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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft eine Zwangslenkung für langsam selbstfahrende oder von einer Person gezogene bzw. geschobene, mehrachsige Fahrzeuge.
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II. Technischer Hintergrund
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Solche Fahrzeuge, also Schiebewägen wie etwa Kinderwägen oder gezogene Wägen wie etwa gezogene Handkarren, müssen bei mehrachsiger Bauweise wenigstens an einer Achse lenkbare Räder besitzen, um auf komfortable Weise eine Richtungsänderung durchführen zu können.
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Bei gezogenen Handkarren ist es üblich, die Deichsel direkt an der insgesamt schwenkbaren Vorderachse zu befestigen.
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Problematischer sind dagegen geschobene Wägen. Bei diesen ist es bekannt, die Räder an der Vorderachse einzeln frei drehbar, meist mit Nachlauf, vorzusehen, wie dies beispielsweise bei Einkaufswägen der Fall ist.
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Dies funktioniert bei Vorwärtsfahrt zufriedenstellend, bei Rückwärtsfahrt schlagen die Räder dabei jedoch häufig und zufallsbedingt in die falsche Richtung ein, so dass beim Rückwärtsfahren kein exaktes Rangieren möglich ist.
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Für Anwendungen, bei denen auch bei Rückwärtsfahrt ein gutes Rangieren notwendig ist, wird deshalb eine Zwangslenkung der Räder an der Vorderachse benötigt, also eine Lenkung, bei der von einem Steuerelement aus der Bediener die Lenkstellung der Räder vorgeben kann.
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Bei solchen geschobenen Wägen aufgrund der begrenzten Antriebsleistung des Bedieners – oder auch bei einem motorischen Antrieb des zur Verfügung stehenden Antriebsmotors – spielt das Gewicht des gesamten Wagens eine erhebliche Rolle.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Lenkvorrichtung, insbesondere eine Steuervorrichtung, die eine Lenkvorrichtung umfasst, zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und ein geringes Gewicht besitzt.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine besonders einfache Zwangslenkung der beiden Räder im Rahmen einer Steuervorrichtung lässt sich realisieren, wenn beide Räder jeweils einen Achsschenkel, also einen radial von der Schwenkachse des Rades abstrebenden Schenkel aufweisen, an dem beabstandet von der Schwenkachse jeweils ein Zugelement angreift, und diese Zugelemente andererseits an einem schwenkbaren oder drehbaren Steuerelement wiederum außermittig zu dessen Schwenkachse befestigt sind.
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Ein Verschwenken des Steuerelementes bewirkt dann ein Verschwenken des entsprechenden Rades, wobei die Übersetzung durch Wahl der jeweiligen Abstände von den Schwenkachsen beim Steuerelement einerseits und beim Rad andererseits festgelegt wird.
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Die beiden Räder sind dabei über eine Steuerstange hinsichtlich ihrer Auslenkung zwangsgekoppelt, die mit ihren beiden Enden an jeweils einen der beiden Achsschenkel, natürlich wiederum abseits der Schwenkachse und im jeweils gleichen Abstand an beiden Rädern, angreift.
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Entweder greift an jedem der beiden Achsschenkel jeweils ein Zugelement an, welches nur Zugkräfte und keine Druckkräfte übertragen kann. Dann wird bei jedem Lenkvorgang nur ein Zugelement auf Zug belastet, und das damit gekoppelte Rad direkt betätigt, während das andere Rad über die Steuerstange indirekt betätigt wird.
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Eine andere Lösung besteht darin, ein Zug-/Druckelement zu verwenden, welches außer Zugkräften auch Druckkräfte übertragen kann, denn dann genügt die Verbindung nur eines der Räder mit dem Steuerelement, jedoch sind solche kombinierten Zug-/Druckelemente teurer, schwerer und hinsichtlich der Einbaubedingungen begrenzter.
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Die beiden Zugelemente von jeweils einem Achsschenkel zu einem Steuerelement greifen vorzugsweise an ein und demselben Steuerelement an, welches somit beide Räder steuert, und dabei kann es sich anstelle von zwei getrennten Zugelementen auch um ein von einem Rad über das Steuerelement zum anderen Rad durchgehendes Zugelement handeln, sofern es nur am Steuerelement fixiert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Zugelement ein Bowdenzug gewählt, wobei dabei die Hülle des Bowdenzuges nicht bis unmittelbar an die Achsschenkel der Räder heranreicht, sondern weit davor endet, und über eine erhebliche Strecke nur das Seil des Bowdenzuges verläuft. Dies hat den Vorteil, dass das Seil des Bowdenzuges alleine über kleine Biegeradien, zum Beispiel kleine Umlenkrollen, umgelenkt werden kann, während ein Bowdenzug mit Hülle nicht unterhalb eines Mindestradius gekrümmt werden darf, der wesentlich größer ist.
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Dies ist natürlich nur möglich, wenn es sich um ein gut biegsames Seil des Bowdenzuges handelt, mithin um ein Zugelement, welches in aller Regel nur Zugkräfte und keine Druckkräfte in Längsrichtung des Zugelements übertragen kann.
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Das Steuerelement steht vorzugsweise aufrecht und ist um eine ebenfalls aufrecht stehende Schwenkachse drehbar.
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Das Steuerelement kann ein ringförmig geschlossenes Steuerteil sein oder aus zwei einzeln beabstandeten, insbesondere miteinander über eine Querstrebe wirkverbundene Steuerteile in Form von Handgriffen bestehen, wobei die Schwenkachse entweder durch einen Punkt des geschlossenen Steuerteiles verläuft, oder durch die Querstrebe, die die beiden einzelnen beabstandeten Steuerteile miteinander wirkverbindet.
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Dieses Steuerelement und/oder seine Schwenkachse kann an einer Schiebestange angeordnet sein, mit der das Fahrzeug geschoben oder geführt werden kann, wobei die Schwenkachse des Steuerelements vorzugsweise quer zu der Schiebestange verlauft. Der Bediener kann somit durch Betätigen der Steuerelemente den Lenkeinschlag der Räder einstellen, und entweder an dem Steuerelement oder an der querstehenden Schiebestange die entsprechende Schiebekraft aufbringen.
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Falls das entsprechende Fahrzeug über einen motorischen Antrieb verfügt, was bewirkt, dass die Schiebestange dann meist nur zum Führen des Fahrzeuges benötigt wird, kann die Steuerung für den motorischen Antrieb ebenfalls in dem Steuerelement untergebracht sein:
Zu diesem Zweck kann das Steuerelement außer um die aufrecht stehende Schwenkachse auch um eine quer dazu verlaufende, beispielsweise parallel zur Schiebestange verlaufende, Kippachse kippbar sein, wobei die Kippstellung den Motor steuert. Also nach vorne kippen bedingt z. B. Vorwärtsfahrt mit immer größerer Geschwindigkeit, je weiter man das Steuerelement nach vorne kippt, und umgekehrt ein Verkippen des Steuerelementes nach hinten die Rückwärtsfahrt.
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Mittels geeigneter Vorrichtungen ist das Steuerelement dabei in die neutrale Mittelstellung vorgespannt, und nimmt diese nach Loslassen ein, wodurch der Motor zum Stillstand kommt.
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Dabei wird als elektrischer Motor vorzugsweise ein solcher ausgewählt, der im Stillstand eine Bremsfunktion bewirkt, und ein Rollen des Wagens verhindert, beispielsweise ein elektrischer Schrittmotor.
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An dem wenigstens einen Steuerelement oder der Schiebestange kann zusätzlich mindestens ein Handbremshebel angeordnet sein, um unabhängig von der Bremswirkung eines eventuell vorhandenen Motors den Wagen zu bremsen.
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Fernern kann – vor allem bei Vorhandensein eines motorischen Antriebes – an der Schiebestange und/oder dem Steuerelement eine Anzeigeeinheit angeordnet sein, die die Parameter des Fahrzeugantriebes, also insbesondere den Energievorrat, den Status einer eventuell vorhandenen Feststellbremse etc. anzeigt.
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Die Steuervorrichtung kann ferner eine Feststellbremse umfassen mit einem Betätigungselement, welches ebenfalls an der Schiebestange und/oder dem Steuerelement angeordnet ist oder von dort zu ergeifen ist.
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Die Feststellbremse kann eine Auslosevorrichtung zum Verbinden des Bedieners des Steuerelementes mit dem Fahrzeug oder dem Steuerelement aufweisen, beispielsweise ein Auslöseseil, welches bei Belastung auf Zug oder gar beim Abreissen vom Bediener oder vom Fahrzeug die Feststellbremse automatisch in die arretierende Stellung bringt.
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Damit wird die Feststellbremse aktiviert, falls das Fahrzeug vom Bediener wegrollt.
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Insbesondere zu diesem Zweck kann die Feststellbremse mittels zum Beispiel Federspannung in die arretierende Stellung vorgespannt sein.
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Die Steuervorrichtung weist vorzugsweise ein Schloss zum Deaktivieren und Sperren der Antriebsfunktion bei motorischem Antrieb auf, was gleichzeitig ein Aktivieren der Bremse, insbesondere einer Feststellbremse, sofern eine solche vorhanden ist, bewirkt. Dadurch wird verhindert, das Unbefugte das Fahrzeug wegfahren.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1: Eine erste Ausführungsform der Steuervorrichtung,
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2a, b: Das Fahrgestell des gesamten Fahrzeuges mit der Steuervorrichtung und
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3: Eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung.
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Das gesamte Fahrzeug, jedoch ohne Karosserie, also lediglich das Fahrgestell 1 mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, zeigen die 2a in der Seitenansicht und 2b in der Aufsicht, wobei in 2b der obere Teil des Fahrgestells aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen ist.
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Am besten aus 2b ist ersichtlich, dass die Bodengruppe des Fahrgestells 1 aus zwei in Querrichtung 11 verlaufenden Streben besteht, die als Achskörper 2a, b dienen, und die über mehrere längs verlaufende Streben zu dem unteren Teil des Fahrgestells verbunden sind.
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Wie 2a zeigt, ragen von diesem unteren Teil des Fahrgestells aus Streben nach oben, die einen oben umlaufenden Oberrahmen 22 des Fahrgestells 1 tragen, der in der Aufsicht viereckig gestaltet ist und über das hintere Ende des unteren Teils des Fahrgestells hinausragt, sodass der hintere, in Querrichtung 11 verlaufende Schenkel dieses Oberrahmens 22 als in Querrichtung 11 verlaufende Schiebestange 4 benutzt werden kann, um das Fahrzeug vor sich her zu schieben.
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In der Ausführungsform der 2a, b ist das Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb 13 ausgestattet, der die Räder der Hinterachse antreibt und von einer Batterie 20 aus mit Energie versorgt wird.
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Die Räder 3b der Hinterachse 2b sind ungelenkt, während die Räder 3a der Vorderachse 2a schwenkbar um eine aufrechte Radachse 23 an der Achse 2a befestigt sind und einen von der Radachse 23 schräg nach hinten und innen abragenden Achsschenkel 6 aufweisen. Dabei sind die beiden Achsschenkel 6 über eine außerhalb der Radachsen 23 angreifende und die beiden Achsschenkel 6 verbindende Steuerstange 14 verbunden, sodass die. Auslenkung der beiden Räder 3a zwangsgekoppelt ist.
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An den Achsschenkeln 6 oder den Endbereichen der Steuerstange 14, in diesem Fall der Verbindungsstelle zwischen den Achsschenkeln 6 und der Steuerstange 14, greifen die Enden 7a jeweils eines Zugelementes 7, in diesem Fall eines Stahlseiles, an, die mit dem anderen Ende 7b einem Steuerelement 9 zum Lenken und ggf. Ansteuern des elektrischen Antriebes 13 verbunden sind, welches auf der Oberseite in der Mitte der Schiebestange 4 angeordnet ist, wie in vergrößerter Darstellung in 1 zu sehen:
Das Steuerelement 9 ist vorzugsweise ein ringförmig geschlossenes, in diesem Fall sechseckiges, Steuerelement, welches mit seinem untersten quer verlaufenden Schenkel bei Geradeausfahrt parallel oberhalb der Schiebestange 4 an dieser montiert ist und von dort – wie die Seitenansicht der 2a zeigt – schräg nach oben und vorne aufragt.
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Wie am besten 1 zeigt, kann das Steuerelement 9 um eine aufrecht stehende Schwenksachse 9' relativ zur Schiebestange 4 verschwenkt werden, und dieses Verschwenken wird auf die vorderen, lenkbaren Räder 3a analog übertragen, indem die hinteren Enden 7b der beiden Zugelemente 7 an dem Steuerelement 9 beabstandet zu dessen aufrecht stehender Schwenkachse 9' und im gleichen Abstand von dieser befestigt sind. Wie 1 erkennen lässt, kann anstelle zweier getrennter Zugelemente 7 auch ein um die Schwenkachse 9' herumlaufendes einstückiges Steuerelement 7 verwendet werden, welches jedoch ebenfalls drehfest am Steuerelement 9 befestigt sein muss.
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Im vorliegenden Fall sind die Zugelemente 7, vorzugsweise Stahlseile, über einen Teil ihrer Erstreckung als Bowdenzüge 8 realisiert, verfügen also über eine zug- und druckfeste Hülle um das Zugelement 7 herum. Die Hülle des Bowdenzugs 8 reicht in diesem Fall von in der Nähe der Schwenkachse 9' bis zu einem Punkt am hinteren Ende des unteren Teils des Fahrgestells 1, an dem die vorderen Enden der Hüllen befestigt sind, da in diesem Bereich die Zugelemente 7 und damit die Bowdenzüge 8 mehr oder weniger frei entlang des Oberrahmens 22 des Fahrgestells verlegt werden müssen, weshalb hier der Schutz durch die äußere Hülle des Bowdenzuges 8 notwendig ist.
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Ab dem hinteren Bereich des unteren Teils des Fahrgestells 1 werden jedoch nur die Zugelemente 7 zu den Rädern weitergeführt, und zwar zunächst entlang der mittleren in Längsrichtung 10 verlaufenden Strebe des unteren Teils des Fahrgestells und von dort über Umlenkrollen 24, die an dieser Strebe des Rahmens befestigt sind, nach außen zum Befestigungspunkt an den Achsschenkeln 6 bzw. den äußeren Bereichen der Steuerstange 14.
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Da in diesem Bereich die Hülle des Bowdenzuges 8 fehlt, können die Zugelemente 7 über sehr geringe Biegeradien an den Umlenkrollen 24 geführt werden, was mit einer Bowdenzughülle nicht möglich wäre.
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Dennoch wird das Zugelement 7, welches hier zwischen seinen beiden Enden 7a, b jeweils möglichst spielfrei befestigt ist, im Gegensatz zu der üblichen Verwendung eines Bowdenzuges 8 nicht auf Druck, sondern ausschließlich auf Zug belastet, weshalb über einen Teil des Verlaufs des Zugelementes 7 auch auf die Hülle des Bowdenzuges 8 verzichtet werden kann.
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Der Bediener dreht also das Steuerelement intuitiv um die aufrecht stehende Schwenkachse 9', um den gewünschten Lenkeinschlag der vorderen, lenkbaren Räder 3a zu bewirken.
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Sofern das Fahrzeug keinen motorischen Antrieb besitzt, und ausschließlich von Hand geschoben wird, kann der Bediener beim Schieben entweder die Hände am Steuerelement 9 lassen, oder nur eine Hand am Steuerelement, die andere an der Schiebestange 4 oder auch beide Hände an der Schiebestange 4 und die Lenkstellung des Steuerelementes 9 nur von Zeit zu Zeit korrigieren.
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Verfügt das Fahrzeug jedoch über einen motorischen, vorzugsweise einen elektrischen, Antrieb 13 wie in den 2a, b dargestellt, so muss zusätzlich der elektrische Antrieb 13 angesteuert werden, um die Fahrgeschwindigkeit zu regulieren und die Fahrtrichtung zu wählen.
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Dies wird erfindungsgemäß mit dem gleichen Steuerelement 9 bewirkt, welches zusätzlich auch um eine in Querrichtung verlaufende horizontale Kippachse 19' um seinen unteren, quer verlaufenden Schenkel kippbar ist. Dieses Kippen bewirkt bei zunehmendem nach vorne unten bewegen des oberen Teils des Steuerelementes 9 eine zunehmend schneller werdende Vorwärtsfahrt und bei einem zunehmenden Zurückziehen des oberen Teils des Steuerelementes 9 eine zunehmende Rückwärtsfahrt. In die Neutralstellung, welche einem Stillstand des elektrischen Antriebes 13 dient, ist das Steuerelement 9 mittels Federn vorgespannt.
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Das Kippen des Steuerelementes 9 wird elektrisch oder mechanisch an den elektrischen Antrieb 13 übertragen.
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In den 2a, b ist eine mechanische Übertragung eingezeichnet indem wiederum die Enden eines Bowdenzuges 8' beidseits und beabstandet zur Kippachse 19' am unteren Schenkel des Steuerelementes 9 angreifen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Übertragung der Kippbewegung an den elektrischen Antrieb 13 jedoch mittels – nicht dargestellter – elektrischer Leitungen erfolgen, indem auf der Kippachse 19' ein elektrischer Sensor, z. B. ein Poti, angeordnet ist, der die jeweilige Kippstellung des Steuerelementes 9 detektiert und als elektrisches Signal an den elektrischen Antrieb 13 leitet.
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Die Steuervorrichtung umfasst jedoch außer dem Steuerelement 9 weitere Elemente, die zum Bedienen des Fahrzeuges notwendig sind:
Zum einen ist eine handbetätigte Bremse notwendig. Zu diesem Zweck ist ein Handbremshebel 15 entweder an der Schiebestange 4 neben dem Steuerelement 9 befestigt, wie in 1 und 2b dargestellt, oder auch an einen der in Längsrichtung 10 verlaufenden Schenkel des Steuerelementes 9, wie in 2a dargestellt.
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Von dem Handbremshebel 15 verläuft ebenfalls wieder ein Bowdenzug 8u der in der Regel nur an den Rädern 3b der ungelenkten Achse 2b rhandenen Bremse, vorzugsweise einer Scheibenbremse.
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Auf die gleiche Bremsanlage der ungelenkten Hinterräder 3b wirkt auch eine Feststellbremse 12, deren Betätigungselement um eine horizontale Querachse kippbarer Fußhebel in Form eines U-Bügels unterhalb der Schiebestange 4 ist, welcher durch nach unten Ducken die Feststellbremse 12 aktiviert.
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In 1 ist ferner eine zusätzliche Auslösevorrichtung 18 dargestellt, die ebenfalls – über nicht näher dargestellte, zusätzliche Elemente – die Feststellbremse 12 aktiviert: Dazu ist ein lösbares Verbindungselement einerseits an der Schiebestange 4 und andererseits am Bediener des Fahrzeuges befestigt, dessen beide Teile bei Belasten mit einer zu hohen Zugkraft sich voneinander lösen. Im Fall des Ablösens wird – vorzugsweise mechanisch und ohne Hilfe von Elektrizität – die Feststellbremse 12 aktiviert, was somit immer dann geschieht, falls sich der Bediener vom Fahrzeug zu weit entfernt bzw. das Fahrzeug unbemerkt vom Bediener wegrollt.
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In den 2a und 2b ist ferner ein Gelenk 21 zu erkennen, mit dessen Hilfe der hintere Teil des Oberrahmens 22, also die Schiebestange 4, um eine horizontal verlaufende Gelenkachse 21' in ihrer Höhe nach den Bedürfnissen des Benutzers eingestellt werden kann.
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3 zeigt in einer Detaildarstellung ähnlich der 1 die erfindungsgemäße Steuervorrichtung in einer zweiten Bauform:
Außer einer etwas anderen Dimensionierung und Formgebung von Schiebestange 4 und Steuerelement 9 weist diese Bauform zusätzlich im freien Innenraum des ringförmig umlaufenden Steuerelementes 9 eine Anzeigeeinheit 16 auf, die den Status der entsprechenden Steuerungsfunktionen anzeigt, also beispielsweise den Füllstand der Batterie 20, den Aktivierungs- oder Deaktivierungszustand der Feststellbremse 12 und/oder den Zustand einer evtl. am Fahrzeug vorhandenen elektrischen Beleuchtung.
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Zusätzlich ist an der Anzeigeeinheit 16 ein Schloss 17 vorhanden, in welches der passende Schlüssel eingesetzt werden muss, um den elektrischen Antrieb 13 aktivieren zu können und/oder – falls das Fahrzeug über keinen motorischen Antrieb verfügt – ggf. auch überhaupt die Feststellbremse 12 deaktivieren zu können, die bei abgezogenem Schlüssel dann vorzugsweise immer aktiviert ist.
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Beides bewirkt, dass nur der Berechtigte, der über den entsprechenden Schlüssel verfügt, in der Lage ist, das Fahrzeug zu benutzen und zu bewegen, allen anderen Personen dies jedoch nicht möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrgestell
- 2a, b
- Achse
- 3a, b
- Rad
- 4
- Schiebestange
- 6
- Achsschenkel
- 7
- Zugelement
- 7a, b
- freies Ende
- 8, 8'
- Bowdenzug
- 9
- Steuerelement
- 9'
- Schwenkachse
- 10
- Längsrichtung, Längsmitte, Fahrtrichtung
- 11
- Querrichtung
- 12
- Feststellbremse
- 13
- elektr. Antrieb
- 14
- Steuerstange
- 15
- Handbremshebel
- 16
- Anzeigeeinheit
- 17
- Schloss
- 18
- Auslösevorrichtung
- 19'
- Kippachse
- 20
- Batterie
- 21
- Gelenk
- 21'
- Gelenkachse
- 22
- Oberrahmen
- 23
- Radachse
- 24
- Umlenkrolle
