubgetriebe"
sollen nicht nur übliche Schrauben-Mutter- oder Spindel-Mutter-Getriebe
verstanden werden, sondern jegliche Art von Getriebe, bei welchem
eine Drehbewegung eines der Schraubpartner eine Axialbewegung des
anderen Schraubpartners hervorruft.
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Weiterhin
kann ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement bei gleicher
Federkraft in radialer Richtung kleiner bauen als eine Dreh- oder
Torsionsfeder. Weil das wenigstens eine Federelement, das Schraubgetriebe,
der Sensor und das Gleitstück innerhalb des Rohres angeordnet
sind, ergibt sich eine sehr kompakte Bauform. Zudem ist der gegenüber
Umwelteinflüssen und elektromagnetischer Strahlung in der
Regel empfindliche elektrische Sensor geschützt untergebracht,
insbesondere wenn das Rohr aus einem magnetisch leitfähigem
Material gefertigt ist und dann eine Abschirmung für den
Sensor ausbildet.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch
1 angegebenen Erfindung möglich.
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In
bevorzugter Weise ist eine Schraubfläche des Schraubengetriebes
an dem Gleitstück sowie eine weitere, mit der einen Schraubfläche
am Gleitstück zusammenwirkende Schraubfläche des Schraubgetriebes
an einem im Rohr gehaltenen Sensorgehäuse ausgebildet ist.
Damit erfüllt das Gleitstück eine für
das Gewicht und die Baugröße des Drehgriffmoduls
vorteilhafte Doppelfunktion, indem es zum einen ein Getriebebauteil
zum Wandeln der Drehbewegung des Drehgriffs in eine Axialbewegung des
auf das Federelement wirkenden Gleitstücks darstellt und
zum andern durch die Schraubfläche für das Zustandekommen
der federkraftabhängigen Hysterese sorgt. Ebenso nimmt
das Sensorgehäuse in einer Doppelfunktion ein Sensorelement
auf und bildet zugleich die andere Schraubfläche des Schraubgetriebes
aus, wodurch sich dieselben Vorteile ergeben.
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Das
Gleitstück ist bevorzugt auf einer im Rohr drehbar gelagerten,
mit der Schwenkachse koaxialen Welle axial verschieblich aber drehfest
mit dieser gelagert ist, welche mit dem Drehgriff drehfest verbunden
ist. Weiterhin kann das wenigstens eine Federelement durch eine
Schraubenfeder gebildet werden, welche die Welle umschließt
und einerseits am Gleitstück und andererseits an der Welle
abgestützt ist. Dies trägt ebenfalls zur Ausbildung
einer besonders raumsparenden Bauform bei.
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Zur
Ausbildung der drehfesten, aber axial verschieblichen Verbindung
zwischen Welle und Gleitstück kann das Gleitstück
eine zentrale rechteckförmige Öffnung aufweisen,
welche auf einem rechteckförmigen Querschnitt der Welle
in Drehrichtung formschlüssig und in Axialrichtung verschieblich gehalten
ist.
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Bevorzugt
ragt ein Ende der Welle ein Stück weit aus dem freien Ende
des Rohrs heraus und ist mit einer Stirnfläche des Drehgriffs
verbunden, beispielsweise dadurch, dass das eine Ende der Welle mit
einem Außenvierkant versehen ist, welcher in einen Innenvierkant
in der Stirnfläche des Drehgriffs eingreift.
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Das
andere Ende der Welle trägt bevorzugt ein Sensorelement
des Sensors, welches mit einem weiteren, im Sensorgehäuse
gehaltenen Sensorelement zusammen wirkt. Das von der Welle getragene Sensorelement
ist bevorzugt eine Magnetscheibe, wobei das im Sensorgehäuse
gehaltene Sensorelement wenigstens einen integrierten Hall-IC beinhaltet,
mit Hall-Elementen, welche parallel oder senkrecht zur Magnetscheibe
angeordnet sind.
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Wenn
die Welle über die Magnetscheibe im Sensorgehäuse
drehbar gelagert ist, erfüllt dieses neben seiner Eigenschaft
als Getriebebauteil und Hystereseerzeuger eine weitere Funktion
als Lagerung für die Welle bzw. für die mit dieser
mitdrehende Magnetscheibe. Damit ergibt sich auch eine Zentrierung
der Magnetscheibe relativ zu den Hall-Elementen.
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Wenn
der integrierte Hall-IC mit durch das Rohr hindurch verlegten elektrischen
Leitungen an ein Steuergerät der Antriebsmaschine angeschlossen
ist, sind diese Leitungen und gegebenenfalls verwendete elektrische
Stecker in vorteilhafter Weise gegen Umwelteinflüsse geschützt.
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Das
Rohr kann beispielsweise eine Lenkstange eines zweirädrigen
oder mehrrädrigen Fahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs wie
eines Jetskis oder eines Schneefahrzeugs wie eines Schneemobils
sein, so dass eine große Bandbreite für Anwendungen
der Erfindung vorhanden ist.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Längsquerschnitt eines Drehgriffmoduls gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine
Explosionsdarstellung des Drehgriffmoduls von 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Das
erfindungsgemäße Drehgriffmodul 1 gemäß 1 wird
zur Steuerung einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine
eines Motorrads verwendet, deren Drosselklappe von einem Stellmotor
verstellbar ist. In diesem Fall dient das Drehgriffmodul 1 zur
Erzeugung von elektrischen Signalen für den Stellmotor,
um abhängig von der Drehstellung eines Drehgriffs 2 die
Leistung der Brennkraftmaschine zu steuern. Die Antriebsmaschine
kann aber auch beispielsweise ein durch elektrische Signale angesteuerter
Elektromotor sein.
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Das
Drehgriffmodul 1 wird vom Fahrer des Motorrads handbetätigt,
wobei der Drehgriff 2 auf einer Lenkstange oder einem Lenkerrohr 4 des
Motorrads um eine zur Rohrachse 6 koaxiale Schwenkachse
drehbar gelagert ist. Die Drehbewegungen des Drehgriffs 2 relativ
zum Lenkerrohr 4 sind durch wenigstens einen Sensor 8 detektierbar,
welcher ein vom Drehwinkel des Drehgriffs 2 abhängiges
elektrisches Signal an ein hier aus Maßstabsgründen
nicht gezeigtes Steuergerät der Antriebsmaschine aussteuert.
Der Drehgriff 2 ist durch wenigstens ein Federelement 10 in
seine Ausgangs- oder Nulllage vorgespannt, welche einem Leerlauf
der Antriebsmaschine entspricht.
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Das
wenigstens eine Federelement ist bevorzugt als axiale Druckschraubenfeder 10 ausgebildet.
Weiterhin ist ein Schraubgetriebe 12 vorgesehen, das eine
Drehbewegung des Drehgriffs 2 in eine axiale Bewegung eines
gegen die Federkraft der Schraubenfeder 10 wirkenden Gleitstücks 14 wandelt.
Das Schraubgetriebe 12 beinhaltet um die Schwenkachse 6 verschraubbare
Schraubflächen 16, 18, die durch die
Schraubenfeder 10 und das Gleitstück 14 gegeneinander
verspannt sind. Wesentlich ist auch, dass die Schraubenfeder 10,
das Schraubgetriebe 12, der Sensor 8 und das Gleitstück 14 innerhalb
des Lenkerrohres 4 angeordnet sind.
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Die
Schraubflächen 16, 18 sind hier beispielsweise
als sich lediglich über einen Teilkreis erstreckende Schraubenlinien
mit relativ großer Steigung jeweils an einer Mantelwandung
des rohrförmigen Gleitstücks 14 und an
einem im Lenkerrohr 4 gehaltenen rohrförmigen
Sensorgehäuse 20 ausgebildet. Das Gleitstück 14 und
das Sensorgehäuse 20 sind bevorzugt einstückige
Bauteile.
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Das
Gleitstück 14 ist bevorzugt auf einer im Lenkerrohr 4 drehbar
gelagerten, mit der Schwenkachse 6 koaxialen Welle 22 axial
verschieblich aber drehfest mit dieser gelagert, welche wiederum
mit dem Drehgriff 2 drehfest verbunden ist. Weiterhin umschließt
die Schraubenfeder 10 die Welle 22 und ist einerseits
an einer glatten, von der Schraubfläche 16 weg
weisenden Stützfläche 24 des Gleitstücks 14 und
andererseits an einer endseitigen Schulter 26 der Welle 22 abgestützt.
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Wie
am besten aus 2 hervorgeht, weist das Gleitstück 14 eine
zentrale rechteckförmige Öffnung 28 auf,
welche auf einem rechteckförmigen Querschnitt 30 der
Welle 22 in Drehrichtung formschlüssig und in
Axialrichtung verschieblich gehalten ist. Denkbar ist aber jegliche
in Drehrichtung formschlüssige Verbindung zwischen Welle 22 und
Gleitstück 14, welche eine axiale Bewegung des
Gleitstücks 14 zulässt.
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Bevorzugt
ragt ein Ende 32 der Welle 22 ein Stück
weit aus dem freien Ende des Lenkerrohrs 4 heraus und ist
mit einer Stirnfläche 34 des Drehgriffs 2 verbunden,
beispielsweise dadurch, dass das mit der Schulter 26 versehene
Ende 32 der Welle 22 einen Außenvierkant 36 aufweist,
welcher in einen Innenvierkant 38 in der Stirnfläche 34 des
Drehgriffs 2 eingreift und dort gehalten ist.
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Das
andere Ende
40 der Welle
22 trägt beispielsweise
ein Sensorelement
42 des Sensors
8, welches mit
einem weiteren, im Sensorgehäuse
20 gehaltenen
Sensorelement
44 zusammen wirkt. Dieses Sensorelement ist
vorzugsweise ein integrierter Hall-IC
44, welcher eine
Richtungsänderung eines Magnetfeldes detektieren kann.
Solche Hall-IC's
44 sind beispielsweise aus der
EP 1 182 461 A2 bekannt.
Alternativ kann jeder berührungs los arbeitende Drehwinkelsensor
verwendet werden, welcher beispielsweise nach einem induktiven,
kapazitiven, magnetoresistiven Prinzip arbeitet. Denkbar sind aber
auch Drehwinkelsensoren, die nicht nach einem berührungslosen
Prinzip arbeiten wie beispielsweise Potentiometer.
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Der
Hall-IC
44 beinhaltet einen oder mehrere Hall-Elemente,
welche parallel oder senkrecht zu den Magnetfeldlinien einer oder
mehrerer Magnetscheiben
42 angeordnet sein können,
je nachdem, ob vertikale oder horizontale Hallelemente verwendet
werden. Horizontale Hallelemente sind empfindlich auf die Komponente
des Magnetfeldes, die senkrecht auf ihre Oberfläche trifft,
während vertikale Hallelemente gegenüber der Komponente
des Magnetfeldes empfindlich sind, welche parallel zu ihrer Oberfläche
verläuft. Zusätzlich können die Hall-Elemente
gemäß der in der
EP 1 182 461 A2 offenbarten Lehre auf Magnetfeldkonzentratoren
aus ferromagnetischem Material angeordnet sein, welche die magnetischen Feldlinien
im Bereich des jeweiligen Hallelements in eine für die
Detektion günstige Richtung umlenken.
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Das
am anderen Ende der Welle 22 gehaltene Sensorelement 42 ist
daher ein Magnet, beispielsweise in Form einer Magnetscheibe 42 und
das im Sensorgehäuse 20 gehaltene Sensorelement
der integrierte Hall-IC 44, mit Hall-Elementen, welche
parallel oder senkrecht zur Magnetscheibe 42 angeordnet
sind. Das Sensorgehäuse 20 weist außerdem eine
zur Welle 22 weisende Ausnehmung 46 zur Gleitlagerung
der mit der Welle 22 verbundenen Magnetscheibe 42 auf.
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Der
integrierte Hall-IC 44 ist bevorzugt mit durch das Lenkerrohr 4 hindurch
verlegten elektrischen Leitungen an das Steuergerät der
Antriebsmaschine angeschlossen ist, beispielsweise über
einen am Sensorgehäuse gesteckten, hier nicht gezeigten elektrischen
Stecker.
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Vor
diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des Drehgriffmoduls 1 wie
folgt: Eine Drehbetätigung des Drehgriffs 2 wird über
die Außenvierkant-Innenvierkantverbindung 36, 38 auf
die Welle 22 übertragen. Die Welle 22 überträgt
die Drehbewegung über den Formschluss Außenvierkant-Innenvierkant 28, 30 auf
das Gleitstück 14, welches sich daraufhin dreht
und mit seiner Schraubfläche 16 auf der komplementären
Schraubfläche 18 des Sensorgehäuses 20 abstützt
bzw. dort abwälzt. Da das Sensorgehäuse 20 im
Lenkerrohr 4 fest gehalten ist, kann sich das mit der Welle 22 mitdrehende
Gleitstück 14 lediglich in axialer Richtung, weg
vom Sensorgehäuse 20 bewegen, wodurch die Schraubenfeder 10 komprimiert
und eine Federkraft erzeugt wird, deren auf die Schraubflächen 16, 18 wirkende
Normalkomponenten dort eine Reibkraft hervorrufen, die mit dem Federweg
größer wird. Dieser Effekt bewirkt eine drehwinkelabhängige
und damit federkraftabhängige Hysterese, die das vom Fahrer
gewohnte Betätigungsgefühl hervorruft. Gleichzeitig
wird auch die Magnetscheibe 42 relativ zu den im Sensorgehäuse 20 gelagerten
Hall-Elementen des integrierten Hall-IC 44 verdreht, so
dass diese ein abhängig vom Drehwinkel des Drehgriffs 2 abhängiges
elektrisches Signal an das Steuergerät der Antriebsmaschine aussteuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005013442
A1 [0002]
- - EP 1338503 A1 [0004]
- - EP 1182461 A2 [0005, 0029, 0030]