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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Fahrzeuge, insbesondere der Motorfahrzeuge. Motorfahrzeuge sind
in der Regel mit verschiedenen Steuer- und Regelsystemen ausgestattet.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein solches Steuer-
und Regelsystem, gekennzeichnet durch mechanische Elemente, welche eine
Lenk- und Bremsvorrichtung umfassen, wobei die Lenk- und Bremsvorrichtung
ein Lenkrad verwendet, um sowohl die Lenk- als auch die Bremsvorgänge
des Fahrzeuges vorzunehmen. D. h., die Lenkung des Fahrzeuges erfolgt
durch den Fahrer in üblicher Art und Weise, wobei der Bremsvorgang
durch den Fahrer aber nicht auf übliche Art und Weise durch Drücken
des Bremspedals mit dem rechten Fuß erfolgt, sondern durch
Drücken bzw. Ziehen des Lenkrades. Solche Lenk- und Bremsvorrichtungen
sind entwickelt worden für Menschen mit Behinderungen in
den unteren Extremitäten (die Behinderungen werden nachstehend
als Handicap bezeichnet), beispielsweise für Paraplegiker,
um diesen Personen den Gebrauch eines Fahrzeuges, auch ohne Verwendung
eines der Beine, zu ermöglichen.
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Hintergrund im Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich also auf Fahrzeuge, insbesondere
Motorfahrzeuge mit einer Lenk- und Bremsvorrichtung, bestehend aus
einem Lenkrad, aus einer Lenksäule, die eine sich in Längsrichtung
erstreckende Achse aufweist, welche eine Lenkwelle einschließt,
die mit dem Lenkgetriebe des Fahrzeuges verbunden ist, wobei das
Fahrzeug außerdem ein Bremspedal aufweist, das mit einer Fahrzugbremsanlage
des Fahrzeuges verbunden ist.
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Fahrzeuge,
die Steuer- und Regelsysteme einsetzen und die nicht die Benutzung
beider Beine eines Fahrers zur Führung des Fahrzeugs erfordern, sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Einige davon sind in der
WO97/14574 A1 ;
der
WO93/19948 A1 ;
der
US 5,662,002 und
der
US 6,263,753 B1 beschrieben.
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Die
WO97/14574 A1 von
Sebazco offenbart ein Lenk- und Bremssteuersystem. Diese Erfindung stellt
ein Mittel bereit, um ein Motorfahrzeug ohne Verwendung des Bremspedals
zu bremsen, indem gegen das Lenkrad gedrückt wird, um die
Bremse zu betätigen, und der Druck gegen das Lenkrad beendet wird,
um die Bremse zu lösen.
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Das
US- Patent 5,662,002 von
Venturini offenbart eine im Lenkrad montierte Steuervorrichtung zum
Steuern des Beschleunigens und Bremsens. Diese Vorrichtung arbeitet
mit einer Reihe von Hebelelementen, die mit einem Seilzugsystem
verbunden sind, welches die elektrischen Steuerelemente zum Steuern
des Automobils betätigt.
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Die
WO93/19948 A1 von
Rivas offenbart einen Satz Fahrzeugbedienelemente für das
Brems-, das Kupplungs- und das Gaspedal. Ein Gas- und Bremsbedienelement
ist am Lenkrad montiert, und ein anderes Brems- und Kupplungsbedienelement
ist am Schalthebel montiert. Signale werden elektrisch über
eine drahtlose Verbindung von dem Bedienelement zu einem Motor übertragen,
um das Pedal zu betätigen. Die zuvor aus dem Stand der
Technik genannten Dokumente beschreiben alle ein komplexes und aufwendig
geführtes Lenk- und Bremssystem, welches über
den Bedarf vieler Menschen mit Handicap hinausgeht und zu Fahrzeugen
mit hohen Anschaffungskosten führt.
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Die
US 6,263,753 B1 ,
die das Dokument des nächsten Standes der Technik darstellt,
offenbart eine Steuervorrichtung, welche eine Keilwelle umfasst,
wobei diese Keilwelle an dem unteren Ende integral mit einer Fahrzeuglenkwelle
ausgebildet ist. Des weiteren ist die Keilwelle lösbar
in ein erstes Ende eines Keilprofillagers eingesetzt, wobei sich das
Keilprofillager in einer axialen Richtung entlang der Keilwelle
bewegen kann. Außerdem ist das Keilprofillager, mit Hilfe
eines beliebigen geeigneten Mittels, auf eine Bewegung zwischen
dem oberen Ende der Keilwelle und dem unteren Ende der Keilwelle
beschränkt. Das obere Ende des Keilprofillagers ist in die
Ringbaugruppe eingesetzt. Ein Lenkrad ist an der Ringbaugruppe mit
Hilfe eines geeigneten Verbindungsmittels angebracht. Des weiteren
steht ein Bremslagermittel in Kontakt mit der Unterseite der Ringbaugruppe.
Das Bremslagermittel ist mittels der Lagerkappe an der Steuerstange
angebracht. Das Bremslagermittel enthält beispielsweise
ein Kugellager. Die Steuerstange verläuft durch mindestens
eine Führungshalterung hindurch und ist des weiteren mit Hilfe
eines geeigneten Mittels am Fahrzeugbremspedal angebracht. Das Bremspedal
ist mit der Fahrzeugbremsanlage verbunden. Eine Bewegung des Lenkrades
und der Ringbaugruppe in eine Richtung, entlang der Achse der Steuervorrichtung,
führt zu einer Bewegung des Fahrzeugbremspedals und zu
einem Betätigen der Fahrzeugbremsanlage. Auch hier besteht
der Nachteil des beschriebenen Gegenstandes in der zu großen
Komplexität, vor allem den Aufbau des Ringbauringes betreffend,
der aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht, der Keilwelle,
dem Keilprofillager, dem Anschlussmittel, dem Distanzring, dem Lagerring
und dem Außenring, der auf der Innenseite Vertiefungen
für das Bremsmittel aufweist, der Lagerkappe und der Steuerstange
enthält, wobei zwischen den Flanken der Keilnabe und den
Flanken der Keilwelle noch ein Mittel eingefügt ist, wodurch die
Flanken der Verzahnung nicht aneinander liegen, was die Komplexität
erkennen lässt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache
und bequeme Lenk- und Bremsvorrichtung zu schaffen, welche ein Führen des
Fahrzeuges für Menschen mit Handicap sicher erlaubt, ohne
auf ein Fahrzeug, ausgestattet mit einem Lenk- und Bremssystem mit
hohen Anschaffungskosten, zurückgreifen zu müssen.
Also eine Lenk- und Bremsvorrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, welche die genannten Nachteile der bekannten Anordnungen
aus dem Stand der Technik vermeidet und eine technische Lösung
anzugeben, die es ermöglicht, unter Beibehaltung der standardisierten
Abmessungen von Serienfahrzeugen mit mechanischen Getrieben und
Pedalanordnungen, und ohne Modifikation von konstruktiven Elementen,
für ein Lenk- und Bremssystem geeignet zu sein. Außerdem
bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Lenk- und Bremsvorrichtung,
welche modular ist und daher sowohl in Fahrzeugen, insbesondere
in Motorfahrzeugen, mit mechanischem, als auch mit Automatik-Getriebe,
eingesetzt werden kann. Die spezielle Aufgabe der Erfindung besteht daher
in der Entwicklung einer konstruktiv einfachen, aber wirkungsvollen
Lenk- und Bremsvorrichtung zur Übertragung der Lenk- und
Bremsbewegung, insbesondere vom Lenkrad des Fahrzeuges aus. Alternativ
soll der Bremsvorgang vom sowohl vom Lenkrad, wie vom Bremspedal
aus, möglich sein.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Problem durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen
und den nachstehenden Beschreibungen.
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Beschreibung der Erfindung
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Um
eine mit diesen Merkmalen der vorliegenden Erfindung ausgestattete
Lenk- und Bremsvorrichtung zum Führen eines Fahrzeuges,
insbesondere von Motorfahrzeugen, bereitzustellen, welche alle Anpassungsfähigkeit
und Leistung eines Fahrzeuges bewahrt, und welche die Möglichkeit
einer normalen Führung durch einen Fahrer gestattet, wobei
die vorhandene Pedalanordnung benutzt oder auf die Führung
der Pedalanordnung verzichtet wird, mussten die zuvor genannten
Aufgaben erfindungsgemäß gelöst werden.
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Die
Lösung der Aufgaben ist in der nachfolgend beschriebenen
Lenk- und Bremsvorrichtung verwirklicht. Die Lenk- und Bremsvorrichtung
umfasst ein Lenkrad, eine obere Lenkwelle, an deren oberem Ende
ein Flansch und an deren unterem Ende ein Aufnahmeelement mit Ringnut
angeordnet ist, und die eine Bohrung enthält, welche mit
einer innen liegenden Längsverzahnung ausgestattet ist, mindestens
eine Lenksäule bestehend aus einer Hülse zur Aufnahme
eines Lagers, wobei das Lager eine Bohrung aufweist, die so bemessen
ist, dass die Lenksäule hindurch treten kann, eine untere
Lenkwelle, an deren oberem Wellenende eine außen liegende
Längsverzahnung und an deren unterem Wellenende ein Zapfen
angeordnet ist, ein mechanisches Verbindungselement, bestehend aus
einem Metallkörper, welcher eine erste Bohrung aufweist, die
so bemessen ist, dass diese zur Ringnut korrespondiert und eine
zweite Bohrung aufweist, welche zur Aufnahme eines Befestigungsmittels
dient, wobei die zweite Bohrung senkrecht zur ersten Bohrung angeordnet
ist und eine mechanische Schubstange, deren oberes Ende eine Öffnung
und deren unteres Ende einen Winkel mit Bolzen enthält.
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Die
Bedienung der Lenk- und Bremsvorrichtung während des Betriebes
des Fahrzeuges erfolgt in üblicher Art und Weise, d. h.,
das Lenken des Fahrzeuges wird bewerkstelligt, indem der Fahrer
das Lenkrad benutzt. Wenn jedoch, gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der Fahrer das Fahrzeug anhalten möchte,
braucht der Fahrer, wenn es sich um einen Fahrer mit Handicap handelt,
lediglich eine abwärts gerichtete Kraft, in einer Vorwärtsrichtung
relativ zum Fahrer, die entlang der Achse der Lenksäule
verläuft, an das Lenkrad anzulegen. D. h., bei der Verwendung
des Lenkrades durch den Fahrer, in Kombination mit den zuvor genannten
Elementen der Lenk- und Bremsvorrichtung, wird mit relativ geringer
Kraft eine Bewegung auf die Fahrzeugbremsanlage ausgeübt.
Die durch den Fahrer ausgeübte abwärts gerichtete
Kraft bewirkt, dass sich das Lenkrad aus seiner ursprünglichen
Position nach unten bewegt. Die auf das Lenkrad wirkende abwärts
gerichtete Kraft bewirkt somit eine Abwärtsverschiebung
der oberen Lenkwelle und somit eine Verschiebung der an der oberen
Lenkwelle angeordneten Schubstange, welche direkt an dem Bremspedal
befestigt ist. Die abwärts gerichtete Kraft wirkt somit über
das Lenkrad auf die obere Lenkwelle und der daran angeordneten Schubstange
und von dort über das Bremspedal auf die Fahrzeugbremsanlage, wodurch
das Fahrzeug in seiner Geschwindigkeit abgebremst wird, oder, physikalisch
ausgedrückt, eine Negativ- Beschleunigung erfährt,
bis notwendigerweise das Fahrzeug zum Stillstand kommt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung der Lenk- und Bremsvorrichtung,
gemäß der ersten Ausführungsform, ermöglicht
dem Fahrer, das Fahrzeug mit dem Lenkrad zu lenken, d. h., der Fahrer
muss lediglich eine abwärts gerichtete Kraft auf das Lenkrad ausüben,
um zu bewirken, dass das Bremspedal nach unten gedrückt
und die Bewegung des Fahrzeuges verringert bzw. angehalten wird.
Die Erfindung stellt ein Mittel zur Verfügung, um ein Fahrzeug, ohne
Verwendung eines Fußes, am Bremspedal zu bremsen.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Abbremsen
des Fahrzeuges, trotz dieser vorhandenen Lenk- und Bremsvorrichtung, auch
ohne eine Betätigung, bzw. eine Abwärtsverschiebung
des Lenkrades und der daran angeschlossenen Elemente, erfolgen.
Fahrzeuge, ausgerüstet mit dieser erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer Lenk- und Bremsvorrichtung, können
somit auch von Fahrern ohne Handicap benutzt werden, wobei der Fahrer
die Wahl hat, die Lenk- und Bremsvorrichtung zum Abbremsen des Fahrzeuges
zu benutzen oder, trotz dieser Vorrichtungen, das Fahrzeug normal über
das Lenkrad und, mit dem Fuß, über das vorhandene
Bremspedal zu betätigen. Damit das an der Lenk- und Bremsvorrichtung über
eine Schubstange angeschlossene Bremspedal auch über eine normale
Fußbetätigung benutzt werden kann, ist die Verbindungsstelle
zwischen der oberen Lenkwelle und der Schubstange mit einer mechanischen
Kupplung ausgebildet. Die mechanische Kupplung bildet das Verbindungselement
zwischen dem, an der oberen Lenkwelle angeordneten Lenkrad, und
der, an dem Bremspedal angeordneten Schubstange, wobei die Kupplung
aus zwei Hälften gebildet wird. Die zwei Hälften
der Kupplung sind lösbar miteinander verbunden und weisen
dazu bewegliche Verriegelungsmittel auf, die bei Bedarf die Verbindung
zwischen den beiden Hälften der Kupplung lösen
oder die Verriegelung aufrechterhalten. Die eine Hälfte
der Kupplung ist auf der oberen Lenkwelle und die andere Hälfte
der Kupplung auf der unteren Lenkwelle angeordnet. Die obere Hälfte
der Kupplung ist auf der oberen Lenkwelle befestigt und die andere
Hälfte der Kupplung ist verschiebbar auf der unteren Lenkwelle angeordnet
und bildet das Verbindungselement zur Schubstange. Alternativ kann
auch eine elektromagnetische Kupplung, ebenfalls bestehend aus zwei Kupplungshälften,
die lösbar miteinander verbunden sind, eingesetzt werden.
Die Betätigung der elektromagnetischen Kupplung erfolgt über
ein am Lenkrad angeordneten Bedienelement.
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Die
Kupplung hat folgende Funktion. Erfolgt eine abwärts gerichtete
Kraft auf das Lenkrad, wirkt eine Druckkraft über die obere
Lenkwelle auf die geschlossene Kupplung, welche als Kraftübertragungseinrichtung
eine Verschiebung der an der Kupplung angeordneten Schubstange bewirkt
und somit eine Verschiebung des Bremspedals zur Folge hat, wodurch
das Fahrzeug abgebremst oder angehalten werden kann. Wirkt keine
abwärtsgerichtete Kraft auf das Lenkrad, sondern wird das
Bremspedal von einem Fuß des Fahrers betätigt,
wirkt über die, an dem Bremspedal und der Kupplung angeordneten
Schubstange, eine Zugkraft auf die Kupplung, wodurch die Kupplung
geöffnet wird. Aufgrund der Zugkraft öffnen sich
die beweglichen Verriegelungsmittel der Kupplung und geben die beiden
Hälften der Kupplung frei. Die eine Hälfte der
Kupplung verbleibt, aufgrund einer Befestigung, an der oberen Lenkwelle
zurück, wohingegen die andere Hälfte der Kupplung
auf der unteren Lenkwelle, aufgrund der Verschiebbarkeit, auf der
Längsverzahnung entlang gleitet. Durch das Öffnen
der Kupplung wird die Verbindung zwischen der oberen Lenkwelle und
der Schubstange getrennt, wodurch keine feste Verbindung zwischen
dem Bremspedal und dem Lenkrad mehr besteht. Das untere Teil der
Kupplung, welches mit der Schubstange verbunden ist, gleitet in
der Bewegung auf der unteren Lenkwelle, gezogen von der Schubstange,
bzw. durch die Abwärtsbewegung des Bremspedals, mit. Das
obere Teil der Kupplung verbleibt auf der oberen Lenkwelle. Das
Lenkrad wird, bei der Betätigung des Bremspedals mit dem
Fuß, dabei nicht mit abwärts bewegt, weil die
Kupplung die Verbindungsstelle zwischen der oberen Lenkwelle und
der Schubstange freigegeben hat. Wird das Bremspedal entlastet und bewegt
sich das Bremspedal wieder in die ursprüngliche Stellung
zurück, schiebt es automatisch die Schubstange und den
daran angeschlossenen unteren Teil der Kupplung gegen den oberen
Teil der Kupplung. In der Ursprungsposition des Bremspedals besteht
zwischen beiden Kupplungsteilen, aufgrund der Verriegelungsmittel,
wieder eine schlüssige Verbindung. Jetzt kann das Lenkrad
der Lenk- und Bremsvorrichtung wieder als Bremsvorrichtung zum Abbremsen
des Fahrzeuges, entsprechend der ersten Ausführung der
Erfindung, benutzt werden oder, gemäß der Beschreibung
der zweiten Ausführung, mit Hilfe der Kupplung und der
Fußbetätigung direkt über das Bremspedal.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung der Lenk- und Bremsvorrichtung,
gemäß der zweiten Ausführungsform, ermöglicht
dem Fahrer, das Fahrzeug mit dem Lenkrad zu lenken, und der Fahrer
kann über eine abwärts gerichtete Kraft auf das
Lenkrad ausüben, um zu bewirken, dass das Bremspedal nach
unten gedrückt und die Bewegung des Fahrzeuges verringert
bzw. angehalten wird. Der Fahrer kann aber auch das Fahrzeug, wie
herkömmlich, mit dem Lenkrad lenken und die Verzögerung
der Bewegung des Fahrzeuges bis hin zum Stillstand direkt über
das Bremspedal erwirken. Beide Ausführungen der Lenk- und
Bremsvorrichtung werden über manuelle Steuerbefehle des
Fahrers bedient. Diese Ausführungsform der Erfindung stellt
ein Mittel zur Verfügung, ein Fahrzeug, mit und ohne der
Verwendung eines Fußes am Bremspedal, zu bremsen. Ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und
wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 in
Schnittdarstellung eine Lenk- und Bremsvorrichtung einer ersten
Ausführungsform der Erfindung, wobei der Bremsvorgang des
Fahrzeuges über das Lenkrad gesteuert wird, und
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2 eine
erfindungsgemäße Lenk- und Bremsvorrichtung, entsprechend
einer zweiten Ausführungsform, wobei der Bremsvorgang des
Fahrzeuges über das Lenkrad oder das Bremspedal erfolgen
kann, und
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3 in
Detailansicht eine Schubstange mit Bremspedal einer erfindungsgemäßen
Lenk- und Bremsvorrichtung, gemäß der ersten und
zweiten Ausführungsform.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 in einer Schnittdarstellung
eine Lenk- und Bremsvorrichtung 1, bestehend aus einer
Vielzahl von Bauteilen. Bei den Bauteilen handelt es sich um ein
Lenkrad 2, eine obere Lenkwelle 3, eine Lenksäule 4,
ein Verbindungselement 5, eine untere Lenkwelle 8,
einem Wellengelenk 11, ein Lenkgetriebe 9, eine
Schubstange 6, ein Bremspedal 7 und eine Fahrzeugbremsanlage 10.
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Die
in der Beschreibung der 1 aufgeführten Bezugszeichen
sind teilweise in der 2 und 3 enthalten.
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Das
Lenkrad 2 ist an einem Flansch 13, welcher sich
am oberen Ende 12 der Lenkwelle 3 befindet, angeordnet
bzw. befestigt. Die obere Lenkwelle 3 wird zur Fixierung
und Lagerung durch mindestens eine Lenksäule 4,
welche am Fahrzeugrahmen 41 befestigt ist, geführt.
Die Lenksäule 4 wird aus einer Hülse 19,
einem Lager 20, welches eine Bohrung 21 zur Aufnahme
der oberen Lenkwelle 3 aufweist, gebildet. Die obere Lenkwelle 3 ist
in der Bohrung 21 des Lagers 20 der Lenksäule 4 spielfrei
eingepasst und kann darin axial verschoben werden. Die axiale Verschiebung
kann in zwei Richtungen 42, entlang der Achse der Lenksäule 4,
erfolgen. Die erste axiale Richtung entspricht einer Vorwärtsrichtung 43 und wird
durch eine abwärts gerichtete Kraft, welche der Fahrer
auf das Lenkrad 2 ausübt, um einen Bremsvorgang
vorzunehmen, bestimmt. Ein Richtungswechsel am Lenkrad 2 wird
wiederum durch die manuelle Betätigung des Lenkrades 2 durch
den Fahrer erzeugt. Eine durch den Fahrer erzeugte aufwärts gerichtete
Kraft zieht das Lenkrad 2 in Richtung 44 des Fahrers,
und der Bremsvorgang wird aufgehoben. Damit die durch den Fahrer,
durch manuelle Betätigung auf das Lenkrad 2, aufgebrachte
Kraft auch eine Bewegung am Bremspedal 7 bewirkt, weist
das untere Ende 14 der oberen Lenkwelle 3 ein
Aufnahmeelement 15 auf. Das Aufnahmeelement 15 enthält eine
Ringnut 16 zur Aufnahme eines Verbindungselementes 5.
Das Verbindungselement 5 besteht aus einem Metallkörper,
der verschiedene Bohrungen 26, 27, aufweist. Die
Bohrung 26 korrespondiert mit der Größe
der Ringnut 16, wobei das Verbindungselement 5 die
Ringnut 16 des Aufnahmeelementes 15 umschließt.
Das Verbindungselement 5 ist drehbar in der Ringnut 16 des
Aufnahmeelementes 15 gelagert. Die andere, im Verbindungselement 5 angeordnete Bohrung 27,
dient der Aufnahme eines Befestigungsmittels 33 (siehe 2),
vorzugsweise einer Schraube, die auch durch die Öffnung 30 am
oberen Ende 28 der Schubstange 6 geführt
wird und somit die Schubstange 6 am Verbindungselement 5 befestigt. Die
Befestigung ist derart ausgebildet, dass die Schubstange 6 beweglich
am Verbindungselement 5 angeordnet ist. Vorteilhafterweise
ist das Verbindungselement 5 mit einer u-förmigen
Halterung 45 (siehe 2) ausgestattet.
Zwischen den Schenkeln (nicht dargestellt) der Halterung 45 ist
die Schubstange 6 drehbar angeordnet, wobei jeder Schenkel
eine Bohrung 27, 27' aufweist, welche das Befestigungsmittel 33 (siehe 2)
aufnimmt. Das untere Ende 29 der Schubstange 6 ist
am Bremspedal 7 befestigt. Dazu ist das untere Ende 29 der
Schubstange 6 mit einem Bolzen 32 (siehe 3)
ausgestattet. Der Bolzen 32 ist senkrecht auf der flachen
Seite 47 der Schubstange 6 angeordnet, wobei die
Schubstange 6 aus einem Metallstreifen, vorzugsweise aus
einem Flachstahl 49 oder Profilstahl, gebildet ist. Zur
Erhöhung der Festigkeit, bzw. zur Verstärkung
des Bolzens 32 an der Schubstange 6, ist noch
ein Winkel 31 an der Schubstange 6 und dem Bolzen 32 angeordnet,
bzw. angeschweißt. Der Bolzen 32 ist über
ein Befestigungsmittel 34 am Bremspedal 7 angelenkt. Näheres
zur Befestigung des Bolzens 32 am Bremspedal 7 kann
der Beschreibung der 3 entnommen werden. Das Bremspedal 7 selbst
ist mit der Fahrzeugbremsanlage 10 verbunden, auf die hier nicht
näher eingegangen wird und die dem Stand der Technik entnommen
werden kann. Die Bewegungsrichtung 46 der Schubstange 6 ist
in der Zeichnung dargestellt.
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Die
zuvor angegebenen Merkmale stellen den mechanischen Verbindungsweg
vom Lenkrad 2 bis zur Fahrzeugbremsanlage 10 dar,
und beschreiben den maßgeblichen Anteil der kombinierten
Lenk- und Bremsvorrichtung 1.
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Zur
Funktion der Lenk- und Bremsvorrichtung 1 gehört
aber auch die Verbindung des Lenkrades 2 mit dem Lenkgetriebe 9.
Ein Teil dieser mechanischen Verbindung ist identisch mit der Verbindung des
Lenkrades 2 und der Fahrzeugbremsanlage 10. Das
Lenkrad 2 ist, wie zuvor beschrieben, an dem Flansch 13 der
oberen Lenkwelle 3 befestigt. Zur Übertragung
der Lenk- bzw. Drehbewegung und der axialen Verschiebung der oberen
Lenkwelle 3 weist die obere Lenkwelle 3 eine Bohrung 17 auf,
welche mit einer innen liegenden Längsverzahnung 18 ausgebildet
ist. Die Öffnung der Bohrung 17 mit der innen
liegenden Längsverzahnung 18 befindet sich am unteren
Ende 14 der oberen Lenkwelle 3 und erstreckt sich
in Richtung des oberen Endes 12 der oberen Lenkwelle 3,
bzw. in Richtung des Lenkrades 3. Die obere Lenkwelle 3 bildet
mit der innen liegenden Längsverzahnung 18 eine
Keilnabe, wobei das Keilnabenprofil der Vorschrift einer DIN-Norm
entsprechen kann. Die innen liegende Längsverzahnung 18 der
oberen Lenkwelle 3 nimmt die korrespondierende, außen
liegende Längsverzahnung 23 der unteren Lenkwelle 8 auf.
Die außen liegende Längsverzahnung 23 der
unteren Lenkwelle 8 ist im Bereich des oberen Wellenendes 22 angeordnet
und erstreckt sich in Richtung des unteren Wellenendes 24,
bzw. in Richtung des Wellengelenkes 11. Die untere Lenkwelle 8 bildet
mit der außen liegenden Längsverzahnung 23 eine
Keilwelle, wobei das Keilwellenprofil der Vorschrift einer DIN-Norm
entsprechen kann. Die Keilnabe der oberen Lenkwelle 3 und die
Keilwelle der unteren Lenkwelle 8 bilden zur Bewegungsübertragung
eine formschlüssige Welle-Naben-Verbindung. Damit ist eine
ein- und ausschiebbare Verbindung für die obere Lenkwelle 3 zu
der unteren Lenkwelle 8 gegeben. Am unteren Wellenende 24 der
unteren Lenkwelle 8 befindet sich ein Zapfen 25.
Der Zapfen 25 ist Träger eines Wellengelenkes 11.
Das Wellengelenk 11 besteht aus einem Kreuzgelenk und ist
mit dem Lenkgetriebe 9 des Fahrzeuges verbunden. An der
unteren Lenkwelle 8 kann eine weitere Lenksäule 4' mit
Verbindung zum Fahrzeugrahmen 41' angeordnet sein.
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Mit
den zuvor genannten Angaben ist auch der mechanische Verbindungsweg
vom Lenkrad 2 bis zum Lenkgetriebe 9 der Lenk-
und Bremsvorrichtung 1 aufgezeigt.
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Das
in der 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
erfinderischen Lenk- und Bremsvorrichtung 1, gemäß einer
zweiten Ausführungsform, weist in schematischer Darstellung
die gleichen Merkmale der Lenk- und Bremsvorrichtung 1 auf,
wie bereits in der 1 dargestellt und analog in
der Beschreibung offenbart. Es werden die gleichen Bezugszeichen
angenommen.
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Die
zweite Ausführungsform der erfinderischen Lenk- und Bremsvorrichtung 1 weist
an der Verbindungsstelle, dem unteren Ende 14 der oberen Lenkwelle 3 und
dem Anschluss der Schubstange 6, einen gravierenden Unterschied
auf. Der Unterschied besteht darin, dass das am unteren Ende 14 der
oberen Lenkwelle 3 angeordnete Aufnahmeelement 14 entfällt,
und erfindungsgemäß durch eine Kupplung 37 ersetzt
wird, welche die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 2 und
der Fahrzeugbremsanlage 10 herstellt. Die Kupplung 37 besteht
im Prinzip aus zwei Hälften, einer oberen Hälfte 38 und
einer unteren Hälfte 39 und ist lösbar
miteinander verbunden. Die obere Hälfte 38 der
Kupplung 37 ist an der oberen Lenkwelle 3 befestigt,
bzw. fest mit dieser verbunden, während die untere Hälfte 39 der
Kupplung 37 auf der unteren Lenkwelle 8 verschiebbar
angeordnet ist. Zur Befestigung der oberen Hälfte 38 der
Kupplung 37 befindet sich am unteren Ende 14 der
oberen Lenkwelle 3 ein Befestigungselement 36.
Alternativ kann die obere Hälfte der Kupplung 37 aber
auch mit einem Befestigungsmittel (nicht dargestellt) auf der oberen
Lenkwelle 3 befestigt werden. Die untere Hälfte 39 der
Kupplung 37 enthält Verriegelungsmittel 40,
ein Aufnahmeelement 15 und eine innen liegende Längsverzahnung (nicht
dargestellt). Aufgrund der innen liegenden Längsverzahnung,
die mit der außen liegenden Längsverzahnung 23 der
unteren Lenkwelle 8 korrespondiert, ist die untere Kupplungshälfte 39 auf
der unteren Lenkwelle 8 verschiebbar. Das Aufnahmeelement 15 ist
mit einer Ringnut 16 ausgebildet und entspricht den Ausführungen
des Aufnahmeelements 15, gemäß der 1.
Das Aufnahmeelement 15 der Kupplungshälfte 39 ist
daher geeignet, ein Verbindungselement 5, gemäß der 1,
aufzunehmen. Die obere Kupplungshälfte 38 enthält Öffnungen,
in welche die Verriegelungsmittel 40 der unteren Kupplungshälfte 39 eingreifen
können. In der Ausgangsposition der Kupplung 37 sind
beide Kupplungshälften 38, 39 vereint,
d. h, auch das Lenkrad 2 der Lenk- und Bremsvorrichtung 1 befindet
sich in der Ausgangsstellung. Wird eine Kraft (Druckkraft), vom Lenkrad 2 in
Richtung Lenkgetriebe 9, auf die obere Hälfte 38 der
Kupplung 37 ausgeübt, verschiebt sich die gesamte
obere Lenkwelle 3 mit der kompletten Kupplung 37 über
die untere Lenkwelle 8 und ein Abbremsen des Fahrzeuges
erfolgt. Wirkt aber eine Zugkraft auf die untere Hälfte 39 der
Kupplung 37, ausgeübt durch das Betätigen
bzw. Herunterdrücken des Bremspedals 7, und die
damit verbundene Verschiebung der Schubstange 6 in etwa
in Richtung 46 der Fahrzeugbremsanlage 10, geben
die Verriegelungsmittel 40 die untere Kupplungshälfte 39 frei.
Die Kupplungshälfte 39 gleitet auf der unteren
Lenkwelle 8 entlang, wobei die obere Kupplungshälfte 38,
und somit die obere Lenkwelle 3, in ihrer ursprünglichen Position
verbleibt. Zur Beendigung des Bremsvorganges wird das Bremspedal 7 wieder
entlastet. Dabei schiebt das Bremspedal 7, aufgrund der
Verbindung zwischen der Schubstange 6 und dem Bremspedal 7 einerseits,
und der Verbindung der Schubstange 6 mit dem Verbindungselement 5 andererseits,
die Schubstange 6 in etwa in Richtung 46 Lenkrad 2.
Da das Verbindungselement 5 mit der unteren Kupplungshälfte 39 verbunden
ist, wird die untere Kupplungshälfte 39 gegen
die feststehende obere Kupplungshälfte 38 geschoben.
Die Kupplungshälfte 39 gleitet solange auf der
unteren Lenkwelle 8 in Richtung 43 entlang, bis
die Verriegelungsmittel 40 der Kupplungshälfte 39 in
die Öffnungen der oberen Kupplungshälfte 38 eingreifen
und eine Verriegelung vornehmen. Sind die beiden Kupplungshälften 38, 39 wieder
miteinander verriegelt, ist die Kupplung 37 vollständig
komplettiert. Bei einer abwärts- bzw. aufwärts
gerichteten Kraft (Zug- und Druckkraft) am Lenkrad 2 und
somit auf die am unteren Ende 14 der oberen Lenkwelle 3 angeordneten
oberen Kupplungshälfte 38, bleibt die Kupplung 37 immer
geschlossen, bzw. im verriegelten Zustand. Das Entriegeln der Kupplung 37 für
einen Bremsvorgang, der nicht manuell über das Bremspedal 7 durch
Zugkraft gesteuert werden soll, kann, bei Einsatz einer elektromagnetischen
Kupplung, über ein Bedienelement 48 erfolgen.
Das Bedienelement 48 ist am Lenkrad 2 angeordnet. Über
die Betätigung des Bedienelementes 48 werden die
beiden Kupplungshälften 38, 39 freigegeben
und der Funktionsablauf erfolgt wie in der 2 offenbart.
Unterbleibt die Betätigung des Bedienelementes 48,
wird der Bremsvorgang über das Lenkrad 2 der Lenk-
und Bremsvorrichtung 1, gemäß der Beschreibung
der 1, vorgenommen. D. h., wird die Kupplung 37 nicht
entriegelt, wirkt die komplette Kupplung 37 wie das an
der oberen Lenkwelle 3 angeordnete Aufnahmeelement 15,
in Verbindung mit dem Verbindungselement 5, gemäß der
ersten Ausführungsform. Die technische Ausführung
der Lenk- und Bremsvorrichtung 1 entspricht allen Sicherheitsvorschriften.
Ein Bremsen des Fahrzeuges über die manuelle Steuerung
mit dem Lenkrad 2 ist zu jeder Zeit gegeben. Auch bei der
Option mit einer zusätzlichen Kupplung 37 als
Verbindungselement in der Lenk- und Bremsvorrichtung 1,
kann manuell über das Lenkrad 2 ein Bremsvorgang
erfolgen.
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Aus
der Prinzipsskizze der 3 ist in Detailansicht eine
Schubstange 6 mit Bremspedal 7 einer erfindungsgemäßen
Lenk- und Bremsvorrichtung 1, gemäß der
ersten und zweiten Ausführungsform, ersichtlich.
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Die
Schubstange 6 stellt ein wichtiges Element als Verbindungsglied
in der Lenk- und Bremsvorrichtung 1 dar und überträgt
die vom Fahrer am Lenkrad 2 erzeugte Kraft auf das Bremspedal 7.
Das obere Ende 28 der Schubstange 6 ist, wie bereits
in der 1 beschrieben, am Verbindungselement 5 beweglich
angelenkt, und das untere Ende 29 der Schubstange 6 ist
beweglich am Bremspedal 7 angeordnet. Die konstruktiven
Elemente der Schubstange 6 bestehen aus einem Flachstahl 49,
einem Winkel 31 und einem Bolzen 32. Der Bolzen 32 ist
am unteren Ende 29 der Schubstange 6 angeordnet
und steht senkrecht auf der flachen Seite 47 der Schubstange 6.
Zur Erhöhung der Festigkeit des Bolzens 32, ist
dieser zusätzlich mit einem Winkel 31 verstärkt.
Der Winkel 31 ist einerseits an der Längsseite des
Bolzens 32 und andererseits an der flachen Längsseite 47 angeschweißt.
Das Bremspedal 7 weist ein Befestigungsmittel 34 auf,
welches aus einer Hülse besteht. Die Hülse enthält
eine Bohrung, welche den Bolzen 32 aufnimmt. Der Bolzen 32 ist
in der Hülse drehbar angeordnet. In einer alternativen Ausführung
können beide Elemente vertauscht werden. Der Bolzen 32 an
der Schubstange 6 kann aus einer Hülse bestehen,
während die Hülse am Bremspedal 7 aus
einem Bolzen 32 gebildet sein kann und als Befestigungsmittel 34 dient.
Bei dieser technischen Ausführung würde die Hülse
an der Schubstange 6 befestigt sein und den Bolzen 32 des
Bremspedals 7 aufnehmen. Wird die Schubstange 6 über eine
Betätigung am Lenkrad 2, in der Bewegungsrichtung 46,
verschoben, bewegt sich das Bremspedal 7 um einen Drehpunkt 50,
wodurch sich der Bolzen 32 in der Hülse 34 etwas
dreht. Gleichzeitig bewegt sich das obere Ende 28 der Schubstange 6 um das
Befestigungsmittel 33 mit einer geringfügigen Drehung.
Die Schubstange 6 fluchtet mit der Achse der Lenksäule 4 und
der Bolzen 32 mit dem Befestigungsmittel 34 stellen
die seitliche Verbindung zum Bremspedal 7.
-
- 1
- Lenk-
u. Bremsvorrichtung
- 2
- Lenkrad
- 3
- Obere
Lenkwelle
- 4
- Lenksäule
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Schubstange
- 7
- Bremspedal
- 8
- Untere
Lenkwelle
- 9
- Lenkgetriebe
- 10
- Fahrzeugbremsanlage
- 11
- Wellengelenk
- 12
- Oberes
Ende
- 13
- Flansch
- 14
- Unteres
Ende
- 15
- Aufnahmeelement
- 16
- Ringnut
- 17
- Bohrung
- 18
- Innen
liegende Längsverzahnung
- 19
- Hülse
- 20
- Lager
- 21
- Bohrung
- 22
- Oberes
Wellenende
- 23
- Außen
liegende Längsverzahnung
- 24
- Unteres
Wellenende
- 25
- Zapfen
- 26
- Bohrung
- 27
- Bohrung
- 28
- Oberes
Ende
- 29
- Unteres
Ende
- 30
- Öffnung
- 31
- Winkel
- 32
- Bolzen
- 33
- Befestigungsmittel
- 34
- Befestigungsmittel
- 35
- Wellengelenk
- 36
- Befestigungselement
- 37
- Kupplung
- 38
- Obere
Hälfte
- 39
- Untere
Hälfte
- 40
- Verriegelungsmittel
- 41
- Fahrzeugrahmen
- 42
- Richtungen
- 43
- Vorwärtsrichtung
- 44
- Rückwärtsrichtung
- 45
- Halterung
- 46
- Bewegungsrichtung
- 47
- Flache
Seite
- 48
- Bedienelement
- 49
- Flachstahl
- 50
- Drehpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 97/14574
A1 [0003, 0004]
- - WO 93/19948 A1 [0003, 0006]
- - US 5662002 [0003, 0005]
- - US 6263753 B1 [0003, 0007]